测试系统概述

（Measurement Content and Task） ） • 主要内容
物理、化学、 被测量的测量原理 (物理、化学、生物 ) 测量方法：直接与间接、电测与非电测等 测量方法：直接与间接、 测量系统 数据处理
测试技术的内容和任务
• 测试技术的任务 方面) ： 测试技术的任务(5方面 方面
设备设计 设计中 设备设计中，通过对新旧产品进行模型试验或现场 实测，为产品质量和性能提供客观的评价， 实测，为产品质量和性能提供客观的评价，为技术 参数的优化和效率的提高提供基础数据。 参数的优化和效率的提高提供基础数据。 设备改造中，为了挖掘设备的潜力，以便提高产量 设备改造中 为了挖掘设备的潜力， 改造 和质量，经常需要实测设备或零件的载荷、应力、 和质量，经常需要实测设备或零件的载荷、应力、 工艺参数和电机参数， 工艺参数和电机参数，为设备强度校验和承载能力 的提高提供依据。
• 传感器：新型、微型、智能型 传感器：新型、微型、 • 测试仪器：高精度、多功能、小型化、在线监测、性 测试仪器：高精度、多功能、小型化、在线监测、 能标准化和低价格 • 参数测量与数据处理：计算机、自动化、集成化、网 参数测量与数据处理：计算机、自动化、集成化、 络化
测试技术的发展动向
• 对于机械工程，在以下几方面需要发展 对于机械工程，
测试技术的发展动向
• 对于机械工程，在以下几方面需要发展 对于机械工程，
视觉测试技术： 视觉测试技术：重点研究物体的几何尺寸及物体的 位置测量，如三维面形的快速测量、 位置测量，如三维面形的快速测量、大型工件同轴 度测量、共面性测量等。广泛应用于在线测量、 度测量、共面性测量等。广泛应用于在线测量、逆 向工程等主动、实时测量过程。 向工程等主动、实时测量过程。 测量尺寸继续向两个极端发展。 测量尺寸继续向两个极端发展。
(Vibration, Position) (Position)
(Machining process information)
(Information of machined results)
例：机械加工中的测控
0.5 本课程的学习要求
Demand of Course
• 测试技术是一门综合性技术
集机电于一体，软硬件相结合的，具有智能化、 集机电于一体，软硬件相结合的，具有智能化、自 动化的系统。涉及传感技术、微电子技术、 动化的系统。涉及传感技术、微电子技术、控制技 计算机技术、信号处理技术、 术、计算机技术、信号处理技术、精密机械设计技 术等众多技术。 术等众多技术。 要求有深厚的多学科知识，如力学、电学、 要求有深厚的多学科知识，如力学、电学、信号处 自动控制、机械振动、计算机、数学等。 理、自动控制、机械振动、计算机、数学等。
Machining condition Cutter path
CNC
Position velocity
Control command
Actuator
Motion
Machine tool (Tool-work ToolRelative motion)
Machining motion
Machining process
0.3 测试系统的组成
（Component of Measurement System） ）
非电量 电量
信 号 调 理 信 号 处 理 显 示 记 录
激励 装置
被测 对象
传 感 器
观察者
反馈、 反馈、控制
不失真测试！ 不失真测试！
0.4 测试技术的发展动向
（Measurement Trend） ）
Q: NMD（国家导弹防御系统）和TMD（战区导弹防 （国家导弹防御系统） （ 御系统） 御系统）中的测控
如何发现目标 －>
卫星如何预警？ 卫星如何预警？
一个测试过程
地基雷达如何预警？ 地基雷达如何预警？
如何使拦截导弹击中目标
一颗导弹如何才能打中另一颗导弹？ 一颗导弹如何才能打中另一颗导弹？
0.2 测试技术的内容和任务
M
旋转机械
例：分布式监测诊断系统
测试技术的发展动向
例：便携式测试分析仪
测试技术的发展动向
正弦波形1 正弦波形 1 幅值1 幅值 1 0.001 频率1 频率 1 73.92 40.0 60.0 20.0 0.0 80.0 正弦波形2 正弦波形 2 幅值2 幅值 2 1.000 频率2 59.24 频率 2 40.0 60.0 20.0 80.0 100.0 dB 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 99 0 50 100 150 200 255 Window 1 None None Hanning 频域特性 Window 2 Hanning
测试技术的内容和任务
• 测试技术的任务 方面) ： 测试技术的任务(5方面 方面
