中北大学0测试技术绪论
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测试技术基础绪论.ppt
–工农业生产、科学研究、交通运输、医疗卫生、环 保等
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测量系统的用途1
产品开发与工程试验过程
Page: 10测量系统的用途2源自过程与系统控制Page: 11
测量系统的用途3
监测与诊断
Page: 12
测试过程和测试技术的一般组成1
信息 总是蕴涵在某些 物理量（就是信号）之中，并依靠 它们来传输的。就具体物理性质而言，信号 有电信号、 光信号、力信号、位移信号，等等。
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测试过程和测试技术的一般组成2
传输环节专指较远距 离的通讯传输
并非所有的环节都需要 ！！！ 例1：设备检测 例2：产品性能试验
特别注意
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在所有的组成环节中，必须遵循的基本 原则是各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，并 必须尽可能地减小或消除各种干扰。
– 计量：如果测量涉及实现单位统一和量值准确可靠则 被称为计量。因此研究测量、保证测量统一和准确的 科学被称为计量学 (Metrology)。
– 测试是具有试验性质的测量，或（测量 + 试验）。
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计量学的研究范畴
• 计量学将研究可测的量、计量单位、计量基准、 标准的建立、复现、保存及量值传递、测量原 理与方法及其准确度、观察者的测量能力，物 理常量及常数、标准物质、材料特性的准确确 定，以及计量的法制和管理。实际中，计量一 词只用做某些专门术语的限定语，如计量单位、 计量管理、计量标准等。所组成的新术语都与 单位统一和量值准确可靠有关。
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测试技术的重要性2
• 测试技术的重要性
–测试是科学研究的基本方法，用数学语言 表述科学规律和理论需要测试技术，检验科 学理论和规律的正确性同样需要测试技术
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测量系统的用途1
产品开发与工程试验过程
Page: 10测量系统的用途2源自过程与系统控制Page: 11
测量系统的用途3
监测与诊断
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测试过程和测试技术的一般组成1
信息 总是蕴涵在某些 物理量（就是信号）之中，并依靠 它们来传输的。就具体物理性质而言，信号 有电信号、 光信号、力信号、位移信号，等等。
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测试过程和测试技术的一般组成2
传输环节专指较远距 离的通讯传输
并非所有的环节都需要 ！！！ 例1：设备检测 例2：产品性能试验
特别注意
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在所有的组成环节中，必须遵循的基本 原则是各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，并 必须尽可能地减小或消除各种干扰。
– 计量：如果测量涉及实现单位统一和量值准确可靠则 被称为计量。因此研究测量、保证测量统一和准确的 科学被称为计量学 (Metrology)。
– 测试是具有试验性质的测量，或（测量 + 试验）。
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计量学的研究范畴
• 计量学将研究可测的量、计量单位、计量基准、 标准的建立、复现、保存及量值传递、测量原 理与方法及其准确度、观察者的测量能力，物 理常量及常数、标准物质、材料特性的准确确 定，以及计量的法制和管理。实际中，计量一 词只用做某些专门术语的限定语，如计量单位、 计量管理、计量标准等。所组成的新术语都与 单位统一和量值准确可靠有关。
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测试技术的重要性2
• 测试技术的重要性
–测试是科学研究的基本方法，用数学语言 表述科学规律和理论需要测试技术，检验科 学理论和规律的正确性同样需要测试技术
测试技术(第一章 绪论)
本课程主要介绍机械工程、工业自动化、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。 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。 该课程开设有相关实验。 内容如下
绪 论
轴承振动信号测量
煤气包高度测量
桥梁固频测量
机翼模态分析
索道检测
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。
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
工程测试技术
——郭世伟
第一章 绪 论
