机械工程测试技术基础课件分析
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s2机械工程测试技术基础课件
数学形式：
– y：输出量；x：输入量；t：时间 – 系统的阶次由输出量最高微分阶次n决定。
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。 上 页
2020/3/11
目 录12
二、线性系统及其主要性质
如以x(t)→ y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关 系，则线性时不变系统具有以下一些主要性质。
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入
离散时间系统:输入、输出均为离散函数. 描述系统特征的为差分方程.
c.时变系统与时不变系统: 由系统参数是否随时间而变化决定. 其中，线性时不变系统（线性定常系统）进行分析的理论和
方法最为基础、最成熟，同时其它系统通过某种假设后可近 似作为线性定常系统来处理。一般的测试系统都可视为线性 定常系统，即可以用常微分方程描述的系统。
§1 概 述
测试是具有试验性质的测量，从客观事物取得相关信 息的过程在此过程中，借助专门设备—测试装置(系统)，设 计相应的实验,采用合适的方法和必要的数学处理方法求得 感兴趣的信息。
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。
测试系统是从客观事物中获取有关信息的工具。测试的 目的不同，测试系统复杂程度不同。
实际的测试装范置围内①满只足能线在性较要小求工。作范围内和在一定误差允许 ②很多物理系统是时变的。在工程上，常可
以以足够的精确度认为系统中的参数是时 不变的常数。
上页 目录
3、测试系统模型的分类
a. 线性系统与非线性系统 线性系统:具有叠加性、比例性的系统
b.连续时间系统与离散时间系统
连续时间系统:输入、输出均为连续函数. 描述系统特征的为微分方程.
系统满量程输出值A之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，
– y：输出量；x：输入量；t：时间 – 系统的阶次由输出量最高微分阶次n决定。
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。 上 页
2020/3/11
目 录12
二、线性系统及其主要性质
如以x(t)→ y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关 系，则线性时不变系统具有以下一些主要性质。
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入
离散时间系统:输入、输出均为离散函数. 描述系统特征的为差分方程.
c.时变系统与时不变系统: 由系统参数是否随时间而变化决定. 其中，线性时不变系统（线性定常系统）进行分析的理论和
方法最为基础、最成熟，同时其它系统通过某种假设后可近 似作为线性定常系统来处理。一般的测试系统都可视为线性 定常系统，即可以用常微分方程描述的系统。
§1 概 述
测试是具有试验性质的测量，从客观事物取得相关信 息的过程在此过程中，借助专门设备—测试装置(系统)，设 计相应的实验,采用合适的方法和必要的数学处理方法求得 感兴趣的信息。
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。
测试系统是从客观事物中获取有关信息的工具。测试的 目的不同，测试系统复杂程度不同。
实际的测试装范置围内①满只足能线在性较要小求工。作范围内和在一定误差允许 ②很多物理系统是时变的。在工程上，常可
以以足够的精确度认为系统中的参数是时 不变的常数。
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3、测试系统模型的分类
a. 线性系统与非线性系统 线性系统:具有叠加性、比例性的系统
b.连续时间系统与离散时间系统
连续时间系统:输入、输出均为连续函数. 描述系统特征的为微分方程.
