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1、,同学们好！,陈世其,中国矿业大学机电学院,测试技术,学时：48学时。其中授课：40学时；实验：8学时,参考文献,1.工程测试与信息处理，卢文祥、杜润生，华中科大出版社，20022.测试技术，贾民平等，高等教育出版社，20013.信号与测试技术，樊尚春等，北航出版社，20024.机械测试与信息处理，任保才等，矿大出版社，20015.机械工程测试技术基础(第二版)，黄长艺等，机工版，19956.测试技术基础，王伯雄主编，清华大学出版社，20037.机械测试系统原理与应用，秦树人等，科学出版社，20058.现代检测技术与测试系统设计，刘君华，西交大出版社，1999,成绩评定：本门课程的总成绩期末考
2、试成绩70%+实验成绩15%+平时成绩15%期末考试方式：闭卷考试平时成绩包括平时作业、上课情况,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。,测试技术,测试技术是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。为弥补书本教材内容滞后于学科发展的问题，在教学内容上我们采编了很多多媒体素材和案例。,测试技术,学习方法：,测试技术,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。,理论学习、实践学习、研究学习三元并
3、重.,课程学习要求：,机械工程测试技术是一门专业技术基础课，通过本课程的学习，应具备下列几方面知识：,测试技术,(1)掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信号频谱的概念；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条件，并能正确运用于测试装置的分析和选择。掌握一阶、二阶线性系统动态特性和测试方法。,(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，并能正确选用。,(4)对测试技术有一个完整的概念，并能初步应用于产品设计、性能评定和实验工作中。,第一章、绪论,本章学习要求：,1.掌握测试技术的概
4、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,测试技术,第一章、绪论,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。,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，但精度低，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。
5、,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和激励装置四部分组成。,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，显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,1.1 测试技术的基本概念,信息转换,信息提取,激励装置,人为地模拟某种条件，把被测对象中地某种信息激发出来以便检测,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
6、分析软件三部分组成。,1.1 测试技术的基本概念,第一章、绪论,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、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。,1.2 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,广州中鸣数码的机器狗,b)AGV自动送货车,超声波测距传感器、判断建筑物内人
7、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。,1.2 测试技术的工程应用,香港理工AGV模型,c)生产加工过程监测,1.2 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,1.2 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。,扬子石化50MW热电机组监测系统阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统荆门电厂200MW机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询
8、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,1.2 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,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
9、监测、温度监测、电梯运行状况。,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。,1.2 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：衣量传感器，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)。,指纹传感器,透光率传感器,1.2 测试技术的工程应用,5、其他应用,航天,农业,交通,医学,汽车与传感器,高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、
10、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30100种传感器。,1.2 测试技术的工程应用,鼠标:光电位移传感器,摄象头:CCD传感器,声位笔:超声波传感器,麦克风:电容传声器,声卡:A/D卡+D/A卡,软驱:速度,位置伺服,6、PC机中的测试技术应用,1.3 测试技术的发展趋势,第一章、绪论,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,光纤流速传感器,荧光材料制作的电子鼻传感器,生物酶血样分析传感器,第一章、绪论,b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器,振动网络传感器,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,智能倾角RS232传感器,IC总线数字温度传感
11、器,2、测量信号处理方面,1965年，美国库利和图基提出了快速傅里叶变换（FFT）计算方法，使计算离散傅里叶变换（DFT）的复数乘法次数从N2减少到Nlog2N次，从而大大减少了计算量。1968年美国雷德提出数论变换FFT算法（NFFT）；1976年美国威诺格兰德提出了一种傅里叶变换算法（WFTA），用它计算DFT所需的乘法次数仅为FFT算法乘法次数的1/3；1977年法国努斯鲍默提出了一种多项式变换傅里叶变换算法（PFTA），结合使用 FFT和 WFTA方法，在采样点数较大时，较之FFT算法快3倍左右。,1.3 测试技术的发展趋势,1.3 测试技术的发展趋势,当采样点N=1000时，DFT算
12、法为200万次；FFT算法为1.4万次；NFFT算法为0.8万次；WFTA算法为0.35万次；PFTA算法为0.3万次。美国Texas公司1986年推出的TMS320C25芯片，运算速度达每秒1000万次，用其进行1024复数点FFT运算，只需14ms便可完成。目前信号分析技术的发展目标是：（1）在线实时能力的进一步提高；（2）分辨力和运算精度的提高；（3）扩大和发展新的专用功能；（4）专用机结构小型化，性能标准化，价格低廉。,1.3 测试技术的发展趋势,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,第一章、绪论,1.4主要传感器和测试仪器生产厂商,1.3主要测试仪器生产厂商,3、测量分析仪器,第一章、绪论,思考题：,1.列出你身边的测试技术应用的例子。,