一、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 种官作用 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，通过测试可以揭示 事物的内在联系和发展规律，从而去利用它和改 造它，推动科学技术的发展。 科学技术的发展历史表明，科学上很多新的 发现和突破都是以测试为基础的。同时，其它领 域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方 法和装备，促进了测试技术的发展。
二、测试系统的组成
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。
有时还有包括激励装置、通信传输、反馈控制等。 传感器将被测物理量检出并转换为电量，可提 高测量精度和测量的自动化程度，以及便于信息的 记录、存储、传输、分析和处理。 各种常见物理量测量传感器的工作原理和测量 放大电路原理是本课程的一个主要组成部分。
工程技术领域中需要测试的机械量有：压力、力 矩、应变、位移、速度、加速度、温度、流量、液位、 浓度、重量等。 用于生产控制：自动控制技术和测试技术有着密 切的关系，测试装置是自动控制系统中的感觉器官和 信息来源。 用于系统和过程的状态检测、生产监督、故障诊 断等：在科学实验和工业生产过程中，为了及时了解 工艺过程、生产过程和关键设备的状况，需要对反映 实验或生产对象特征的信号采集、分析处理。 （与医疗看病过程类比） 用于工程研究、动态设计中的动态特性试验、产 品开发；等等。
《测试技术》课程教学大纲(本科)
《测试技术》课程教学大纲课程编号：08079111课程名称：测试技术英文名称：Measuring Technology课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：40/2.5（讲课学时：32 实验学时：8 上机学时：0）适用专业：机械设计制造及其自动化一、课程性质、目的和任务《测试技术》是机械设计制造及其自动化专业的一门学科基础课程。
本课程从系统的观点出发，讲述机械工程中基本的测试理论、测试技术、试验方法和数据分析方法。
主要讲解：测试系统的构成及基本测试理论；试验数据的时域分析、幅值域分析、时差域分析和频域分析；传感器；典型机械参数测试方法，包括应力应变测试、力测试、位移/速度/加速度测试、转速/扭矩/功率测试和流体参数测试。
培养学生能正确地选用测试装置和传感器组建测试系统进行机械工程常见参量电测的基本知识和技能，并能使用数学工具进行数据处理。
并为进一步学习、研究和处理机械工程技术问题打下坚实基础。
二、课程与其他课程的联系测试技术讲授的主要内容是测试理论、测试试验、试验方法和数据处理方法基础，要求学生应该具备高等数学、复变函数、物理学、电子学、理论力学、单片机技术、材料力学、材料学、量子理论、机械零件、光学和光电子学等的基础知识，同时，对机械系统设计、机床设计、数控技术、车辆设计等学科具有很强的支承作用。
三、课程的教学目标1.了解测试技术的发展历程和趋势，掌握测试系统的基本构成和方法，并能够使用数学知识描述测试系统；（支撑毕业要求1.3）2.掌握机械系统测试信号的时域和频域描述方法和意义，了解信号的时差域描述和幅值域描述方法和意义，使用适当的、简捷的曲线参数来描述信号；（支撑毕业要求4.1 和3.1）3.掌握测试装置的静态特性、动态特性、评价方法和不失真测试条件，正确选用测试装置，掌握一、二阶系统动态特性和测试方法；（支撑毕业要求5.2 和5.3）4.掌握各种常用传感器的基本工作原理和结构特点，能够机械系统的特点，正确地选用传感器解决测控问题；（支撑毕业要求3.1, 4.1、5.2 和5.3）5.掌握各种常见的机械参量测量系统组成、测试方法的特点和输出数据的特点，能够正确地组配测试系统，正确地选择数学方法处理试验数据；（支撑毕业要求4.1）6.掌握试验数据的相关分析和频谱分析的基础知识，学会通过曲线特征点提取机械模型运行状态的方法；(支撑毕业要求5.2 和5.3）7.掌握信号调理的基本方法，理解模拟信号调制、滤波和解调的基本方法和意义，熟悉滤波器曲线的特征点和曲线各个段的意义。
测试技术 绪论
Machining condition Cutter path
CNC
Position velocity
Control command
Actuator
Motion
Machine tool (Tool-work ToolRelative motion)
Machining motion
Machining process
CF存储卡
网络 接口
Internet/Intranet 例:嵌入式机械设备智能状态监控与故障诊断装置
测试技术的发展动向
终端浏览器
诊断代理
internet
数据服务器
WEB诊断服务器
诊断代理
诊断(控制)中心
以太网
诊断代理接口 和传统的诊断系统
嵌入式 计算机
代理信息中心 工况监测系统 诊断代理接口 和传统的诊断系统
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?
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
绪
0.1 测试的基本概念
CNC
Position velocity
Control command
Actuator
Motion
Machine tool (Tool-work ToolRelative motion)
Machining motion
Machining process
CF存储卡
网络 接口
Internet/Intranet 例:嵌入式机械设备智能状态监控与故障诊断装置
测试技术的发展动向
终端浏览器
诊断代理
internet
数据服务器
WEB诊断服务器
诊断代理
诊断(控制)中心
以太网
诊断代理接口 和传统的诊断系统
嵌入式 计算机
代理信息中心 工况监测系统 诊断代理接口 和传统的诊断系统
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?