系统满量程输出值A之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，
机械工程测试技术基础PDF版课件1
第四章、测试信号调理技术
4.2 信号放大
分类
直流放大器 交流放大器 放大器 直流电桥 交流电桥 电荷放大器 特点 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
4.2 信号放大电路
1 直流放大电路
1) 反相放大器 电压增益:
RF Av = − R1
反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的 噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的 取值应远大于信号源Ui的内阻。
4.3调制与解调
3 幅度调制
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与 测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变 化而变化．
y (t ) = [ A0 * x(t )] cos(2πft + φ )
调制
放大
缓变信号
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
4.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
z(t)
0 t
4.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y (t ) = [ A * x(t )] cos(2πft + φ )
b) 频率调制(FM)
y(t) = Acos(2π[ f0 + x(t)]*t + φ)
c) 相位调制(PM)
y (t ) = A cos(2πft + [φ0 + x(t )])
y (t ) = A cos(2π [ f 0 + x(t )] * t + φ )
4.3调制与解调
4.3调制与解调
鉴频：
T2
T4
T1 F
T3
4.3调制与解调
优点：抗干扰能力强。
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化 之中，并非振幅之中，而干ຫໍສະໝຸດ 波的干扰作用则主 要表现在振幅之中．
机械工程测试技术基础教学PPT
测量的基础知识
#2022
*
测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
*
测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
*
四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
*
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
*
教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
*
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
#2022
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测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
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测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
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四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
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测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
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教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
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教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
第一讲 测试基础PPT课件
第三节 测试技术的发展趋势
1 测试仪器向高精度、高速度和多功能方向发展
（1）在尺寸测量范畴内 ，从绝对量来讲已经提 出了纳米与亚纳米的测 量要求； （2）在时间测量上，分 辨力要求达到分秒级， 相对精度为10-14次方； （3）在电量上则要求能 够精确测出单个电子的 电量。 （4）在航空航天领域， 对飞行物速度和加速度 的测量都要求达到0.05 ％的精度。
在测量速度 方面，机床、 涡轮机、交 通工具等的 运行速度都 在不断加快。
在科学技术的 进步与社会发 展过程中，不 断出现新领域、 新事物，需要 人们去认识、 探索和开拓， 如开拓外层空 间、探索微观 世界、了解人 类自身的奥秘 等。
第三节 测试技术的发展趋势
2 传感器向新型、微型、智能型、网络化发展
测量的基本概念、测量误差与测量不确定性等关于 测量的基础知识，为后续的测试工作奠定基础。
第四节 测量基础
1、测量的概念
