1、机械工程测试技术,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。,NEXT,工程测试技术基础是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。希望大家能做到课前预习、课后复习，做实验时能主动动手操作、进行实验数据处理时能细心认真，充分利用课程所开设的实验。,学习方法：,NEXT,本章学习内容：,1、绪论,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。,测试技术是进行各种科学实验研究和生产生活过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官
2、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。,1、测试技术在生活中的应用,1.1 本课程的意义,NEXT,提问：测试技术在现代生活中都有哪些具体的应用呢？请举例说明并简要的讲一下其工作原理,指纹传感器,NEXT,在现代工业生产中，对生产过程中的自动检测、自动控制等方面的要求是越来越高，使得测试系统也越来月复杂。如下图所示的自动化轧钢系统。,由于轧制速度很快，所以间断测量和手动控制已经不行，所以必须采用连续测量，并且通过计算机控制。那么关键的一点就是要能准确的测量板材的厚度，并且由于温度很高
3、，要采取非接触测量的方式。,2、测试技术在生产中的应用,NEXT,用电涡流传感器测量板的厚度,自动化轧钢系统中测厚仪的工作原理,NEXT,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,NEXT,在现代装备系统的制造与实际运行工作中，测量工作内容已占首位，测量系统的成本已达到装备系统成本的50%70%。据有关资料统计：大型发电机组需要3000只传感器及其配套监测仪表，一个电站需要5000只传感器及配套监测仪器，一架飞机需要3600只传感器及配套监测仪器，美国阿波罗10号宇宙飞船需要对32
4、95个参数进行监测。一辆F1赛车上约有200多个甚至更多的单独的传感器，每圈赛道每秒要提供150,000个测量数据。这些传感器被安装在赛车的周围，测量数据几乎包括了所有正在发生的事情，从发动机的速度到方向盘的位置。,NEXT,3、科学实验分析：,4、国防科技：红外激光窃听器,航天,航海,NEXT,综上，测试技术已经广泛的应用于我们的生活的各个方面，并在其中发挥着越来越重要的作用。因而有人认为测试技术是信息技术的三大支柱（测试控制技术、通信技术、计算机技术）,目录,1.2测试方法的分类及测试系统的组成,1.2.1 测试方法的分类,测试方法是什么？,测试方法是指：在实施测量中所涉及的的理论运算方法
5、和实际操作的方法。,测试方法可以按照多种原则进行分类。,NEXT,1. 直接测量, 用米尺（千分尺）测量物体长度 天平测物体质量,被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器或设备进行测量。,1. 按是否直接测定被测量的原则分类,NEXT,间接测量法是指被测量的数值不能直接由测试设备获得，而是通过所测量得到的数值同被测量间的某种函数关系经运算而获得的被测量值的测量方法。,2. 间接测量,例如：测量一台汽车发动机的输出功率，总是先测量出发动机的转速N及发动机的输出扭矩M，最后由公式P=M*N计算其功率值。,NEXT,2、按传感器是否与被测物体接触分类,按照传感器是否与物体有机械接触的
6、原则可分为接触测量法和非接触测量法。,（1）接触测量,钢板厚度的接触测量法,NEXT,（2）非接触测量,用电涡流传感器测量板的厚度,NEXT,3、按被测量是否随时间变化分类,如果所测试的信号变化较快，称这种测试为动态测试。,1. 静态测试,2. 动态测试,静态测试信号,动态测试信号,如果测试时信号不随时间变化，或随时间变化非常缓慢以至于可以忽略，则称这种测试是静态测试。,对于静动态测量而言，对测量装置的特性和数据处理是有很大差别的。,NEXT,1.2.2 测试系统的组成,被测对象,激励 装置,标 定 装 置,通常测试系统由传感器、信号调理、信号处理和显示记录四部分组成。,测量装置,NEXT,各
7、个环节的作用：,信号调理环节：对传感器的输出信号进行转换和放大。,传感器：传感器受到被测量的直接作用，按一定规律将被测量转换成同种或别种量值的输出，其输出通常是电信号。,信号处理环节：接收调理环节的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果送至显示环节。,显示记录环节：以观察者易于识别的形式来显示测量结果。,激励装置：由于某些情况下所希望获取的信号并没有直接载于可监测的信号中，这时就用合适的方式激励被测对象，使其产生能充分表征其特征又便于测量的信号。,“自动控制”系统必然是闭环的，所以必然要有反馈控制,NEXT,各个环节的作用：,传感器：传感器受到被测量的直接作用，按一定规律将被测量转换成同种或
8、别种量值的输出，其输出通常是电信号。,信号调理环节：对传感器的输出信号进行转换和放大。,信号处理环节：接收调理环节的信号，并进行各种运算、滤波、分析，将结果送至显示环节。,显示记录环节：以观察者易于识别的形式来显示测量结果。,激励装置：由于某些情况下所希望获取的信号并没有直接载于可监测的信号中，这时就用合适的方式激励被测对象，使其产生能充分表征其特征又便于测量的信号。,“自动控制”系统必然是闭环的，所以必然要有反馈控制,NEXT,在上述所有环节中，为了保证测量结果的准确性，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，这种关系通常是线性关系，并且必须尽可能的
9、减小或消除各种干扰。,目录,1.3 测试技术的发展,1.3.1 传感器技术的发展,1、物性型传感器大量涌现,物性型传感器是依靠敏感材料本身的物性随被测量的变化来实现信号的变换的。实质上就是新材料的开发。如光电式传感器、光纤式传感器、压电式传感器等。,从根据材料特性来设计敏感元件，转变成按照传感器要求来合成所需的材料。,NEXT,2、集成、智能化传感器的开发,把多个同一种功能的多个敏感元件集成在一体，制成线型或面型的阵列传感器；或把多个不同功能的敏感元件集成在一体，制成可同时测量多种参量的传感器；或把放大、运算、温补等电路集成一体，制成具有一定智能化的传感器。,智能倾角RS232传感器,振动网络
10、传感器,NEXT,3、化学传感器的开发,广泛的应用于医疗、环境检测等领域。,生物酶血样分析传感器,把化学量转换成电量。大部分的化学传感器是在被测气体或液体分子与敏感元件接触或被其吸附后产生相应的化学反应，而后产生相应的电流和电位。,NEXT,1.3 .2 计算机测试技术的发展,1、计算机硬件的发展,（1）基本型,NEXT,（2）闭环控制型：生产过程的自动控制,主要分为三个环节：实时数据采集实时判断决策实时控制,NEXT,（3）标准通用接口型,将各种模块的外接口都规定的标准来设计，这样就比较容易的构成各种测试系统。,目录,1.4 本课程研究的内容,1、测试技术三大基础知识信号的时频特性、测试装置的特性、测试误差理论,2、测试信号的获取与调理技术，计算机测试技术，以及测试系统的设计。常规机械量的测量技术。,NEXT,2、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,NEXT,主要传感器和测试仪器生产厂商,NEXT,3、测量分析仪器,NEXT,END谢谢,
