第3讲 铁道工程测试与检测技术

本文由329069052贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。

测试与检测技术测试与检测技术在铁道工程中的应用基本知识构架中间转换系统信号处理测试与检测系统的特性传感器1.1 测试的基本概念计算机技术自动控制技术通信技术测试技术测试技术属于信息科学范畴；测试技术属于信息科学范畴；是实验科学的分支；测试是测量与试验（实验）的简称。

测试是测量与试验（实验）的简称测试是具有试验性质的测量，或可以理解为测量和试验的综合；认识客观世界的手段，科学研究的基本方法。

测试的基本任务是获取信息。

信息——信号——测试与检测信息——信号——测试与检测信息本身不具备传输、交换的功能，只有通过信号才能实现这种功能，所以测试与检测技术与信号密切相关。

信息、信号、测试与测试系统之间的关系是：获取信息是测试的目的，信号是信息的载体，测试是得到被测参数信息的技术手段。

测试(检测) 测试(检测)目的和意义促进相关专业理论和技术研究行业服务( 行业服务(工程研究、产品开发、质量监控、性能试验等；) 性能试验等；性能试验等 ) 产品研发和成果转化带动相关行业发展测试与检测技术的功能是人们感觉器官（眼、耳、鼻、舌、身）所产生的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉的延伸和代替。

生物体的感官就是天然的传感器。

1.2测试(检测) 测试(检测)系统的组成测试(检测) 测试(检测)系统的组成（图）激励装置传被测对象号调理处理感器信号示记录信显观察者被测量（参数）数字测量系统传感器信号调理电路1输模拟量入接口算机接口开关量计出输数字量传感器信号调理信号传输信号处理显示记录轨道道路反馈、控制传感器信号调理电路n1数字测量系统说明在数字测量系统中，传感器和信号调理电路部分与模拟测量系统相同，一般情况下，也为模拟信号。

输入接口与输出接口之间的信号为数字信号。

输入接口：将模拟信号转换为数字信号，般为数输入接口：将模拟信号转换为数字信号，一般为数据采集卡（或采集板）。

输出接口：主要将数字信号转换成外设所需的信号，供显示、记录或使用。

数字测量系统中传输的信号为数字信号，具有抗干扰能力强、测量速度快、精度高、实现功能多等特点。

测试系统的组成说明通过激励装置作用于被侧对象，使之产生有用的信息于其中的一种新的信号，如轨道激振测量其固有频率。

传感器是将被测信息转变成某种电信号的器件；信号调理环节是把来自传感器的信号转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节主要是对信号进行各种运算和分析；信号显示、记录环节是将信号以易于观察和的分析的形式来显示或存贮。

1.3测试与检测技术的发展方向传感器：新型、微型、智能、无损；测试仪器：高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格；参数测量和数据处理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、绘图、状态显示及故障报警向自动化、集成化、网络化发展。

虚拟仪器1.4测试与检测技术涉及的内容1.5铁道工程测试与检测举例1.6 测试技术在其它方面的应用航空航天：如用于结构应力测量和加载测试和控制。

在电力、动力工程中用于设备的强度试验：在土木工程及水利工程中应用于建筑结构应力测量、楼房耐震试验，大型水坝施和蓄水过程应力监测楼房耐震试验，大型水坝施工和蓄水过程应力监测等。

在冶金、化工、材料工程中应用于材料性能试验；在机械工程中：结构和机械部件的应力、振动测量；在医学、生物力学、体育运动领域中：科学研究综合性技术。

涉及：传感技术力学微电子技术计算机技术信号处理技术精密机械电学数学自动控制技术测试轨道结构及部件的受力与变形；测量轨道几何形位，如几何形位、平顺性。

测量轨道结构及部件振动；轨道结构及其部件的参数：弹性（刚度、轨道结构及其部件的参数弹性（刚度阻尼）、各种阻力轨道结构及其部件的振动：轨道结构及部件的状态检测桥梁、路基、隧道……桥梁、路基、隧道…………测试与检测资料的分析与总结--测试与检测资料的分析与总结报告2 （测试与检测）系统及其特性表征输出量与输出量之间关系称为特性表征输出量与输出量之间关系称为特性（characteristics） . characteristics）2.1（ 2.1（测试与检测）系统的基本特性测试系统作用是完成信息的采集和处理甚至传输。

传输。

测试系统一般由传感器、信号调理、信号传测试系统一般由传感器信号调理信号传输、信号处理、显示记录等环节组成。

测试系统的复杂程度取决于被测信息检测的难易程度以及所采用的试验方法, 程度以及所采用的试验方法, 对测试系统的基本要求，可靠性、实用性、通用性、经济性等。

摘要理论说明采用的仪器，设备及方法采用的仪器设备及方法试验与检测结果及分析结论与建议参考文献2．1 2．2 2．3测试系统的基本特性测试系统的静态特性测试系统的动态特性线性测试系统的特性输入 x（t）叠加原理x1（t） y1（t）线性系统 x2（t） y2（t）线性系统比例特性[测试]系统输出（定常线性系统、（激励）时不变线性系统）（响应）y（t）x（t）线性系统y（t）叠加原理比例特性微分特性积分特性频率保持特性x1（t）+ x2（t）线性系统y1（t）+ y2（t）k x（t）线性系统k y（t）轨距无接触测量检测装置微、积分特性sin(ωt )线性系统 d x/dt /dt 线性系统 dy/ d / dt频率保持特性A(ω ) sin[ ω t + φ (t )]输出2.2 （测试与检测）系统的静态特性测试与检测）系统的静态特性当输入量x是恒量（处于稳定状态）或是变化很缓慢的量，即与时间无关时，输出量Y一般也应与时间无关，换句话说，输般也应与时间无关，换句话说，输入和输出均不随时间而变化。