测量（Measurement）是借助专门的技术
和仪表设备，采用一定的方法取得某一客观 事物定量数据资料的实践过程。 测量过程实质上是一个比较的过程，即将被 测量与一个同性质的、作为测量单位的标准 量进行比较的过程。
被测 对象
传感器
新号分 析处理
信号转 换与调
理
数据显 示与记
录
观察者
第二节 测试系统的组成
各组成部分功能
➢传感器：获取被测对象有用的信息， 并转换变量或信号。 ➢信号转换与调理电路：对信号做转换、 放大、滤波及一些 专门的处理 ➢信号分析与处理装置：对信号其进行 各种运算、滤波、分析。 ➢数据显示和记录仪器：显示调理和处 理过的信号。
第一节 测试技术的基本概念
测试对象总结
《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
类： 包括性能测试、 可靠性测试、安
全性测试等。
测试技术的应用： 广泛应用于汽车、 航空、航天、机 械制造等领域。
古代：手工测量经验判断 近代：仪器测量数据记录 现代：计算机辅助测试自动化测试 未来：智能化测试远程测试大数据分析
传感器：用于采集 被测对象的物理量
数据采集系统：用 于将传感器采集到 的信号转换为数字 信号
温度传感器：通过热敏电阻或热电 偶等元件测量温度变化广泛应用于 工业、医疗等领域。
流量传感器：通过电磁感应或超声 波等原理测量流体流量广泛应用于 供水、供气等领域。
添加标题
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压力传感器：通过压敏电阻或压电 晶体等元件测量压力变化广泛应用 于液压、气动等领域。
加速度传感器：通过压电晶体或电容 式等元件测量加速度变化广泛应用于 汽车安全、航空航天等领域。
数据处理系统：用 于对采集到的数据 进行处理和分析
显示系统：用于显 示测试结果和图表
信号及其描述
信号的定义：信号是信息的载体是物理量随时 间变化的过程
信号的分类：根据信号的性质和特点可以分为 连续信号和离散信号
连续信号：信号的取值是连续的如正弦波、三 角波等
离散信号：信号的取值是离散的如数字信号、 脉冲信号等
实时化：测试技 术将更加实时化 能够实时监测和 预警设备状态
绿色化：测试技 术将更加绿色化 减少对环境的影 响提高能源利用 效率
智能化：测试技术将更加智能化能够自动识别和诊断机械故障 集成化：测试技术与其他技术如物联网、大数据等更加紧密地集成提高测试效率和准确性 实时化：测试技术将更加实时化能够实时监测和预警机械设备的运行状态 绿色化：测试技术将更加注重环保和节能降低机械设备的能耗和污染排放
全性测试等。
测试技术的应用： 广泛应用于汽车、 航空、航天、机 械制造等领域。
古代：手工测量经验判断 近代：仪器测量数据记录 现代：计算机辅助测试自动化测试 未来：智能化测试远程测试大数据分析
传感器：用于采集 被测对象的物理量
数据采集系统：用 于将传感器采集到 的信号转换为数字 信号
温度传感器：通过热敏电阻或热电 偶等元件测量温度变化广泛应用于 工业、医疗等领域。
流量传感器：通过电磁感应或超声 波等原理测量流体流量广泛应用于 供水、供气等领域。
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压力传感器：通过压敏电阻或压电 晶体等元件测量压力变化广泛应用 于液压、气动等领域。
加速度传感器：通过压电晶体或电容 式等元件测量加速度变化广泛应用于 汽车安全、航空航天等领域。
数据处理系统：用 于对采集到的数据 进行处理和分析
显示系统：用于显 示测试结果和图表
信号及其描述
信号的定义：信号是信息的载体是物理量随时 间变化的过程
信号的分类：根据信号的性质和特点可以分为 连续信号和离散信号
连续信号：信号的取值是连续的如正弦波、三 角波等
离散信号：信号的取值是离散的如数字信号、 脉冲信号等
实时化：测试技 术将更加实时化 能够实时监测和 预警设备状态
绿色化：测试技 术将更加绿色化 减少对环境的影 响提高能源利用 效率
智能化：测试技术将更加智能化能够自动识别和诊断机械故障 集成化：测试技术与其他技术如物联网、大数据等更加紧密地集成提高测试效率和准确性 实时化：测试技术将更加实时化能够实时监测和预警机械设备的运行状态 绿色化：测试技术将更加注重环保和节能降低机械设备的能耗和污染排放
机械工程测试技术基础ppt(共70张PPT)
瞬时功率对时间的积分即为能量。
定义：当x〔t〕满足x2(关t)d系t式
那么称信号x〔t〕为有限能量信号 ，简称能量信号 。
矩形脉冲、衰减指数信号等均属这类信号。
• 功率信号：
• 假设信号在区间〔－∞，＋ ∞〕的能量是无限的
x2(t)dt
•
但它在有限区间〔t1,t2)的平均功率有限，即
1 t2 x2(t)dt
令
Cn
C n
C0
1 2
(an
1 2
(an
a0
jbn ) jbn )
n 1,2,3
那么
x (t) C 0 C n e j n 0 t C n ej n 0 t n 1 ,2 ,3
n 1
n 1
或
x(t)
Cejn 0t n
n0,1,2,(1-
n
15)
这就是傅里叶级数的复指数展开形式。
若 x(t) X (f )
则有
d n x (t) dt n
( j2 f )n X （ f )
( j2 t)n x (t)
d nX (f ) df n
t
1
x ( t ) dt X ( f )
j2 f
三、几种典型信号的频谱
1. 矩形窗函数的频谱
结论：
➢矩形窗函数在时域中有限区间取值，但频域中频谱在频率 轴上连续且无限延伸。 ➢实际工程测试总是时域中截取有限长度(窗宽范围)的信号，其本 质是被测信号与矩形窗函数在时域中相乘，因而所得到的频谱必 然是被测信号频谱与矩形窗函数频谱在频域中的卷积，所以实际 工程测试得到的频谱也将是在频率轴上连续且无限延伸。
★周期信号的频谱是离散的!
