工程测试技术基础 第一部分：绪论
机械工程测试技术教案
机械工程测试技术教案第一章绪论一、教学目的及要求使学生掌握测试系统的基本概念。
学生应了解测试系统的功能结构，静、动态测试的概念等。
二、主要内容测试技术的在机械工程中的意义；测试系统的组成；课程性质；基本内容及学习方法四、教学重点：静态测试与动态测试的概念。
测试系统的组成。
五、教学难点：动态测试概念的建立六、教学过程：(见讲义)八、思考题：根据日常观察，是建立一套结构应力测试系统，要求画出框图即可。
九、作业：静态测试与动态测试系统的构成有何不同十、教学参考书：黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社. 1994年11第二章信号分析一、教学目的及要求使学生掌握确定性信号分析的基本理论和方法；二、主要内容信号的分类；信号的时域和频域描述；周期信号与离散频谱；瞬变非周期信号与连续频谱；脉冲信号及其频谱；正弦函数和余弦函数的频谱四、教学重点：周期信号的时域定义、傅立叶级数表达及其离散频谱λ瞬变非周期信号的傅立叶变换及其连续频谱λ傅里叶变换的主要性质λ五、教学难点：信号时域分析与频域表达的概念、方法及其相互关系六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、什么是信号的频域描述2、周期信号的时域定义及其判断方法3、确定任意一个谐波的三个要素是什么4、周期信号频谱特点是什么5、周期信号双边频谱与单边频谱间的幅值、相位关系6、傅立叶变换的六个主要性质7、单位脉冲函数的描述（函数值、强度）；t0)，及A，t0的意义-(tδ8、一般脉冲函数的表示方法，即A9、叙述脉冲函数的采样性质、卷积性质、频谱10、写出正弦函数、余弦函数的傅立叶变换习题2-1~2-4第三章测量系统分析一、教学目的及要求使学生们掌握测试系统的静、动态特性分析基本概念、表达方法。
二、主要内容测试系统的误差表达方式，静态特性曲线与静态特性参数λ测试系统的动态特性：线性系统的时域描述、频域描述λ理想频向函数—测试系统实现不失真测试的条件λ四、教学重点：线性系统的时域描述、频域描述，二阶系统的频率特性五、教学难点：线性系统的频率保持特性及其应用；系统时域、频域响应的计算六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、绝对误差、相对误差的表达式2、灵敏度、非线性度、回程误差的定义3、叙述线性系统的5个性质4、什么是系统的脉冲响应函数、频率响应函数，两者的关系是什么5、测试系统在时域和频域分别用什么描述6、输入信号、输出信号、测试装置三者关系的时域描述和频域描述7、测试装置实现不失真测试的时域条件和频域条件8、写出线性定常系统微分方程的一般形式（式3.8）9、根据已知二阶系统的微分方程，推导频率响应函数以及系统的固有频率及阻尼比第四章信号的获取一、教学目的及要求使学生们掌握常用传感器的转换原理、评价以及选用原则。
第0章 绪论
0.2 测试技术的工程应用 3、产品质量测量 、
济南大学机械学院
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
பைடு நூலகம்
汽车扭距测量 图示为汽车出厂检验原理框图， 图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数 包括润滑油温度、冷却水温度、 包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力 及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试， 及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试， 工程师可以了解产品质量。 工程师可以了解产品质量。 机床加工精度测量
在家电产品和办公自动化产品设计中， 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
全自动洗衣机中的传感器： 全自动洗衣机中的传感器： 衣物重量传感器， 衣物重量传感器，衣质传 感器，水温传感器， 感器，水温传感器，水质 传感器， 传感器，透光率光传感器 (洗净度 液位传感器，电 洗净度) 洗净度 液位传感器， 阻传感器(衣物烘干检测 衣物烘干检测)。 阻传感器 衣物烘干检测 。
/china
2、振动/噪声传感器 、振动 噪声传感器
丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名） （振动测量、声学测量领域最富盛名） 丹麦
/
0.4主要测试仪器生产厂商 主要测试仪器生产厂商 3、测量分析仪器 、
济南大学机械学院
绪论
济南大学机械学院
0.2 测试技术的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 质量控制等，都离不开测试技术。 督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术 应用涉及到航天、机械、电力、 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。 等每一个工程领域。