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
绪
0.1 测试的基本概念
0.测试技术绪论37p2h
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0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
(4)状态检测、故障诊断 状态检测、 状态检测 对于装备的使用、维护保障与管理人员来说， 对于装备的使用、维护保障与管理人员来说，最关心 的问题是所属机械装备系统性能状态如何， 的问题是所属机械装备系统性能状态如何，是否存在 故障，是什么故障，发生在那个部位， 故障，是什么故障，发生在那个部位，故障程度如何 等。要解决这些问题的唯一途径就是对机械装备系统 进行测试，根据测试数据判断系统性能状态是否正常。 进行测试，根据测试数据判断系统性能状态是否正常。 机械装备也是有一定寿命的， 机械装备也是有一定寿命的，判断系统是否达到报废 标准，也必须以测试数据位依据。 标准，也必须以测试数据位依据。
21
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用)
NASA的ATRV智能车辆
美国海军研究室 ATRV智能车辆 智能车辆
22
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用)
航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、 航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、轨道控制
航天
23
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用)
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0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用) 流程工业设备运行状态监控
石化企业输 油管道、 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。 和泄露检测。
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0 绪论
0.3 测试技术的内容与测试系统的组成
测量原理: 压电、电磁、热电、光电效应等； 测量原理 压电、电磁、热电、光电效应等； 测量方法:直接 间接、 直接/间接 非电、 数字等； 测量方法 直接 间接、电/非电、模拟 数字等； 非电 模拟/数字等 测量系统:设计或选用测试装置 组成测量系统； 设计或选用测试装置， 测量系统 设计或选用测试装置，组成测量系统； 数据处理:进行科学的数据处理 获得正确结果。 进行科学的数据处理， 数据处理:进行科学的数据处理，获得正确结果。 任何工程测试问题都可归结为输入、 任何工程测试问题都可归结为输入、输出和系统 传输特性三者之间的关系问题。 传输特性三者之间的关系问题。
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
(4)状态检测、故障诊断 状态检测、 状态检测 对于装备的使用、维护保障与管理人员来说， 对于装备的使用、维护保障与管理人员来说，最关心 的问题是所属机械装备系统性能状态如何， 的问题是所属机械装备系统性能状态如何，是否存在 故障，是什么故障，发生在那个部位， 故障，是什么故障，发生在那个部位，故障程度如何 等。要解决这些问题的唯一途径就是对机械装备系统 进行测试，根据测试数据判断系统性能状态是否正常。 进行测试，根据测试数据判断系统性能状态是否正常。 机械装备也是有一定寿命的， 机械装备也是有一定寿命的，判断系统是否达到报废 标准，也必须以测试数据位依据。 标准，也必须以测试数据位依据。
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用)
NASA的ATRV智能车辆
美国海军研究室 ATRV智能车辆 智能车辆
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用)
航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、 航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、轨道控制
航天
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用)
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 典型应用) 流程工业设备运行状态监控
石化企业输 油管道、 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。 和泄露检测。
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0 绪论
0.3 测试技术的内容与测试系统的组成
测量原理: 压电、电磁、热电、光电效应等； 测量原理 压电、电磁、热电、光电效应等； 测量方法:直接 间接、 直接/间接 非电、 数字等； 测量方法 直接 间接、电/非电、模拟 数字等； 非电 模拟/数字等 测量系统:设计或选用测试装置 组成测量系统； 设计或选用测试装置， 测量系统 设计或选用测试装置，组成测量系统； 数据处理:进行科学的数据处理 获得正确结果。 进行科学的数据处理， 数据处理:进行科学的数据处理，获得正确结果。 任何工程测试问题都可归结为输入、 任何工程测试问题都可归结为输入、输出和系统 传输特性三者之间的关系问题。 传输特性三者之间的关系问题。
0.绪论
量。 • 因此研究测量、保证测量统一和准确的科学被称为计量学 （Metrology）。
• 具体地说，计量学将研究可测的量、计量单位、 计量基准、标准的建立、复现、保存及量值传递、 测量原理与方法及其准确度、观察者的测量能力，
物理常量及常数、标准物质、材料特性的准确确
定，以及计量的法制和管理。
• 实际上，计量一词只用做某些专门术语的限定语，如计量单
• 不同的单位制必须被建立和认同，亦即这些单位制必须被
标准化。由于存在着不同的单位制，在不同单位制间的转 换基础方面也必须有协议。
• 在国际单位（SI）制中，基本量约定为：长度、质量、时
间、温度、电流、发光强度和物质的量等七个量。它们的
量纲分别为：L、M、T、θ、I、N和J表示。 • 导出量的量纲可用基本量量纲的幂和乘积来表示。例如， 导出量一力的量纲理LMT-2，电阻的量纲是L2MT-3I-2。 • 工程上会遇到无量纲量，其量纲中的幂都为零，实际上它 是一个数。弧度（rad）就是这种量。
产品全寿命的各个过程的研究中，测量试验研究是不可缺 少的环节。 • 在工程试验中，需要进行各种物理的测量，以得到准确的 定量结果。 • 机器和生产过程的运行监测、控制和故障诊断也需要在线 测量。 • 测量系统是机器和生产线的重要组成部分。