n
例题1－1，求图1－6中周期三角波的傅里叶级数。
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第2章
2.1 信号的分类与描述
若信号在区间（－∞，∞）的能量是无限的，即
但它在有限区间（t1，t2）的平均功率是有限的，即
则这种信号称为功率有限信号或功率信号。图２-１所示的振动系统，其位移信 号x(t)就是能量无限的正弦信号，但在一定时间区间内其功率却是有限的。如果该系 统加上阻尼装置，其振动能量随时间而衰减（见图２-２），这时的位移信号就变成 能量有限信号了。
第2章
目录
2.1 信号的分类与描述 2.2 周期信号与离散频谱 2.3 瞬变非周期信号与连续频谱 2.4 随机信号
在生产实践和科学实验中，需要观测大量的现象及其参量的变化。这些 变化量可以通过测量装置变成容易测量、记录和分析的电信号。一个信号包 含着反映被测系统的状态或特性的某些有用的信息，它是人们认识客观事物 内在规律、研究事物之间相互关系、预测未来发展的依据。这些信号通常用 时间的函数（或序列）来表述该函数的图形称为信号的波形。
在一般情况下，Cn是复数，可以写成
把周期函数x(t)展开为傅里叶级数的复指数函数形式后，可分别以|Cn|－ω 和φn－ω绘制幅频谱图和相频谱图也可以分别以ｃｎ的实部或虚部与频率的关 系绘制幅频图，并分别称为实频谱图和虚频谱图（参阅例２-２）。
比较傅里叶级数的两种展开形式可知：复指数函数形式的频谱为双边谱（ω 从－∞～＋∞），三角函数形式的频谱为单边谱（ω从０～＋∞）；两种频谱各 谐波幅值在量值上有确定的关系，即｜ｃｎ｜＝１２Ａｎ，｜ｃ０｜＝ａ０。双 边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。
2.1 信号的分类与描述
2.2 周期信号与离散频谱
2.2.1 傅里叶级数的三角函数展开式 在有限区间上，凡满足狄里赫利条件的周期函数（信号） x(t)都可以展开成 傅里叶级数。 傅里叶级数的三角函数展开式为
机械工程测试技术基础PPT(共41页)
！！！
x t a 0 n 1 1 2 a n jn b e j n 0 t 1 2 a n jn b e j n 0 t
实频谱、虚频谱 余弦函数
正弦函数
！！！
！！！
由于
0
2
T0
当 T 0 趋于无穷 时，频率间隔 成为 d，
离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，n0 成为连续变
量，求和符号 就变为积分符号 ，则
且有
A na n 2 b n 2
tg n
an bn
*
xta0 A nco n s0tn
0
注意此二 式的区别
且有
A na n 2 b n 2
tg n
bn an
P 22-23
算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数
解：在x(t)的一个周期中可表示为X(t)
xt
A A
2A T0 2A
t t
T0 t 0 2
xt d x t ejtdtejt
2
1 x t ejtdtejtd
2
这就是傅立叶积分
二、傅立叶变换的主要性质(P 30) 熟悉傅立叶变换的性质的重要意义 简化作用,推广于复杂复杂情况！！！
第2章 测试装置的基本特性
§2.1 概述 §2.2 测试装置的静态特性 §2.3 测试装置动态特性的数学描述 §2.4 测试装置对任意输入的响应 §2.5 实现不失真测试的条件 §2.6 测试装置动态特性的测试
0 t T0
t
T 0
2
常值分量
1 T0
a0
T0
x 2
T0
t
dt
2
2 T0
T0 2
0
A
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第4章
第4章 常用传感器与敏感元件
目录
4.1 常用传感器分类 4.2 机械式传感器及仪器 4.3 电阻式、电容式与电感式传感器 4.4 磁电式、压电式与热电式传感器 4.5 光电传感器
目录
4.6 光纤传感器 4.7 半导体传感器 4.8 红外测试系统 4.9 激光测试传感器 4.10 传感器的选用原则
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例 如,水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质;压力测力计利用的是石英晶体的压电 效应等。
结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如,电容 式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起 自感或互感的变化。
弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大 小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力-松弛和内阻尼等因素 有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。因此,应用弹性元 件时,应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善上述 诸现象产生的影响。
4.2 机械式传感器及仪器
近年来,在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被 看作机械式传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化,转换为 接通、断开信号。图4-4表示这种开关中的一种。它由两个簧片组成,在 常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时,簧片被磁化而接合,成为接通 状态。只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时,簧片才会被磁化而接合, 从而表达了有一件工件通过。这类开关,可用于探测物体有无、位置、尺 寸、运动状态等。
工程测量中通常把直接作用于被测量,并能按一定方式将其转换成同种或别种 量值输出的器件,称为传感器。
传感器是测试系统的一部分,其作用类似于人类的感觉器官。它把被测量,如力、 位移、温度等物理量转换为易测信号或易传输信号,传送给测试系统的调理环节。 因而也可以把传感器理解为能将被测量转换为与之对应的,易检测、易传输或易处 理信号的装置。直接受被测量作用的元件称为传感பைடு நூலகம்的敏感元件。
目录
4.1 常用传感器分类 4.2 机械式传感器及仪器 4.3 电阻式、电容式与电感式传感器 4.4 磁电式、压电式与热电式传感器 4.5 光电传感器
目录
4.6 光纤传感器 4.7 半导体传感器 4.8 红外测试系统 4.9 激光测试传感器 4.10 传感器的选用原则