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件 第1章 绪论
1.1 测试技术概况
工程测量可分为静态测量和动态测量。 静态测量是指不随时间变化的物理量的测量， 例如机械制造中通过被加工零件的尺寸测量， 试图得到制成品的尺寸和形位误差。动态测 量是指随时间变化的物理量的测量。
图１-２中被测物理量（或信号）作为测 量系统的输入，它经传感器变成可做进一步 处理的电量，经信号调理（放大、滤波、调 制解调等）后，可以通过模数转换变成数字 信号，从而得到数字化的测量值，将其送入 计算机（或仪器控制系统）进行分析与存储， 用于各种用途。
1.1 测试技术概况
1.1.2测试技术发展概况
现代生产的发展和工程科学研究对测试及其相关技术的需求极大地推动 了测试技术的发展，而现代物理学、信息科学、计算机科学、电子与微机械 电子科学与技术的迅速发展又为测试技术的发展提供了知识和技术支持，从 而促使测试技术在近３０年来得到极大的发展和广泛应用。例如工程创新设 计，特别是动态设计对振动分析的需求促使振动测量方法、传感器和动态分 析技术与软件的迅速发展；对汽车性能和安全性要求的不断提高，使得“汽 车电子”技术得到迅速发展，这种发展是以基于总线技术的传感器网络的发 展为基础的。现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以下方面：
图1-1
1.1 测试技术概况
在产品开发或其他目的的试验中，一般要在被测对象运行过程中或试验激励 下，测量或记录各种随时间变化的物理量，通过随后的进一步处理或分析，得到 所要求的定量的试验结果。在运行监测或控制系统中，实时测量的各种时间变量 则用于过程参数监视、故障诊断或者作为控制系统的控制、反馈变量。不同的用 途对测量过程和结果的要求也不同，例如在反馈控制系统中，可能要求测量系统 的输出以很小的滞后（理想的情况是没有滞后）不失真地跟踪以一定速率变化的 被测物理量。如果只要求不失真地测量和显示物理量的变化过程，则对滞后就没 有要求。因此，用途和要求不同，测量系统的组成环节及其构成方式也不同。
机械工程测试技术基础复习指导
x(
f
)
1(
2
f
)
j
2f
函数: 是一个理想函数，是物理不可实现信号。
(t
)
, t 0 0, t 0
（1）乘积性
f (t) (t) f (0) (t), f (t) (t t0 ) f (t0 ) (t t0 )
（2）积分性
f (t) (t) f (0), f (t) (t t0 ) f (t0 )
q=DF
6、其它传感器
6-1、压磁式传感器（电感式）
铁磁材料在外力作用下，内部发生变形，各磁畴之间的界限发生移动，使 磁畴磁化强度矢量转动，从而使材料的磁化强度发生相应变化。材料受 到压力时，在作用力方向磁导率减少，而在垂直方向略有增大，作用力 取消后，磁导率复原
6-2、霍尔式传感器（磁电式）
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场方 向上将产生电动势。
电感式传感器
自感型
可变磁阻型
互感型
涡流式
3-1、自感型--可变磁阻式
L N 20 A0 2
3-2、涡流式
原线圈的等效阻抗Z变化： Z Z ( , , ,)
3-3、变压器式--差动变压器 工作原理:互感现象
4、磁电式传感器
e12
M
di1 dt
磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势一种转换器。
U
N
d
dt
,
BS
cos ,
d
dt
(B, Rm ,)
4-1、动圈式传感器 e NBlvsin Z Z( , , ,)
工程测试技术基础大纲
工程测试技术基础教学大纲适用专业：机械设计制造及自动化课程学时：40（理论学时：34，实验学时：6 ）一、课程性质、目的与任务机械工程测试技术是机械工程类本科生的一门重要专业基础课。
本课程主要教学内容有：机械工程测试中常用的传感器和相应的调理电路的工作原理；测量装置(仪器及系统)静态、动态特性的评价方法；动态信号的描述、分析处理；常见机械制造工程领域中各类静态、动态物理信号的测试分析方法。
通过本课程的学习，使学生了解信号的特征；能较正确地选用传感器等测试元件构成测试仪器及系统；掌握测试的基本理论、基本方法及基本试验技能，为进一步学习和研究测试领域的实际问题打下基础，为机械制造自动化工程服务。
二、课程教学内容（有☆号者为选讲）(一)理论教学第一部分绪论（2学时）介绍测试技术在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。
第二部分信号分析基础（4学时）介绍信号的分类，信号时域分析、幅值域分析、频谱分析、相关分析原理及应用。
