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1、中北大学机械工程与自动化学院2011年3月,1,机械工程测试技术,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
2、（第五版）.华中科技大学出版社，2004,3,4,专业基础课；2学分。总教学时数32学时；其中：讲课时数:28学时；实验时数:4学时；考试形式：闭卷。,机械工程测试技术,课程介绍,5,相关课程,先修课程:高等数学、大学物理、工程数学、电工技术、数字电路、模拟电路、积分变换、机械控制工程基础、信号与系统等。后续课程:机床数控技术，金属切削原理，机床电器控制、机械振动力学、实验模态分析等。,机械工程测试技术,6,0 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,机械工程测试技术,0.1 测试技术的内涵,7,0
3、 绪论,科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 门捷列夫,测量是定量研究的基础，测试是测量和试验的综合。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的分析处理方法。,Mendelyeev,Dmitry Ivanovich,0.1 测试技术的内涵,8,0 绪论,测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。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，起着人的感官作用。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。,什么是工程测试技术？研究信息提取与处理的理论、方
4、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。,9,0 绪论,0.1 测试技术的内涵,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。获取信号：检测出被测对象的有关信息；信号处理：变换信号形式，适合人的观测和利用；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；,10,0 绪论,11,0 绪论,(1)探索规律、发展理论 在机械装备研究开发之前
5、，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。,0.2 测试技术的作用和地位,0.2 测试技术的作用和地位,12,0 绪论,(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
6、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。,0.2 测试技术的作用和地位,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,14,0 绪论,(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
7、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。,0.2 测试技术的作用和地位,15,0 绪论,(4)状态检测、故障诊断对于装备的使用、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，是否存在故障，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。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。,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),测试技术广泛应用于包括机械工业在内的众多工程技术领
8、域中。数控机床、工业机器人、家用电器等。工农业生产、国内外贸易、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护工程研究、产品开发、生产监督、质量控制、性能试验、科学探索研究 革新生产技术、改善经营管理、提高产品质量、提高经济效益等。,16,0 绪论,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),17,0 绪论,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,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),18
9、,0 绪论,轨迹跟踪,仓储模型,机械手,AGV小车,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),19,0 绪论,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,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),iRobot Packbot机器人,20,0 绪论,DEMO 无人侦察平台,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),21,0 绪论,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,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),NASA的ATRV智能车辆,22,0 绪论,美国海军研究室ATRV智能车辆,0.2
10、测试技术的作用和地位(典型应用),23,0 绪论,航天飞机、卫星发射、轨道跟踪、轨道控制,航天,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),24,0 绪论,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,生产加工过程监测,25,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稳定运行。通常建立24小时在线监测系统。,流程工业设备运行状态监控,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),0 绪论,26,石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。,流程工业设备运行状态监控,0.2 测试技术的作用和地位(典型应用),0 绪
11、论,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。,27,0.3 测试技术的内容与测试系统的组成,0 绪论,测试系统必需遵循的原则：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；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 测试技术的内容与测试系统的组成,0.3.2
12、 测试系统的组成,29,0 绪论,0.4 测试技术的发展状况,30,0 绪论,图0.3 测试技术的发展,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。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：传感器是信息之源头，支配了传感器，就能把握住新时代。物性型传感器：如光敏器件、气敏器件、记忆合金、智能材料等 智能化传感器：微
13、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。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。,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
14、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：机械工程动态测试中常用的传感器(第3章)信号转换与调理电路(第4章)测量装置的基本特性及其评价方法(第2章)测试信号的分析和处理(第1章)常见物理量的测量方法(第5章)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。,36,0 绪论,37,谢谢！,