• 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，也是本书的主
支持，从而促使测试技术在近20年来得到极大的发展和广 泛应用。
• 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。 • 现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以下方面：
• 具体地说，计量学将研究可测的量、计量单位、 计量基准、标准的建立、复现、保存及量值传递、 测量原理与方法及其准确度、观察者的测量能力，
物理常量及常数、标准物质、材料特性的准确确
定，以及计量的法制和管理。
• 实际上，计量一词只用做某些专门术语的限定语，如计量单
• 不同的单位制必须被建立和认同，亦即这些单位制必须被
标准化。由于存在着不同的单位制，在不同单位制间的转 换基础方面也必须有协议。
• 在国际单位（SI）制中，基本量约定为：长度、质量、时
间、温度、电流、发光强度和物质的量等七个量。它们的
量纲分别为：L、M、T、θ、I、N和J表示。 • 导出量的量纲可用基本量量纲的幂和乘积来表示。例如， 导出量一力的量纲理LMT-2，电阻的量纲是L2MT-3I-2。 • 工程上会遇到无量纲量，其量纲中的幂都为零，实际上它 是一个数。弧度（rad）就是这种量。
产品全寿命的各个过程的研究中，测量试验研究是不可缺 少的环节。 • 在工程试验中，需要进行各种物理的测量，以得到准确的 定量结果。 • 机器和生产过程的运行监测、控制和故障诊断也需要在线 测量。 • 测量系统是机器和生产线的重要组成部分。
• 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，也是本书的主
支持，从而促使测试技术在近20年来得到极大的发展和广 泛应用。
• 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。 • 现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以下方面：
传感与测试技术-绪论-文档资料
• 导出单位：按物理量之间的关系，由基本单位 和辅助单位以相乘或相除的形式所构成的单位
• 辅助单位：指未归入基本单位或导出单位如弧 度(rad)和 球面度(sr)
有关"米"的定义的历史变迁
1791年法国决定采用通过巴黎 的地球子午线的四分之一的千 万分之一为长度单位。
三、测量、计量、测试
• 测量：以确定被测对象的量值为目的而进 行的实验过程 。测量四要素：被测对象、 计量单位、测量方法和测量误差
• 误差的表示方法
绝对误差：按定义式表示的误差，有单位 相对误差=误差÷真值，无量纲，用%或‰表
示。当误差值较小时：相对误差≈误差÷测 量结果 分贝误差：单位为dB
分贝误差=20×lg(测量结果÷真值)
五、测量误差
引用误差：计量器具的绝对误差与引用值之 比。引用值是指计量器具的标称范围的最高 值或量程。例：温度计标称范围为-20~ 50℃，量程为 70℃ ，引用值为70℃
标准偏差的估计值为
ˆ x
12N
测量结果 x0 (68 3 0.2)N (68 0.6)N
三、要求掌握的基本知识
• 掌握常用传感器和中间变换电路、记录仪 器的工作原理。
第一章 绪论
第二节 测量的基础知识
学习要求
• 掌握测量结果的表达方式 • 掌握准确度等级和引用误差的关系 • 了解量与量纲的概念 • 了解测量误差的定义和分类
第二节 测量的基础知识
• 测量结果具普遍意义需具备得条件： 测量的过程是被测量的量与标准或相对标准的比较 过程。 进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定。
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44N
F0 (8100 2.13 44)N (8100 90)N
• 辅助单位：指未归入基本单位或导出单位如弧 度(rad)和 球面度(sr)
有关"米"的定义的历史变迁
1791年法国决定采用通过巴黎 的地球子午线的四分之一的千 万分之一为长度单位。
三、测量、计量、测试
• 测量：以确定被测对象的量值为目的而进 行的实验过程 。测量四要素：被测对象、 计量单位、测量方法和测量误差
• 误差的表示方法
绝对误差：按定义式表示的误差，有单位 相对误差=误差÷真值，无量纲，用%或‰表
示。当误差值较小时：相对误差≈误差÷测 量结果 分贝误差：单位为dB
分贝误差=20×lg(测量结果÷真值)
五、测量误差
引用误差：计量器具的绝对误差与引用值之 比。引用值是指计量器具的标称范围的最高 值或量程。例：温度计标称范围为-20~ 50℃，量程为 70℃ ，引用值为70℃
标准偏差的估计值为
ˆ x
12N
测量结果 x0 (68 3 0.2)N (68 0.6)N
三、要求掌握的基本知识
• 掌握常用传感器和中间变换电路、记录仪 器的工作原理。
第一章 绪论
第二节 测量的基础知识
学习要求
• 掌握测量结果的表达方式 • 掌握准确度等级和引用误差的关系 • 了解量与量纲的概念 • 了解测量误差的定义和分类
第二节 测量的基础知识
• 测量结果具普遍意义需具备得条件： 测量的过程是被测量的量与标准或相对标准的比较 过程。 进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定。
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44N
F0 (8100 2.13 44)N (8100 90)N
测试技术基础电子教案——第一章 绪论
非电量电测技术 自从人类发现了电能并加以利用以后, 自从人类发现了电能并加以利用以后,伴 随着出现了各种电量的测量仪表. 随着出现了各种电量的测量仪表.随着电子技 术的发展,使对电量的测量技术相应得到提高. 术的发展,使对电量的测量技术相应得到提高. 电量的测量特点是机械量测量所不能比拟的, 电量的测量特点是机械量测量所不能比拟的, 基于电量测量的优点, 基于电量测量的优点,人们根据一些物理原理 及效应,把一些非电量转化成电量, 及效应,把一些非电量转化成电量,然后用电 测仪表对其进行测量和标定, 测仪表对其进行测量和标定,这就形成了非电 量电测法—用电量测量方法来测量非电量. 量电测法—用电量测量方法来测量非电量.
气测量法, :气测量法, 液测量法对环境 液测量法对环境 条件要求不高, 条件要求不高, 但由于其可压缩 性和响应较迟缓, 性和响应较迟缓, 只适宜做静态测 试.
目前, 目前,机械工程中最普遍使用的测量方法 是非电量电测法.这种测量方法精度高 精度高, 是非电量电测法.这种测量方法精度高,灵敏 度高,特别适于动态测试. 度高,特别适于动态测试.电测法可以将不同 电信号, 的被测机械量信号转换成相同的电信号 的被测机械量信号转换成相同的电信号,便于 用统一的后继仪器进行处理和计算机分析. 用统一的后继仪器进行处理和计算机分析.同 利用电测法还便于进行远距离测量 控制, 测量和 时,利用电测法还便于进行远距离测量和控制, 甚至可以进行无线遥控测量. 甚至可以进行无线遥控测量.