在工作和生活环境的净化及监测中，测量振动和噪 工作和生活环境的净化及监测中， 的净化及监测中 声的强度及频谱，分析找出振源， 声的强度及频谱，分析找出振源，并采取相应的减 防噪措施。 振、防噪措施。 科学规律的发现和新的定律、 科学规律的发现和新的定律、公式的诞生都离不开 的发现和新的定律 测试技术。从实验中可以发现规律， 测试技术。从实验中可以发现规律，验证理论研究 结果，实验与理论可以相互促进，共同发展。 结果，实验与理论可以相互促进，共同发展。 在工业自动化生产中 在工业自动化生产中，通过对工艺参数的测试和数 自动化生产 据采集，实现对设备的状态监测、 据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障 诊断。 诊断。
例：虚拟仪器
Stop
测试技术的发展动向
Deformation Disturbance Vibration Force Machining command
Disturbance from environment (Heat, Vibration) Accuracy Surface quality
CAM
绪
0.1 测试的基本概念
论
Measurement Basic Concept
测试（ 测试（measurement）技术属于信息科学的范畴， ）技术属于信息科学的范畴， 与计算机技术、自动控制技术、 与计算机技术、自动控制技术、通信技术构成完整 的信息技术学科。 的信息技术学科。 测量是指以确定被测对象属性量值为目的的全部操 测量是指以确定被测对象属性量值为目的的全部操 作。 测试是具有试验性质的测量， 测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量 是具有试验性质的测量 和试验的综合。 和试验的综合。
测试的基本概念 在工程实际中都离不开测试技术： 在工程实际中都离不开测试技术： 工程研究 产品开发 质量监控 性能试验， 性能试验，等 测试技术是人类认识客观世界的手段， 测试技术是人类认识客观世界的手段，是科学研 究的基本方法。 究的基本方法。
测试的基本概念
Q：数控机床有哪些检测量？ ：数控机床有哪些检测量？
思考题
• 如果要以 马赫的速度来拦截以1马赫飞来的导弹， 如果要以1.5马赫的速度来拦截以 马赫飞来的导弹 马赫的速度来拦截以 马赫飞来的导弹， 请思考需要解决的测试和控制问题。 请思考需要解决的测试和控制问题。
• 试举自己身边的测试技术应用例子。 试举自己身边的测试技术应用例子。
绪 论 Introduction
0.1 测试的基本概念（Measurement Basic Concept） 测试的基本概念（ ） 0.2 测试技术的内容和任务（Measurement Content 测试技术的内容和任务（ and Task） ） 0.3 测试系统的组成（Component of Measurement 测试系统的组成（ System） ） 0.4 测试技术的发展动向（Measurement Trend） 测试技术的发展动向（ ） 0.5 课程的学习要求（Demand of Course） 课程的学习要求（ ） 返回
测试技术的发展动向
模拟 信号 信号 信号 16通道信 调理板 调理板
号调理板 16通道抗 混滤波板
16通道 16通道 16通道 信号同步 信号同步 信号同步 采集模块 采集模块
采集板 PC104 总线 嵌入式 CPU
转速 信号 数字 信号
硬盘接口 软盘接口 VGA接口 串行口 打印口 USB接口
带网络接口的PC104 带网络接口的 工控计算机主板
0.0 100.0 正弦波形1 正弦波形2 正弦波形 1 + 正弦波形 2 Time Domain 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0
不同类型窗口函数在频域的效果。 不使用窗口函数时, 幅值较小的正弦波1 被淹没。 不同类型窗口函数在频域的效果 。 不使用窗口函数时 , 幅值较小的正弦波 1 被淹没 。 Hanning窗口函数后 窗口函数后( 幅值较小的正弦波1 被发现。 使用 Hanning 窗口函数后 ( Window 2 ) , 幅值较小的正弦波 1 被发现 。
测量方式的多样化 多传感器融合技术在制造现场中的应用。 多传感器融合技术在制造现场中的应用。 积木式、组合式测量方法。 积木式、组合式测量方法。增加测试系统的柔 实现不同层次、不同目标的测试目的。 性，实现不同层次、不同目标的测试目的。 便携式测量仪器。 便携式测量仪器。 虚拟仪器。 虚拟仪器。 智能结构。融合智能技术、传感技术、 智能结构。融合智能技术、传感技术、信息技 仿生技术、 术、仿生技术、材料科学等的一门交叉学科。
本课程的学习要求 • 通过本课程的学习，要求学生能做到： 通过本课程的学习，要求学生能做到： 掌握测试技术的基本理论， 掌握测试技术的基本理论，包括信号的时域和频域 的描述方法、频谱分析和相关分析的原理和方法、 的描述方法、频谱分析和相关分析的原理和方法、 信号调理和信号处理基本概念和方法； 信号调理和信号处理基本概念和方法； 熟练掌握各类典型传感器、 熟练掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和 适用范围； 适用范围； 具有测试系统的机、 具有测试系统的机、电、计算机方面的总体设计能 力； 具有试验数据处理和误差分析能力。 具有试验数据处理和误差分析能力。