工程测试技术基础(绪论)
绪论
同学们好，从今天开始我就要为大家介绍一门新的课程，名字叫测试技术基础。
测是机械工程相关专业一门非常重要的学科基础课。
我们正处于一个信息技术飞速发展的时代，而测试技术的出现正是这个时代的产物之一。
所谓它山之石，可以攻玉，微电子技术，特别是微计算机技术的迅速发展，给机械工程、机械工业带来了极其深刻的变化。
机械产品由以往取代、延伸与放大人的体力的作用，跃变到还能取代、延伸、与加强人的部分脑力的作用，比如机电一体化产品的蓬勃兴起于发展正是这一跃变的体现。
机械产品的制造过程也发生了飞跃，制造过程不仅包括物质流与能量流，而且还包含了信息流，制造过程正在走向柔性化、集成化、智能化，FMS（柔性制造系统）、CIMS（计算机集成制造系统）的出现与发展正是这一趋势的体现。
这一切技术的关键问题，都在于信息的获取、传输、储存、处理与分析、信息的利用。
而这些正是测试技术、信息理论在机械工程这一传统学科领域的新应用。
1988年4月28日，阿罗哈航空（243号班机为）一架波音737型客机，从希洛前往檀香山途中，因金属疲劳导至驾驶室后方一直到机翼附近的一大块机舱天花板撕裂飞脱，一名空服员（卡拉芭尼·兰辛（Clarabelle Lansing））不幸被吸出机舱外，至今仍失踪，65人受伤。
这个灾难性的断裂事件震惊了整个世界，更加震惊了美国。
所以美国国会当时形成一个议案，要求3年内拿出一个SMART飞机的概念设计，SMART的含义就是具有自诊断和预警系统。
正是这一事件推动了世界各国对智能材料的研究，也推动了各个领域里的监测、诊断、自控制、自适应的研究工作的蓬勃兴起和发展。
另外，这次事件也告诫人们，对一些重要的设备、重要的设施、关键的零部件，对其进行有效的诊断和监控是非常重要的。
比如在我国的三峡大坝里，我们填入了光纤传感器，在长江大桥的悬索大桥的悬索里嵌入了光纤传感器，以自动监测和控制大坝和桥梁的受载情况，以免由于材料的疲劳强度和过载发生灾难性的损害事故。
测试技术基础(李孟源)第1章
第1章 绪 论 以商业用电子秤为例来说明测试技术与测试系统的概念. 待秤物品置于秤盘上,与秤盘接触的荷重传感器感受被测重 量的信息并将其转换为电参量的变化,经信号调理电路(如 电桥)转换为便于传输,处理的电信号,再经模/数转换和运 算处理单元对电信号进行处理,最后显示或记录出被秤物的 重量及相关信息.此例表明,典型的测试系统组成通常如图 1.1所示.
第1章 绪 论
Hale Waihona Puke 第1章 绪 论课程内容 1.1 课程内容 1.2 本课程的特点及任务要求
第1章 绪 论
1.1 课程内容
测试是具有试验性质的测量; 试验是对未知事物探索认识 的过程; 测量则是为确定被测对象量值而进行的实验过程. 测试技术有时也称检测技术,又称广义测量,即将被测量 (信号)转换为可检测, 传输,处理,显示或记录的量,再与 标准量比较的过程. 测量过程中各环节由专门的设备来完成, 这些设备组成的系统通常称为测试系统.
第1章 绪 论
图1.1 测试系统的组成框图
第1章 绪 论
1.2 本课程的特点及任务要求
通过本课程的学习, 学生应做到: (1) 掌握测试技术的基本理论; (2) 熟练掌握测试系统静, 动态特性的评价方法和实 现不失真测试的条件; (3) 掌握常用传感器及其调理电路的工作原理, 性能 并能合理地选用; (4) 具有设计测试方案, 分析和处理测试信号的能力.