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例 如,水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质;压力测力计利用的是石英晶体的压电 效应等。
结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如,电容 式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起 自感或互感的变化。
弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大 小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力-松弛和内阻尼等因素 有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。因此,应用弹性元 件时,应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善上述 诸现象产生的影响。
4.2 机械式传感器及仪器
近年来,在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被 看作机械式传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化,转换为 接通、断开信号。图4-4表示这种开关中的一种。它由两个簧片组成,在 常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时,簧片被磁化而接合,成为接通 状态。只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时,簧片才会被磁化而接合, 从而表达了有一件工件通过。这类开关,可用于探测物体有无、位置、尺 寸、运动状态等。
工程测量中通常把直接作用于被测量,并能按一定方式将其转换成同种或别种 量值输出的器件,称为传感器。
传感器是测试系统的一部分,其作用类似于人类的感觉器官。它把被测量,如力、 位移、温度等物理量转换为易测信号或易传输信号,传送给测试系统的调理环节。 因而也可以把传感器理解为能将被测量转换为与之对应的,易检测、易传输或易处 理信号的装置。直接受被测量作用的元件称为传感பைடு நூலகம்的敏感元件。
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2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
随着科技的发展，测试技术已经形成了一门专门的技术科学。人 们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。
在某种意义上来说，“没有测试，就没有科学。” 因为人类的各种 活动领域中都离不开测试。 测试包含着测量和试验两大内容。 测量就是把被测系统中的某种信息提出，并加以度量，为确定量值而进 行的试验过程； 试验就是通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信 息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。它是对未知事物探索 性的认识过程。
2.视觉测试技术 3.测量尺寸继续向两个极端方向发展
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
领域：工业、农业、航天、军事等 1、工业检测
(1) 零件的识别与定位
■ 自动连接引线、对准芯片和封装； ■ 自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。
(2) 零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线测量
2020/8/18
五、测试系统的组成
2020/8/18
五、测试系统的组成
1、信号检出部分
传感器（Sensor）---- 执行检出功能的器件 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）
选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制
检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分
(3) 零件外观及内部缺陷检测 (4) 产品分类、分组
苹果分级、分色、配色
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
(5) 产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签
2、机器人导航
“手-眼”定位： 两个摄像机 --- 两幅平面图像 --- 三维场景信息
用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人
2020/8/18
测量的基础知识
一、量与量纲 量是指现象、物体或物质可定性区别和定量
确定的一种属性。 不同类的量可定性区别 同类的量可以量值大小区别
1、量值 量值是用数值和计量单位的乘积来表示的。
它被用来定量地表达被测对象相应属性的大小。
2020/8/18
测量的基础知识
2、基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度
计量：实现单位统一和量值准确可靠为目的。
2020/8/18
三、信息和信号
1.信息 物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能
量
2.信号 信息的载体。信息蕴含于信号之中。 信号是物质具有能量。
2020/8/18
四、测试技术的内容
1.测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化
生产过程：
管理 “物流”
“信息流”
控制
数量 状态 趋向
检测
获取信息
分析判断
自动控制
自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行
4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人
“勇气”号火星 车发回的彩色照
“机遇”号火星车拍摄
2020/8/18
五、测试系统的组成
2、信号变换部分
检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路
阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时； 噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流（V/A）转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字（A/D）转换 ---- 需要输出数字信号时
2020/8/18
2020/8/18
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
绪论 信号及其描述 测试装置的基本特性 常用传感器与敏感元件 信号的调理与记录 信号处理初步 测试技术的工程应用
2020/8/18
第一章 绪论
本章要点：
了解测试的基本概念 掌握信号和信息的关系 理解测试的基本内容与任务 理解测试系统的组成及各环节功能 掌握信号的分析方法 了解测试信息处理技术的发展方向
2020/8/18
五、测试系统的组成
3、分析处理部分
不断注入新内容 ---- 检测系统的研究中心 计算机系统 ---- 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动化、智能化
4、通信接口与总线部分
功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 接口 --- 分系统和上位机之间/分系统之间交换信息
2020/8/18
自我介绍
闫艳燕(副教授/博士)
办公地点：机械学院202 办公电话：3987523 移动电话：15538915012 E_mail ：yyy@
教教材材、、参参考考书书与与课课时时安安排排
教材
机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社
测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社
测量的基础知识
4、测量误差 测量误差 = 测量结果 — 真值
（1）误差分类：系统误差、随机误差、粗大误差 （2）误差表示方法
绝对误差 相对误差：误差/测量结果 引用误差：只用于表示计量器具特性的情况 中。是计量器具的绝对误差与引用值之比。
2020/8/18
思考题
1、什么是测试技术？ 2、测试系统由哪些环节和装置组成？各有 何作用？ 3、简述测试系统的工作过程。 4、举例说明测试技术的应用。
课时安排
授课 ：36学时 实验 ：4学时
2020/8/18
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生
一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测 量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处 理。 通过本课程的学习： ➢ 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试
系统和测量电路以及信号分析的基本原理和 分析方法。为后续课程打好基础。
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
3、遥感图像分析：
卫星遥感图像 --- 气象卫星（红外成象 --- 云图 --- 气象状况） 资源卫星（多光谱成象 ---- 地质、矿藏、森林、灾害） 海洋卫星（合成孔径雷达成象 --- 海洋、海浪、海滩）
航空摄影图像 --- （多目成象 --- 大地测量、测绘）
五、测试系统的组成
注意：测试系统各个环节的输出量与输入量之间应保持一一
对应和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少
或消除各种干扰。
2020/8/18
六、测试、信息处理的发展状况
测试技术 重要手段 科学研究
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 形成 推动实验研究和发展
新的检测理论、方法和技术手段
学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触
或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
2020/8/18
五、测试系统的组成
输入
输出
信号
被测对象 敏感元件： 酒精
变换：V H玻璃管
显示结果： 观察者 刻度线
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温
度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经 过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化 （分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、 记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
2020/8/18
五、测试系统的组成
2、测试过程和测试系统的组成 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器
、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个 模块组成。例如，下图所示的机床轴承故障监测系统中 的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换和计算机中 的FFT分析软件三部分组成。
2020/8/18
4、监控、安防、交通管理：
交通 --- 车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测 安全 --- 指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关） 监视 --- 超市、商店防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
5、军事与国防：
超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、 单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象
测试信息处理技术的发展具体体现在：
传感器：新型、微型、智能化 测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试
发展 信息处理：高在线实时能力、高精度、专用功能、小型
化、性能标准化和低价格
2020/8/18
六、机械工程测试技术的发展趋势
1.测量方式多样化