例一, 例一,确定某人的身高 通常采用标准长度的米尺(一个预定标准 一个预定标准) 通常采用标准长度的米尺 一个预定标准 对其进行测量, 对其进行测量,通过被测量与预定标准之间 的定量比较,从而得到此人实际的身高(被测 的定量比较,从而得到此人实际的身高 被测 对象的数值结果). 对象的数值结果 .例: ⊙水来自温度计测体温 ⊙弹簧测物体的重量
《测试技术》教学课件 绪论
在产品的研制,生产和使用维护的全寿命 在产品的研制,生产和使用维护的全寿命 研制 和使用维护 过程中都离不开测试技术和测试装备, 过程中都离不开测试技术和测试装备,它们 是确保产品"可靠性,可维修性,可保障性" 是确保产品"可靠性,可维修性,可保障性" 的重要支柱 . 测试仪器及由 及由各种测试仪器组成的测试系 测试仪器及由各种测试仪器组成的测试系 则是测试技术的最终体现. 统则是测试技术的最终体现.
3,尺寸向两个极端发展 , 两个极端就是指相对于现在测量尺寸的 大尺寸和小尺寸.如飞机外形的测量, 大型机械关键部件测量,高层建筑电梯 导轨的准直测量,油罐车的现场校准等 都要求能进行大尺寸测量;微电子技术, 生物技术的快速发展,探索物质微观世 界的需求,测量精度的不断提高,又要 求进行微米,纳米测试.
动态量测试的基本特点: 动态量测试的基本特点
由于被测量的动态性决定 了测量方法的特殊性,测试系 统的复杂性和从被测信号中获 取有用信息的丰富性.
四,测试技术的应用
1,机电工程中的应用
密歇根大学的机械手装配模型AGV自动送货车 自动送货车
机械手, 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, 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, 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. 觉传感器.
测量原理确定后,根据对测量任务的具体要 求和现场实际情况,需要采用不同的测量方 法,如直接测量法或间接测量法,电测法或 非电测法,模拟量测量法或数字量测量法, 等精度或不等精度测量法等. 在确定了被测量的测量原理和测量方法以后, 就要设计或选用装置组成测量系统. 实际测试得到的数据必须加以处理,才能得 到正确可靠的结果
《测试技术》教学大纲
测试技术》教学大纲大纲说明课程代码：3325001总学时：48学时（讲课38学时，实验10 学时）总学分： 3 学分课程类别：学科基础课，必修适用专业：机械设计制造及其自动化专业预修要求：本课程宜在《控制工程基础》课程之后开设。
一、课程的性质、目的、任务：测试技术是进行科学研究、验证科学理论必本可少的技术。
本课程是对理论知识的深化和补充，广博的理论性和丰富的实践性是本课程的特点。
本课程是机械工程类专业必修的技术基础课之一。
本课程的教学目的是培养学生能合理地选用测试装置并初步掌握静、动态测量和常用工程试验所需的基本知识和技能，为学生进一步学习、研究和处理机械工程技术问题打下基础。
本课程的基本任务是获取有用的信息，然后将其结果提供给观察者或输入给其他信息处理装置、控制系统。
二、课程教学的基本要求：1、掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信号的频谱结构的概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法，掌握数字信号分析中的一些基本概念。
2、掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试的条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。
掌握一阶、二阶线性系统特性及其测定方法。
3、了解常用传感器、常用信号调理电路和显示、记录仪器的工作原理和性能，并能够较正确地选用。
4、对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，并能初步运用于机械工程中某些参量的测量和产品的试验。
三、教学方法和教学手段的建议：1、本课程的学习中，特别要注意物理概念，建立关于动态测试工作的比较完整的概念。
2、本课程教学中应突出理论内容的物理意义和工程应用，可将机械设备的状态监测和故障诊断技术融合在课堂教学中。
在主要内容讲解结束后，可考虑安排一次测试技术最新发展趋势（如转子系统运行状态监测及故障诊断技术）的课堂讨论，讨论内容涉及测试技术的基本理论和基本方法的应用。
3、本课程具有较强的实践性。
学生必须参加必要的实验, 从而受到应有的实验能力的训练, 获得关于动态测试工作的完整概念，并初步具备处理实际测试工作的能力。
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业出版社，2009年3月第一版 推荐参考书: 1. 熊诗波、黄长艺主编，《机械工程测试技术基础》，机械工
业出版社，2007年第三版； 2. 封士彩主编，《测试技术学习指导及习题详解 》，北京大学
出版社， 2009年3月第一版； 3. 郑君里、杨为理、应启珩主编，《信号与系统》，人民教育
出版社，1981； 4. 杨叔子主编.《机械工程控制基础》（第五版）.华中科技大
测量原理: 压电、电磁、热电、光电效应等； 测量方法:直接/间接、电/非电、模拟/数字等； 测量系统:设计或选用测试装置，组成测量系统； 数据处理:进行科学的数据处理，获得正确结果。 任何工程测试问题都可归结为输入、输出和系统
传输特性三者之间的关系问题。
27
0 绪论
0.3 测试技术的内容与测试系统的组成
和选择一阶和二阶测试系统； (4)掌握常用传感器的工作原理，并能根据实际工作需要合理
选用传感器； (5)掌握常用信号调理电路和数据采集系统的工作原理和性能，
并能正确选用；掌握数字信号分析的基本概念； (6)掌握常规机械量的电测原理和方法，能够进行基本的测试
系统设计和应用。
36
谢谢！
37
17
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
AGV小车 轨迹跟踪
仓储模型
机械手
18
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
香港理工AGV模型
19
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
iRobot Packbot机器人
11
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
