测试技术-第一章X.ppt

机械工程测试技术基础主编：熊诗波黄长艺机械工业出版社10绪论本章学习要求：0.1掌握测试技术的概念及研究内容0.2了解测试技术的应用情况0.3了解测试技术的发展动态0.4了解主要测试仪器生产厂商0.5学习本课程要求思考题机械工程测试技术基础2绪论0.1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。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。3一测试技术的重要性测试技术的基本任务：获取有用的信息测量：确定被测物属性量值，如：长度、重量等测试：具试验性质的测量测量+试验测试的作用：认识客观世界检验科学理论和规律的正确性测试的应用：工、农、医、国防、交通、环保、生活安全等4二、测试过程和测试系统的一般组成信息：蕴涵在信号中，信号的内容。非物质的，无能量。信号：信息的载体电、光、力、声，物质的，有能量。例：讲话（声）、警报声（声）、烽火台（光）。5测试系统框图6一般说来，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。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。信息提取信息调理7传感器：被测试量转换为同种或别种量值输出电信号信号调理：将来自传感器的信号转换成更适于传输和处理的形式例：调幅、调频信号处理：对信号运算，滤波，分析信号显示、记录：8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。91、工业自动化中的应用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。测试技术的工程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。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗10b)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。测试技术的工程应用香港理工香港理工AGV模型模型11c)生产加工过程监测测试技术的工程应用切削力传感器，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12测试技术的工程应用2、流程工业设备运行状态监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄露检测。和泄露检测。13测试技术的工程应用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。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数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。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量14测试技术的工程应用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。图示为某公司楼宇自动化系图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水控制、停车管理、水/废水管废水管理和电梯监控。理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器15测试技术的工程应用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。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，衣质传衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器传感器，透光率光传感器(洗净度洗净度)液位传感器，电液位传感器，电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器16测试技术的工程应用6、其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学17测试技术的工程应用鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄像头摄像头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服7、PC机中的测试技术应用18测试技术的发展趋势1、传感器方面a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量19b)传感器+嵌入式计算机智能传感器振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器测试技术的发展趋势20测试技术的发展趋势2、测量信号处理方面计算机虚拟仪器技术用PC机仪器板卡代替传统仪器用计算机软件代替硬件分析电路优点我们的工作我们的工作21绪论0.4主要传感器和测试仪器生产厂商2、振动、振动/噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦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）http:/ 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技术研究中心）http:/ 或 的整数倍上 3.谱线高度表示幅值或相位角，幅值谱具收敛性工程上常见的周期信号，谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小，所以在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。二.周期信号的强度表述峰值：峰-峰值：一般希望 在测试系统的线性区域内 48均值：信号的常值分量 绝对均值：有效值（均方根值）：有效值的平方：反映功率的大小 49第三节瞬变非周期信号与连续频谱准周期信号：频谱是离散的非周期信号瞬变非周期信号：频谱是连续的一傅立叶变换时，非周期信号可看作为周期信号 时的信号，其为频率间隔，其频谱是连续的。设一个周期信号x(t)，在（，）区间以傅立叶 级数表示：5051将 代入，则有：幅值谱 相位谱 傅立叶变换对：傅立叶变换对：52与 的区别:的量纲与信号幅值的量纲一样，而 的量纲则与信号幅值量纲不一样，它是单位频宽上的幅值，所以更确切地说 是频谱密度函数是频谱密度函数 53例1-3求矩阵窗函数的频谱其频谱：其频谱：54及其图形：5556二傅立叶变换的主要性质（一）奇偶虚实性（二）对称性（三）时间尺度改变特性57（五）卷积特性（六）微分和积分特性（四）时移和频移58三、几种典型信号的频谱三、几种典型信号的频谱（一）矩形窗函数（二）函数及其频谱 1定义定义从面积（函数的强度）的角度看：592采样性质对于有时延3 函数与其他函数的卷积60 x(t)和 函数的卷积的结果，就是在发生 函数的坐标位置上（以此作为坐标原点）简单地将 x(t)重新构图可见：61（三）正、余弦函数的频谱密度函数根据傅立叶变换性质推出一些变换对。公式（1-55）62习题1-163=n为“正”时n为“负”时即：n=n为奇数时6465习题1.16667习题1-5解：6869第四节随机信号一概述样本函数：按时间历程所作的各次长时间的观测记录；样本记录：样本函数在有限时间上的部分；随机过程：同一试验条件下，全部样本函数的集合；70集合平均：将集合中所有样本函数对同一时刻的观测值取平均；随机过程的各平均值按集合平均值计算；时间平均：按单个样本的时间历程进行平均的计算随机过程：1。平稳过程：统计特征参数不随时间而变化。各态历经过程:非各态历经过程：2。非平稳过程：71n二随机信号的主要特征参数n均值、方差、均方值概率密度函数n自相关函数功率谱密度函数n（一）均值，方差，和均方差常值分量波动分量强度72对于集合平均,则时刻的均值和均方值为:73n（二）概率密度函数：n表示：信号幅值落在指定区间内的概率；n信号幅值的分布信息；n概率：74概率密度函数:概率密度函数的作用:1.随机信号幅值分布的信息;2.识别信号的性质75作业1-8：信号在一个周期内观测概率密度76当当77