包括： （1）动态测量
（2）虚拟仪器 （3）便携式测量仪器 （4）组合式测量方式 （5）多传感器融合技术在制造过程中的应用
片
火星土壤的显微照片 检测手段水平决定科学研究的深度和广度
2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
生物医学图像分析
医学临床诊断 ： X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）
CT图像
医学影像融合分析
自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
2020/8/18
二、测试的基本概念
测试：具有试验性的测量 试验：对未知事物探索性的认识过程 测量：为确定量值而进行的试验过程
因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改 造世界的重要手段。
2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
1、产品检验和质量控制的重要手段
被动检测 主动检测（在线检测） 质量控制领域
2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用
故障监测系统
动态监测
保证设备和人员安全
一、 测试的重要作用和意义
随着科技的发展，测试技术已经形成了一门专门的技术科学。人 们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。
在某种意义上来说，“没有测试，就没有科学。” 因为人类的各种 活动领域中都离不开测试。 测试包含着测量和试验两大内容。 测量就是把被测系统中的某种信息提出，并加以度量，为确定量值而进 行的试验过程； 试验就是通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信 息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。它是对未知事物探索 性的认识过程。
2.视觉测试技术 3.测量尺寸继续向两个极端方向发展
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
领域：工业、农业、航天、军事等 1、工业检测
(1) 零件的识别与定位
■ 自动连接引线、对准芯片和封装； ■ 自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。
(2) 零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线测量
2020/8/18
五、测试系统的组成
2020/8/18
五、测试系统的组成
1、信号检出部分
传感器（Sensor）---- 执行检出功能的器件 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）
选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制
检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分
(3) 零件外观及内部缺陷检测 (4) 产品分类、分组
苹果分级、分色、配色
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
(5) 产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签
2、机器人导航
“手-眼”定位： 两个摄像机 --- 两幅平面图像 --- 三维场景信息
用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人
2020/8/18
测量的基础知识
一、量与量纲 量是指现象、物体或物质可定性区别和定量
确定的一种属性。 不同类的量可定性区别 同类的量可以量值大小区别
1、量值 量值是用数值和计量单位的乘积来表示的。
它被用来定量地表达被测对象相应属性的大小。
2020/8/18
测量的基础知识
2、基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度
计量：实现单位统一和量值准确可靠为目的。
2020/8/18
三、信息和信号
1.信息 物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能
量
2.信号 信息的载体。信息蕴含于信号之中。 信号是物质具有能量。
2020/8/18
四、测试技术的内容
1.测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化
生产过程：
管理 “物流”
“信息流”
控制
数量 状态 趋向
检测
获取信息
分析判断
自动控制
自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行
4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人
“勇气”号火星 车发回的彩色照
“机遇”号火星车拍摄
2020/8/18
五、测试系统的组成
2、信号变换部分
检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路
阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时； 噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流（V/A）转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字（A/D）转换 ---- 需要输出数字信号时
2020/8/18
2020/8/18
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
绪论 信号及其描述 测试装置的基本特性 常用传感器与敏感元件 信号的调理与记录 信号处理初步 测试技术的工程应用
2020/8/18
第一章 绪论
本章要点：
了解测试的基本概念 掌握信号和信息的关系 理解测试的基本内容与任务 理解测试系统的组成及各环节功能 掌握信号的分析方法 了解测试信息处理技术的发展方向
2020/8/18
五、测试系统的组成
3、分析处理部分
不断注入新内容 ---- 检测系统的研究中心 计算机系统 ---- 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动化、智能化
4、通信接口与总线部分
功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 接口 --- 分系统和上位机之间/分系统之间交换信息