(2)、验证设计、鉴定性能
先进的机械装备系统必定具备先进的技术指标， 然而所研制的样机是否达到该系统的研制总要求或合 同要求，是装备使用部门和研制单位所共同关心的。 要客观、准确地验证和鉴定装备系统性能，只有对该 装备系统进行全面的测试，用测试数据证明其是否达 到要求或对其达到要求的程度进行评价。
计算机技术的发展使测试技术发生了革命性变 化。
计算机技术的发展扩充了人类的大脑，测试技 术的进步扩充了人类的感觉器官。
测试技术发展趋势：不断提高灵敏度、精度和 可靠性，向小型化、非接触化、多功能化和智 能化方向发展。
31
0 绪论
0.4 测试技术的发展状况
新型传感器层出不群，可测量迅速增加： ① 传感器是信息之源头，支配了传感器，就能 把握住新时代。 ② 物性型传感器：如光敏器件、气敏器件、记 忆合金、智能材料等 ③ 智能化传感器：微电子学、微细加工技术的 进步，使得传感器与放大、运算、温度补偿等 信号处理电路集成成为可能。 ④化学传感器：气体传感器、湿度传感器、离子 传感器、生物化学传感器等。
10
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
(1)探索规律、发展理论
在机械装备研究开发之前，针对一些重要理论 或技术，需要开展预先研究或基础研究。在研制的 方案阶段，也需要对某些重要的新部件或分系统进 行技术攻关。在这些重要探索性理论与技术研究中， 所提出的理论、假设是否符合实际，所采用的技术 措施是否有效，要靠测试工作予以验证。如果测试 结果与期望规律符合的好，说明所提出的理论假设 和技术措施是正确有效的；如果符合的不好，说明 存在问题，应对其进行修正，从而完善、发展产品 的设计理论与技术。
12
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
论证阶段
测试要求 论证审批
方案阶段
原理样机 试验审定
工程研制 阶段
初样机
试验鉴定
设计定型 阶段
测试试验
定型审查
试产阶段
生产定型 试验审查
图0.1 我军武器装备开发研制与试验程序
13
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
(3)检查质量、验收产品 检查质量、验收产品对于使用和承制单位而言都
测试技术属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱 之一。
测试控制技术、计算机技术、通讯技术，以及传感 器与检测技术是自动控制系统的的重要组成部分。
8
0 绪论
0.1 测试技术的内涵
什么是工程测试技术？
研究信息提取与处理的理论、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。
学出版社，2004
3
机械工程测试技术
0 绪论
0.1 测试技术的内涵 0.2 测试技术的作用和地位 0.3 测试技术的内容 0.4 测试技术的发展状况 0.5 本课程的特点和教学要求
6
0 绪论
0.1 测试技术的内涵
科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 －门捷列夫
[Mendelyeev,Dmitry Ivanovich]
通过本课程的学习，培养同学们合理地选用测试装置， 并初步掌握进行动态测试所需的基本知识和技能。
35
0 绪论
0.5 本教材的特点和教学要求
(1)认识测试技术的基本概念，掌握测试系统的基本组成； (2)掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信号频谱概
念，掌握频谱分析和相关分析的基本基本原理和方法； (3)掌握测试系统基本特性的评价方法，并能正确设计、分析
运算滤波
被 测 对
象
传 感 器
信 号 调
理
传 输
信 号 处
理
现 实 记
录
观 察 者
激 励
充分显示
反馈、控制
29
0 绪论
0.4 测试技术的发展状况
现 促进发展 现
代
代
科发展 技
术 吸收成果 术
图0.3 测试技术的发展
30
0 绪论
0.4 测试技术的发展状况
测试技术是一种随着现代技术的进步发展起来 的边缘学科。
32
0 绪论
0.4 测试技术的发展状况
广泛应用信息技术：计算机信息处理技术， 大幅度提高测试系统的精确度、测量能力和 工作效率。
多参量测试系统：广泛应用于机电设备的自 动控制和在线故障监测。
多传感器融合技术：是测量过程中获取信息 的新方法，它可以提高测量信息的准确性。
虚拟仪器：以计算机硬件和模块化测试软件 为支撑的智能化测试系统 。
33
0 绪论
0.5 本教材的特点和教学要求
测试技术是一门理论性和实践性很强的、非 常重要的技术基础课程。
测试技术是一门综合性学科，既综合应用许 多学科的原理和技术，又被广泛应用于各种 学科中。
34
0 绪论
0.5 本教材的特点和教学要求
本课程的研究对象： ①机械工程动态测试中常用的传感器(第3章 ) ②信号转换与调理电路(第4章 ) ③测量装置的基本特性及其评价方法(第2章 ) ④测试信号的分析和处理(第1章 ) ⑤常见物理量的测量方法(第5章 )
22
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、轨道控制
航天
23
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
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。
密歇根大学 数字化工厂
24
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 流程工业设备运行状态监控
测试系统必需遵循的原则： ①各环节的输入量与输出量之间应保持一一 对应 的关系，并尽量不失真； ②尽可能减小或消除各种干扰。
测试技术是一种综合性技术，对新技术特别敏 感。要做好测试工作，需要综合运用多种学科 的知识，特别要注意新技术的运用。
28
0 绪论
0.3.2 测试系统的组成
阻抗电压电流频率 形式转换放大
9
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
测试技术已经成为国民经济发展和社会进步的一项必 不可少的重要基础技术；使用先进的测试技术成为经 济高度发展和科技现代化的重要标志之一。
测试的基本任务是获取有用信息。 ①获取信号：检测出被测对象的有关信息；
②信号处理：变换信号形式，适合人的观测和利用；
③分析结果：供观察者利用，或用于控制系统以及其 他信息处理装置；