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机械工程测试技术基础知识点
第一章绪论1、测试的概念目的：获取被测对象的有用信息。
测试是测量和试验的综合。
测试技术是测量和试验技术的统称。
2、静态测量及动态测量静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。
动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。
3、课程的主要研究对象研究机械工程中动态参数的测量4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达第二章信号分析及处理一、信号的分类及其描述1、分类2、描述时域描述：幅值随时间的变化频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点1、周期信号数学工具：傅里叶级数方法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性收敛性（见表1-2）周期的确定：各谐波周期的最小公倍数基频的确定：各谐波频率的最大公约数2、瞬变信号（不含准周期信号）数学工具：傅里叶变换方法：求信号傅里叶变换频谱特点：连续性、收敛性3、随机信号数学工具：傅里叶变换方法：求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点：连续性三、典型信号的频谱1、δ(t)函数的频谱及性质△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”采样性质：积分特性：卷积特性：2、正、余弦信号的频谱（双边谱）欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。
解决了周期信号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。
3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）四、信号的特征参数1、均值：静态分量（常值分量）正弦、余弦信号的均值？2、均方值：强度（平均功率）均方根值：有效值3、方差：波动分量4、概率密度函数：在幅值域描述信号幅值分布规律五、自相关函数的定义及其特点1、定义：2、特点3、自相关图六、互相关函数的定义及其特点1、定义2、特点3、互相关图七、相关分析的应用八、相关系数及相干函数相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系；相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。
机械工程测试技术基础教学PPT
#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
(完整word)工程测试技术教学大纲
课程教学大纲课程的性质、目的和任务工程测试技术基础是机械大类专业的平台课程.通过本课程的学习可以获得传感器测量原理、测量信号处理方法和计算机测量系统等方面的基础知识，并掌握温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和应用方法。
基本要求本课程分为概论、信号分析基础、传感器测量原理、测试系统基本特性、计算机化测试系统和常见物理量测量与应用几部分。
学完本课程应具有下列几方面的知识:（1）掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。
（3）掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。
(4)掌握温度、压力、位移等常见物理量的测量方法，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。
（5)了解计算机测试系统的构成，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. 课程内容与学时安排第一部分绪论（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(8）包括信号的分类,信号波形分析、频谱分析、相关分析原理与应用。
第三部分传感器测量原理（8)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、光学传感器、热电式传感器、化学传感器、生物传感器等常用传感器的工作原理和应用。
第四部分测试系统特性（4）介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量的条件.测试系统特性的评定方法. 第五部分计算机化测试系统（10）包括传感器信号的放大、滤波、调制与解调，等信号调理方法、A/D、D/A转换过程和采样定理，常用的数字信号处理算法，计算机虚拟仪器技术。
实验 8学时1.波形合成与分解，波形图、谱图的识图2.输送线模型多传感器综合应用(红外、光电、铁磁等）3.环境监测(烟雾、酒精、温度、湿度、亮度、噪声等）4.转子实验台模型转速和振动测量、现场动平衡合计 32+8学时。
工程测试技术第一章绪论PPT课件
11/13/2020
烟雾传感器 亮度传感器 红外人体探测器
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0 绪论
9）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。
全自动洗衣机中的传感器：
衣物重量传感器，衣质传
感器，水温传感器，水质
传感器，透光率光传感器 (洗净度) 液位传感器，电 阻传感器(衣物烘干检测)。
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0.4 测试工作的内容、地位、作用和任务
1）内容： 测量原理
如压电效应、磁电效应、热电效应等。 测量方法
如直接测量或间接测量、电测法或非电测法、模拟量测量或 数字量测量等。 测量系统 数据处理
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具体来说，测试技术的研究内容包括：
（动态设计） 2）老产品的技术改造 例如：武器系统的减重设计
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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。
汽车扭距测量
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。
0 绪论
测试： 测量 试验
[Mendelyeev,Dmitry Ivanovich]
具有试验性质的测量。
什么是工程测试技术？
0 绪论
工程测试技术是信息技术的重要组成部分，它所研究的内容 是信息的提取与处理的理论、方法和技术。
具体讲：就是利用现代测试手段对工程中的各种物理信 号，特别是随时间变化的动态物理信号进行检测、试验、分 析，并从中提取有用信息的一门新兴技术。
《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( , , ,)
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第一章、绪论
重庆交通大学航海学院
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
重庆交通大学航海学院
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。
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
重庆交通大学航海学院
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。
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
重庆交通大学航海学院
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。
工程测试技术基础
重庆交通大学航海学院
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。
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：
重庆交通大学航海学院
全自透光率光传感器 (洗净度) 液位传感器，电 阻传感器(衣物烘干检测)。
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。
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
重庆交通大学航海学院
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。
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。
重庆交通大学航海学院
http://202.114.11.1/wellcourse/csjs/index.html
工程测试技术基础
Project Based Learning：
重庆交通大学航海学院
AGV小车 轨迹跟踪
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 。
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
重庆交通大学航海学院
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。
重庆交通大学航海学院
工程测试技术基础
工程测试技术基础
重庆交通大学航海学院
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。
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：
重庆交通大学航海学院
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。
工程测试技术基础
重庆交通大学航海学院
1.1 测试技术的基本概念
重庆交通大学航海学院
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。
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 课程网络学习资源：
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
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
重庆交通大学航海学院
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。
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。
重庆交通大学航海学院
密歇根大学数字化工厂
1.2 测试技术的工程应用
重庆交通大学航海学院
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