2020/8/18
自我介绍
闫艳燕(副教授/博士)
办公地点：机械学院202 办公电话：3987523 移动电话：15538915012 E_mail ：yyy@
教教材材、、参参考考书书与与课课时时安安排排
教材
机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社
测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社
测量的基础知识
4、测量误差 测量误差 = 测量结果 — 真值
（1）误差分类：系统误差、随机误差、粗大误差 （2）误差表示方法
绝对误差 相对误差：误差/测量结果 引用误差：只用于表示计量器具特性的情况 中。是计量器具的绝对误差与引用值之比。
2020/8/18
思考题
1、什么是测试技术？ 2、测试系统由哪些环节和装置组成？各有 何作用？ 3、简述测试系统的工作过程。 4、举例说明测试技术的应用。
课时安排
授课 ：36学时 实验 ：4学时
2020/8/18
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生
一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测 量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处 理。 通过本课程的学习： ➢ 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试
系统和测量电路以及信号分析的基本原理和 分析方法。为后续课程打好基础。
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
3、遥感图像分析：
卫星遥感图像 --- 气象卫星（红外成象 --- 云图 --- 气象状况） 资源卫星（多光谱成象 ---- 地质、矿藏、森林、灾害） 海洋卫星（合成孔径雷达成象 --- 海洋、海浪、海滩）
航空摄影图像 --- （多目成象 --- 大地测量、测绘）
五、测试系统的组成
注意：测试系统各个环节的输出量与输入量之间应保持一一
对应和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少
或消除各种干扰。
2020/8/18
六、测试、信息处理的发展状况
测试技术 重要手段 科学研究
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 形成 推动实验研究和发展
新的检测理论、方法和技术手段
学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触
或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
2020/8/18
五、测试系统的组成
输入
输出
信号
被测对象 敏感元件： 酒精
变换：V H玻璃管
显示结果： 观察者 刻度线
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温
度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经 过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化 （分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、 记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
2020/8/18
五、测试系统的组成
2、测试过程和测试系统的组成 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器
、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个 模块组成。例如，下图所示的机床轴承故障监测系统中 的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换和计算机中 的FFT分析软件三部分组成。
2020/8/18
4、监控、安防、交通管理：
交通 --- 车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测 安全 --- 指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关） 监视 --- 超市、商店防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视
2020/8/18
七、测试技术在工程技术领域中的应用
5、军事与国防：
超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、 单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象
测试信息处理技术的发展具体体现在：
传感器：新型、微型、智能化 测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试
发展 信息处理：高在线实时能力、高精度、专用功能、小型
化、性能标准化和低价格
2020/8/18
六、机械工程测试技术的发展趋势
1.测量方式多样化
包括： （1）动态测量
（2）虚拟仪器 （3）便携式测量仪器 （4）组合式测量方式 （5）多传感器融合技术在制造过程中的应用
片
火星土壤的显微照片 检测手段水平决定科学研究的深度和广度
2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
生物医学图像分析
医学临床诊断 ： X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）
CT图像
医学影像融合分析
自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
2020/8/18
二、测试的基本概念
测试：具有试验性的测量 试验：对未知事物探索性的认识过程 测量：为确定量值而进行的试验过程
因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改 造世界的重要手段。
2020/8/18
一、 测试的重要作用和意义
1、产品检验和质量控制的重要手段
被动检测 主动检测（在线检测） 质量控制领域
2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用
故障监测系统
动态监测
保证设备和人员安全