机械工程测试技术
中北大学机械工程与自动化学院 2011年3月
1
课程教学内容
0. 绪论 第1章 信号分析基础 第2章 测试系统的基本特性 第3章 传感器原理 第4章 测试信号的转换与调理 第5章 测试与传感技术的工程应用
2
使用教材及推荐参考书
教材: “机械工程测试技术 ”,潘宏侠、黄晋英主编，国防工
是至关重要的。检验就是规范化的测试与判断。在制 造阶段，要经过检验，才能知道每道加工工序是否合 格。检验人员通过测试数据进行质量控制和产品验收。 随着制造技术的现代化，国内外先进制造业已将大量 先进的测试技术应用到产品检验中，把大批先进的测 试设备配备到现代化生产线上，甚至投资研制专用的 产品检测试验设备，形成实时、在线的检测系统，既 保证了产品质量，又促进了工艺技术的进步。
DEMO Ⅲ 无人侦察平台
20
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
为FCS计划提供装备的iRobot公司 研制的军用智能车辆概念验证样车
美国陆军实验室的以ATRV 为平台的军用智能车辆
21
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
NASA的ATRV智能车辆
美国海军研究室 ATRV智能车辆
16
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
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。
业出版社，2007年第三版； 2. 封士彩主编，《测试技术学习指导及习题详解 》，北京大学
出版社， 2009年3月第一版； 3. 郑君里、杨为理、应启珩主编，《信号与系统》，人民教育
出版社，1981； 4. 杨叔子主编.《机械工程控制基础》（第五版）.华中科技大
测量原理: 压电、电磁、热电、光电效应等； 测量方法:直接/间接、电/非电、模拟/数字等； 测量系统:设计或选用测试装置，组成测量系统； 数据处理:进行科学的数据处理，获得正确结果。 任何工程测试问题都可归结为输入、输出和系统
传输特性三者之间的关系问题。
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0.3 测试技术的内容与测试系统的组成
和选择一阶和二阶测试系统； (4)掌握常用传感器的工作原理，并能根据实际工作需要合理
选用传感器； (5)掌握常用信号调理电路和数据采集系统的工作原理和性能，
并能正确选用；掌握数字信号分析的基本概念； (6)掌握常规机械量的电测原理和方法，能够进行基本的测试
系统设计和应用。
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
AGV小车 轨迹跟踪
仓储模型
机械手
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
香港理工AGV模型
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
iRobot Packbot机器人
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0.2 测试技术的作用和地位
(2)、验证设计、鉴定性能
先进的机械装备系统必定具备先进的技术指标， 然而所研制的样机是否达到该系统的研制总要求或合 同要求，是装备使用部门和研制单位所共同关心的。 要客观、准确地验证和鉴定装备系统性能，只有对该 装备系统进行全面的测试，用测试数据证明其是否达 到要求或对其达到要求的程度进行评价。
计算机技术的发展使测试技术发生了革命性变 化。
计算机技术的发展扩充了人类的大脑，测试技 术的进步扩充了人类的感觉器官。
测试技术发展趋势：不断提高灵敏度、精度和 可靠性，向小型化、非接触化、多功能化和智 能化方向发展。
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0.4 测试技术的发展状况
新型传感器层出不群，可测量迅速增加： ① 传感器是信息之源头，支配了传感器，就能 把握住新时代。 ② 物性型传感器：如光敏器件、气敏器件、记 忆合金、智能材料等 ③ 智能化传感器：微电子学、微细加工技术的 进步，使得传感器与放大、运算、温度补偿等 信号处理电路集成成为可能。 ④化学传感器：气体传感器、湿度传感器、离子 传感器、生物化学传感器等。
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0.2 测试技术的作用和地位
(1)探索规律、发展理论
在机械装备研究开发之前，针对一些重要理论 或技术，需要开展预先研究或基础研究。在研制的 方案阶段，也需要对某些重要的新部件或分系统进 行技术攻关。在这些重要探索性理论与技术研究中， 所提出的理论、假设是否符合实际，所采用的技术 措施是否有效，要靠测试工作予以验证。如果测试 结果与期望规律符合的好，说明所提出的理论假设 和技术措施是正确有效的；如果符合的不好，说明 存在问题，应对其进行修正，从而完善、发展产品 的设计理论与技术。
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0.2 测试技术的作用和地位
论证阶段
测试要求 论证审批
方案阶段
原理样机 试验审定
工程研制 阶段
初样机
试验鉴定
设计定型 阶段
测试试验
定型审查
试产阶段
生产定型 试验审查
图0.1 我军武器装备开发研制与试验程序
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0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
(3)检查质量、验收产品 检查质量、验收产品对于使用和承制单位而言都
测试技术属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱 之一。
测试控制技术、计算机技术、通讯技术，以及传感 器与检测技术是自动控制系统的的重要组成部分。
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0.1 测试技术的内涵
什么是工程测试技术？
研究信息提取与处理的理论、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。
学出版社，2004