包括：1. 基本概念：信号的分类、信号的描述方法、信号分析的内容2. 周期信号与离散频谱：正弦信号表示法、复杂周期信号的分解、周期信号的强度分析、周期信号的频谱分析3. 非周期信号与连续频谱：傅里叶变换简述、非周期信号的频谱分析、几种典型非周期信号的频谱4. 相关分析第三部分传感器及应用原理（8学时）介绍电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、半导体传感器等常用传感器的工作原理、测量电路和传感器的特性以及在制造业中的应用。
1.概述：传感器的作用及组成、传感器的分类、对传感器性能的要求简介2.电阻式传感器：电位器式电阻传感器、电阻应变式电阻传感器。
3.电感式传感器：自感型电感传感器、变压器式电感传感器、涡流式传感器4.电容式传感器：电容式传感器的类型及变换原理、实际测量电路5.压电式传感器：压电效应、压电式传感器及其等效电路、测量电路6.磁电式传感器：动圈式磁电传感器、磁阻式磁电传感器7.热电式传感器：热电偶、热电阻传感器8.半导体传感器：磁电转换元件、光电转换元件☆9.其它新型传感器简介第四部分测试系统特性（4学时）介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量条件，滤波器及应用，测试系统特性的评定方法。
工程测试与信号处理技术01
12-10-23
ù x，则归一化处理为： ¢ x¢ 2 M û
1 M 2 xm ¢ - x¢ ) ( å M m=1
12
m = 1, 2, , M
1 M ¢ s¢ = 其中： x¢ = å xm M m=1
第一章 绪论
滤波：当已知有用信号的频带范围时，对原始数据进行滤波处理，可以对无 用信号（噪声进行）抑制。 例如，在某电机产品异响检测中，工人识别故 障的声音频带为 40～50Hz、300～800Hz，为此， 对采样数据进行相应的带通滤波。
物质的量：mol / 摩尔 （以1克C12所包含的C原子个数为一个单位）
辅助量： 平面角度单位： rad / 弧度；
12-10-23
球面角单位： sr / 球面度；
第一章 绪论 6
导出量：以基本量为基础，为表示物质属性或物质运动状态而导出的量。
例如：速度，物体在单位时间运动的距离，m / s，或， km / h 等； 压强，单位面积上的压力，Pa = N/m2，帕斯卡。 国际制中的倍数单位和分数单位： 倍数单位：k (103) / M (106) / G (109) / T (1012)； 分数单位：d (10-1) / c (10-2) / m (10-3) / m (10-6) / n (10-9) / p (10-12) ； 例如：压力（压强）1000Pa ＝ 1 kPa，1000 kPa = 1 MPa 长度 1 m ＝ 10 dm = 100 cm = 1000 mm , 1 mm = 1000 mm 电容 1 F ＝ 106 mF， 1 mF = 1000 nF ＝ 1000, 000 pF，
74.9986 / 0.0394
清华大学《测试与检测技术》习题集
（2）符号函数(下图中 a)，单位阶跃函数(下图中 b)
x(t)
x(t)
1
1
0
t
0
t
-1
(a)
(b)
提示：符号函数可记作 Sgn(t)，可先对
x(t)
=
⎧ e −λt
⎨ ⎩
−
e
−λt
t>0 t<0
λ >0
作傅里叶变换，变换后取极限λ→0，就得到符号函数的傅里叶变化；单位阶跃函数 u(t)可看成是符号函数在纵坐标上平移而得。
由于编者的水平和视野的局限性，在本题集的选材 和内容安排上一定有许多不足之处，恳望读者提出宝贵 意见。
编者 2006 年 1 月
·1·
第 1 章 绪论
1．什么是测量？试用数学关系式表达一个测量过程。 2．实施测量的基本前提条件是什么？ 3．什么是国际单位制？其基本量及其单位是什么？ 4．试述一个测试系统的基本组成及其各环节的功能。 5．考虑一根玻璃水银温度计作为一个测温系统，详细讨论组成该系统的各级。 6．自己选择一本有关测试技术的参考书，写一篇关于其中一章测量某某物理量的过 程和方法的总结。
…
…
t
0
T
全波整流
x(t) = A Sinω0t
·3·
(4) x(t)
…
1
−T 0
T
2
2
(5) x(t)
1
…
−τ 0 τ
2
2T
…
周期指数
x(t) = eat (a > 0)
t (在-T/2，T/2 内)
注：用复指数计算
周期方形脉冲
《测试技术》课程教学大纲
《测试技术》课程教学大纲适用于本科机械设计制造及其自动化专业学分：2.5 总学时：40 理论学时：32 实验/实践学时：8一、课程的性质、任务和要求《测试技术》是机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课。
本课程共40学时，2.5学分。
《测试技术》课程的主要任务是：通过本课程的学习可以获得各种机械量、热工量的测量原理、测量方法和测试系统的构成，培养学生掌握常见工程量检测的方法和仪器工作原理，具备根据具体测试对象、测试要求、测试环境选择合适测量原理和测量方法的能力，具备设计简单测试系统的能力。
课程以课堂讲述为主，突出基本概念，并配以适量实验环节，增强学生的感性认识。
为后续课程的学习、从事工程技术工作与科学研究打下坚实的理论基础。
学习本课程后，应达到下列基本要求：1. 熟悉信号的分类与描述方法，掌握测量信号分析的主要方法，具备从示波器、频谱分析仪中解读测量信息的能力；2. 掌握传递函数和频率响应函数的概念和物理意义。