这样的测量称为静态测量。

称为静态测量。

与时间无关的特性称为静态特性（static 与时间无关的特性称为静态特性（static characteristics）。

characteristics）。

惯性基准轨道不平顺测量y∫tx (t )dt线性系统∫ty (t )dto输入静态特性示值误差与示值重复性非线性（Non-linearity）误差非线性（Non-linearity）误差灵敏度（ Sensitivity） Sensitivity）分辨力（Resolution）分辨力（Resolution）量程（Range）和测量(动态) 量程（Range）和测量(动态)范围（Dynamic Range） Range）回程误差（Hysteresis）回程误差（Hysteresis）稳定性和漂移（Drift）稳定性和漂移（Drift） 2.3 （测试与检测）系统的动态特性测试装置的动态特性（测试装置的动态特性（dynamiccharacteristics） characteristics）是指输入量随时间变化，输出动态与静态（动态与静态（测试与检测）动态与静态（动态与静态（测试与检测）的主要区别是前者对系统频率特性的要求。

系统频率特性的要求。

表征系统动态特性的技术指标是带宽（Band表征系统动态特性的技术指标是带宽（BandBand width），是指测试装置适用的频率范围，在该 width），是指测试装置适用的频率范围，在该频率范围内，测试装置能保证它的有关性能指标如灵敏度、非线性误差等。

量随输入量而变化的关系。

由于测试装置一般都是线性系统（不严格是），所以它们的数学模型是常系数线性微分方程。

3表达系统传输特性的方法 (数学模型) 数学模型)第3章传感器（Sensor）传感器（Sensor）传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

微分方程传递函数频率响应函数脉冲响应函数描述系统的数学模型系统的数学模型常用的论域: 时域复域: 自动控制系统大多采用. 频域: 测试系统大多使用.传感器是将力、温度或距离等各种工业量改变为电信号输出的元件。

将此信号变换成数字信号后，输出到各种测试仪和计算机，即输入到信号处理装置。

传感器是机电一体化的第一基础。

传感器是把对象状态（物理的及化学）的测定量，变换成信号的系统的最初要素。

传感器的检测对象数量、长度、面积、立体、位置、含量、线性变位、旋转变位、畸变、压力、转矩、流量、流速、加速度、振动、成分配比、水分、离子浓度、混浊度、粒状体、比重/ 水分、离子浓度、混浊度、粒状体、比重水分离子浓度混浊度粒状体比重/ 比重/ 密度、伤痕、湿度、热量、温度、火灾、烟、有害气体和气味等。

传感器的类型测试项目传感器的类型测试项目力传感器温度传感器距离传感器重量传感器传感器流量传感器光传感器气体传感器湿度传感器…..传感器的主要检测手段电、磁、声波（超声波）、红外线、紫外线、激光、微波、可见光线、紫外线激光微波可见光线射线（r射线、X 射线（r射线、X射线）等传感器的输出特点（1）输出量为电压、电流或频率的变化，输出量为电压、电流或频率的变化，或者是通过电阻、电容、电感的改变转换为电压、电流、频率的电容、电感的改变转换为电压、电流、变化。

有模拟量和数字量两种形式。

变化。

有模拟量和数字量两种形式。

输出的电信号一般较微弱，输出的电信号一般较微弱，如电压信号为毫伏级甚至微伏级，电流信号为毫安级甚至纳安级。

至微伏级，电流信号为毫安级甚至纳安级。

由于传感器内部存在噪声，由于传感器内部存在噪声，输出信号与噪声混在一起。

若传感器的信噪比较小而输出信号又弱时，则若传感器的信噪比较小而输出信号又弱时，信号淹没在噪声中。

信号淹没在噪声中。

传感器的输出特点（2 传感器的输出特点（2）传感器的输出特性呈线性或非线性。

传感器的输出特性呈线性或非线性。

外界环境（如温度、湿度、电磁场等）的变化会影响传感器的输出特性。

变化会影响传感的输出特性传感器的发展方向新型微型智能多功能仿生，研究生物感官4举例：专业测试与检测中1 超声波传感器超声波传感器原理当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中超声波的传播速度不同，在界面上将会产生反射、折射和波形转换等现象。

等现象超声波传感器就是利用被测目标反射的超声回波测量的。

20Hz~20kHz次声波可闻声超声波使用的传感器人耳听到的声波频率在20Hz~20kHz（可闻人耳听到的声波频率在20Hz~20kHz（可闻声），频率超过20kHz 声），频率超过20kHz 的叫超声波。

超声波传感器是靠超声波的特性进行自动检测，其输出量为电量。

超声波探伤原理钢轨探伤T 高频发生器接收放大器 T F B2 激光传感器探头缺陷底面B激光检测的原理利用激光的优异特性( 利用激光的优异特性(方向性强、亮度高、单色性好等许多优点) 单色性好等许多优点)，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。