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机械工程测试技术
0 绪论
0.1 测试技术的内涵 0.2 测试技术的作用和地位 0.3 测试技术的内容 0.4 测试技术的发展状况 0.5 本课程的特点和教学要求
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0.1 测试技术的内涵
科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 －门捷列夫
[Mendelyeev,Dmitry Ivanovich]
通过本课程的学习，培养同学们合理地选用测试装置， 并初步掌握进行动态测试所需的基本知识和技能。
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0 绪论
0.5 本教材的特点和教学要求
(1)认识测试技术的基本概念，掌握测试系统的基本组成； (2)掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信号频谱概
念，掌握频谱分析和相关分析的基本基本原理和方法； (3)掌握测试系统基本特性的评价方法，并能正确设计、分析
运算滤波
被 测 对
象
传 感 器
信 号 调
理
传 输
信 号 处
理
现 实 记
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观 察 者
激 励
充分显示
反馈、控制
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0.4 测试技术的发展状况
现 促进发展 现
代
代
科发展 技
术 吸收成果 术
图0.3 测试技术的发展
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0.4 测试技术的发展状况
测试技术是一种随着现代技术的进步发展起来 的边缘学科。
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0.4 测试技术的发展状况
广泛应用信息技术：计算机信息处理技术， 大幅度提高测试系统的精确度、测量能力和 工作效率。
多参量测试系统：广泛应用于机电设备的自 动控制和在线故障监测。
多传感器融合技术：是测量过程中获取信息 的新方法，它可以提高测量信息的准确性。
虚拟仪器：以计算机硬件和模块化测试软件 为支撑的智能化测试系统 。
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0.5 本教材的特点和教学要求
测试技术是一门理论性和实践性很强的、非 常重要的技术基础课程。
测试技术是一门综合性学科，既综合应用许 多学科的原理和技术，又被广泛应用于各种 学科中。
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0 绪论
0.5 本教材的特点和教学要求
本课程的研究对象： ①机械工程动态测试中常用的传感器(第3章 ) ②信号转换与调理电路(第4章 ) ③测量装置的基本特性及其评价方法(第2章 ) ④测试信号的分析和处理(第1章 ) ⑤常见物理量的测量方法(第5章 )
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0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、轨道控制
航天
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0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
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。
密歇根大学 数字化工厂
24
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用) 流程工业设备运行状态监控
测试系统必需遵循的原则： ①各环节的输入量与输出量之间应保持一一 对应 的关系，并尽量不失真； ②尽可能减小或消除各种干扰。
测试技术是一种综合性技术，对新技术特别敏 感。要做好测试工作，需要综合运用多种学科 的知识，特别要注意新技术的运用。
28
0 绪论
0.3.2 测试系统的组成
阻抗电压电流频率 形式转换放大
9
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位
测试技术已经成为国民经济发展和社会进步的一项必 不可少的重要基础技术；使用先进的测试技术成为经 济高度发展和科技现代化的重要标志之一。
测试的基本任务是获取有用信息。 ①获取信号：检测出被测对象的有关信息；
②信号处理：变换信号形式，适合人的观测和利用；
③分析结果：供观察者利用，或用于控制系统以及其 他信息处理装置；
机械工程测试技术
中北大学机械工程与自动化学院 2011年3月
1
课程教学内容
0. 绪论 第1章 信号分析基础 第2章 测试系统的基本特性 第3章 传感器原理 第4章 测试信号的转换与调理 第5章 测试与传感技术的工程应用
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使用教材及推荐参考书
教材: “机械工程测试技术 ”,潘宏侠、黄晋英主编，国防工
是至关重要的。检验就是规范化的测试与判断。在制 造阶段，要经过检验，才能知道每道加工工序是否合 格。检验人员通过测试数据进行质量控制和产品验收。 随着制造技术的现代化，国内外先进制造业已将大量 先进的测试技术应用到产品检验中，把大批先进的测 试设备配备到现代化生产线上，甚至投资研制专用的 产品检测试验设备，形成实时、在线的检测系统，既 保证了产品质量，又促进了工艺技术的进步。
DEMO Ⅲ 无人侦察平台
20
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
为FCS计划提供装备的iRobot公司 研制的军用智能车辆概念验证样车
美国陆军实验室的以ATRV 为平台的军用智能车辆
21
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
NASA的ATRV智能车辆
美国海军研究室 ATRV智能车辆
16
0 绪论
0.2 测试技术的作用和地位 (典型应用)
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。