掌握测试系统的静态特性和动态特性及其测量方法。
掌握实现不失真测试的条件。
熟悉负载效应及其减轻措施以及测量系统的抗干扰措施；3. 掌握常用传感器的种类和工作原理，能针对工程测量问题选用合适的传感器；4. 掌握电桥测量电路的工作原理及应用。
了解信号的调制与解调。
了解滤波器的类型和实际滤波器的特征参数；5. 掌握压力、位移、振动、温度等常见工程量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用；6. 了解测试技术中的常用软件，例如Matlab、LabVIEW等；7. 了解计算机测试系统及虚拟测试系统的构成。
知晓用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题。
二、本课程与其它课程的关系、主要参考教材本课程的先修课程为：高等数学、概率论与数理统计、大学物理、材料力学、电工电子技术等。
参考教材：[1] 《机械工程测试技术基础》（第3版），熊诗波，黄长艺，机械工业出版社，2006.5[2] 《测试技术基础》，李孟源，西安电子科技大学出版社，2006.2[3]《机械工程测试技术》周生国，北京理工大学出版社，2003[4]《测试技术基础》王伯雄，清华大学出版社，2003[5]《传感器与测试技术》徐科军，电子工业出版社，2004[6]《传感器及其应用》栾桂冬，西安电子科技大学出版社，2006三、课程内容（一）、绪论主要内容：测试技术的概念与研究对象；测试技术在本专业中的作用和地位；测试技术课程的主要内容及其各部分的内在联系；测试技术课程的特点及任务要求；测试技术的过去、现在和未来。
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仓储模型
机械手
打算： 开设一门独 立于课程之 外的测控实 验课。
培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习 和解决问题的能力 。
工程测试技术基础
华中科技大学机械学院
教学方法：
解决侧重课本教学存在的问题：
1.测试技术应用、发展部分空洞；
以案例和实验为主线2.：传感器部分没有实物对象、枯燥无味；
3.信号分析理论部分深奥、难懂。
香港理工AGV模型
1.2 测试技术的工程应用
c) 生产加工过程监测
切削力传感器，加 工噪声传感器，超 声波测距传感器、 红外接近开关传感 器等。
华中科技大学机械学院
密歇根大学数字化工厂
1.2 测试技术的工程应用
华中科技大学机械学院
2、流程工业设备运行状态监扬子控石化50MW热电机组监测系统
在电力、冶金、石化、化工阳 荆等逻 门电 电流厂 厂程3200工00MM业W W中汽机，轮组生机监组测产监系线测统上系统 设备运行状态关系到整个生产线青流山热程电。厂通生常产建信息立实24时小查时询在系统
线监测系统。
沙角电厂生产信息实时查询系统
宝钢30KW以上风机监测系统
宝钢精轧F2轧机网络化监测系统
宝钢冷轧带钢振动纹监测系统
武钢风机状态监测系统
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
1.2 测试技术的工程应用
华中科技大学机械学院
3、产品质量测量
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、
嗅觉传感器。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
1.2 测试技术的工程应用
华中科技大学机械学院
b) AGV自动送货车
超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置； 红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形 码传感器，货品识别。
1.1 测试技术的基本概念
华中科技大学机械学院
一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置 和显示记录装置三部分组成。
信息转换
信息提取
传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换 为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电 路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分 析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观 察者或其它自动控制装置。
工程测试技术基础
华中科技大学机械学院
本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业
基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设
实验和仿真实验。
理论学习、 实践学习、 研究学习 三元并重.
只有通过足 够的实验和 仿真实验操 作，才能得 到应有的实 际动手能力 培养和更好 的掌握书本 知识。
工程测试技术基础
煤气包高度测量 桥梁固频测量
机翼模态分析
索道检测
工程测试技术基础
第一章、绪论
本章学习要求：
华中科技大学机械学院
1.掌握测试技术的概念及研究内容 2.了解测试技术的应用情况 3.了解测试技术的发展动态 4.了解主要测试仪器生产厂商
第一章、绪论
华中科技大学机械学院
1.1 测试技术的基本概念
测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种 物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
华中科技大学机械学院
工程测试技术基础
主讲：何岭松 教授 康宜华 教授 武新军 副教授 轩建平 副教授
华中科技大学机械学院
工程测试技术基础
华中科技大学机械学院
课程内容：
本课程主要介绍工业自动化,环境监测,楼宇控
制,交通等领域中常见物理量(压力、应变、位移、
加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路
原理和信号分析方法。
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理、 安全监测、照明控制、空调 控制、停车管理、水/废水管 理和电梯监控。
烟雾传感器 亮度传感器 红外人体探测器
1.2 测试技术的工程应用
华中科技大学机械学院
5、家庭与办公自动化
在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
华中科技大学机械学院
课程网络学习资源： http://202.114.11.1:8080/gccs
1.工程测试技术电子教案 2.工程测试技术网络课件 3.工程测试网上虚拟实验室 4.DRVI个人测试实验室
工程测试技术基础
Project Based Learning：
华中科技大学机械学院
AGV小车 轨迹跟踪
图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数 包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力 及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试， 工程师可以了解产品质量。
汽车扭距测量 机床加工精度测量
1.2 测试技术的工程应用
华中科技大学机械学院
4、楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工
作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在 楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温 度监测、电梯运行状况。
第一章、绪论
华中科技大学机械学院
1.2 测试技术的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
1.2 测试技术的工程应用
华中科技大学机械学院
1、工业自动化中的应用
在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作 用，是其重要组成部分。
内容如下
绪信传测模数虚工
论号感试拟字拟程
分器系信信仪应
析原统号号器用
基理特处处技
础
性 理理 术
工程测试技术基础
学习方法：
华中科技大学机械学院
工程测试技术基础是一门与材
料科学、微电子书技本术教、材信息技术密 切相关的快速发电展子的教学材科。为弥补 书本教材内容滞并后重于. 学科发展的问 题，在教学内容上我们采编了很多 多媒体素材和案例。
测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程 参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。
简单的测试系统可 以只有一个模块， 如玻璃管温度计。 它直接将被温度变 化转化液面示值。 没有电量转换和分 析电路，很简单， 但精度底，无法实
现测量自动化。
为提高测量精度和 自动化程度，以便 于和其它环节一起 构成自动化装置， 通常先将被测物理 量转换为电量，再 对电信号进行处理 和输出。如图所示 的声级计。