機(jī)械工程測試技術(shù) 教學(xué)課件 許同樂 緒論1

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1、山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論機(jī)械工程測試技術(shù)機(jī)械工程學(xué)院儀器系Tel:2786982山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論一、測試和測量一、測試和測量l 測試：是人們認(rèn)識客觀事物的方法。測試：是人們認(rèn)識客觀事物的方法。l 測試技術(shù)：測量技術(shù)和試驗技術(shù)的統(tǒng)稱。測試技術(shù)：測量技術(shù)和試驗技術(shù)的統(tǒng)稱。l 試驗是機(jī)械基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的重要環(huán)節(jié)。試驗是機(jī)械基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的重要環(huán)節(jié)。l 測量：以確定被測對象的量值為目的而進(jìn)行的實驗過程；測量：以確定被測對象的量值為目的而進(jìn)行的實驗過程；l 不僅工程試驗需要測量，在機(jī)器和生產(chǎn)過程的運(yùn)行監(jiān)測、不僅工程試驗需要測量，在機(jī)器和生產(chǎn)過程的運(yùn)行監(jiān)測、控制和故障診斷也需要

2、在線測量。測量系統(tǒng)已經(jīng)成為機(jī)器控制和故障診斷也需要在線測量。測量系統(tǒng)已經(jīng)成為機(jī)器和生產(chǎn)線的重要組成部分。和生產(chǎn)線的重要組成部分。l 本教材的主要內(nèi)容是本教材的主要內(nèi)容是測量技術(shù)和儀器，測量技術(shù)和儀器，試驗技術(shù)不作討論。試驗技術(shù)不作討論。第一節(jié)第一節(jié) 測試與測試技術(shù)測試與測試技術(shù)山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論l測試過程包括：測試過程包括： 信息的提取信息的提取 信息轉(zhuǎn)換存儲與傳輸信息轉(zhuǎn)換存儲與傳輸 信息的顯示和記錄信息的顯示和記錄 信號的處理與分析信號的處理與分析 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論l 測量系統(tǒng)的一般構(gòu)成：測量系統(tǒng)的一般構(gòu)成：敏感元件顯示或存儲轉(zhuǎn)換元件適調(diào)電路接口（數(shù)字化）計算機(jī)或控制系統(tǒng)分

3、析結(jié)果反饋、控制或監(jiān)測診斷放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等輸出一般為電信號A/D轉(zhuǎn)換山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論第二節(jié)第二節(jié) 測試技術(shù)的重要性測試技術(shù)的重要性l 測試是人類認(rèn)識客觀世界的手段，是科學(xué)研究的基本方法。測試是人類認(rèn)識客觀世界的手段，是科學(xué)研究的基本方法。l 測試技術(shù)在科學(xué)探索，用定量關(guān)系和數(shù)學(xué)語言來表達(dá)科學(xué)測試技術(shù)在科學(xué)探索，用定量關(guān)系和數(shù)學(xué)語言來表達(dá)科學(xué)規(guī)律和理論，檢驗科學(xué)理論和規(guī)律的正確性等方面具有重規(guī)律和理論，檢驗科學(xué)理論和規(guī)律的正確性等方面具有重要作用。要作用。l 測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、

4、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能試驗等具有重要作用。監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能試驗等具有重要作用。 l 測試技術(shù)的先進(jìn)性是一個地區(qū)、一個國家科技發(fā)達(dá)程度的測試技術(shù)的先進(jìn)性是一個地區(qū)、一個國家科技發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志之一重要標(biāo)志之一。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論第三節(jié)第三節(jié) 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用1、產(chǎn)品開發(fā)與性能實驗、產(chǎn)品開發(fā)與性能實驗 新產(chǎn)品開發(fā)必須經(jīng)過設(shè)計、試驗、市場檢驗、批量生產(chǎn)新產(chǎn)品開發(fā)必須經(jīng)過設(shè)計、試驗、市場檢驗、批量生產(chǎn) 等過程。等過程。 產(chǎn)品零部件、整機(jī)的性能試驗，是檢驗設(shè)計正確與否的產(chǎn)品零部件、整機(jī)的性能試驗，是檢驗設(shè)計正確與否的 唯一依據(jù)。唯一依據(jù)。 許多產(chǎn)品都要經(jīng)過許多產(chǎn)品都要

5、經(jīng)過 “設(shè)計設(shè)計-建立建立-測試測試”循環(huán)，即使已定循環(huán)，即使已定 型的產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中也需要對每一產(chǎn)品或其部份抽樣型的產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中也需要對每一產(chǎn)品或其部份抽樣作性能試驗，以便控制產(chǎn)品質(zhì)量。作性能試驗，以便控制產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品的性能試驗結(jié)果是用戶驗收產(chǎn)品的主要依據(jù)。產(chǎn)品的性能試驗結(jié)果是用戶驗收產(chǎn)品的主要依據(jù)。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論滾動軸承壽命及可靠性試驗系統(tǒng)滾動軸承壽命及可靠性試驗系統(tǒng)山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論2、 機(jī)械故障診斷機(jī)械故障診斷 一、機(jī)械設(shè)備監(jiān)測與故障診斷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力、一、機(jī)械設(shè)備監(jiān)測與故障診斷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、冶金等行業(yè)的大型、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。石油化

6、工、冶金等行業(yè)的大型、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 二、機(jī)械系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)劃分為：二、機(jī)械系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)劃分為： 機(jī)械測量機(jī)械測量 監(jiān)視與保護(hù)監(jiān)視與保護(hù) 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 振動狀態(tài)分析振動狀態(tài)分析 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論 三、機(jī)械故障診斷意義三、機(jī)械故障診斷意義機(jī)械發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個生產(chǎn)停頓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)機(jī)械發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個生產(chǎn)停頓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。損失。在設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)下，要了解、掌握其內(nèi)部狀況（如溫在設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)下，要了解、掌握其內(nèi)部狀況（如溫升、振動、噪聲、應(yīng)力應(yīng)變、潤滑油狀況、異味等）。升、振動、噪聲、應(yīng)力應(yīng)變、潤滑油狀況、異味等）。保證設(shè)備的安全運(yùn)行，預(yù)防和

7、減少惡性事故的發(fā)生，消保證設(shè)備的安全運(yùn)行，預(yù)防和減少惡性事故的發(fā)生，消除故障隱患，保障人身和設(shè)備安全，提高生產(chǎn)率。除故障隱患，保障人身和設(shè)備安全，提高生產(chǎn)率。機(jī)械故障診斷能夠滿足機(jī)器設(shè)備及其零件的高可靠性和機(jī)械故障診斷能夠滿足機(jī)器設(shè)備及其零件的高可靠性和高利用率要求。高利用率要求。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論3、產(chǎn)品質(zhì)量控制與生產(chǎn)檢測、產(chǎn)品質(zhì)量控制與生產(chǎn)檢測 在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動機(jī)等零部件出廠時，在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動機(jī)等零部件出廠時，必須對其性能質(zhì)量進(jìn)行測量和出廠檢驗。必須對其性能質(zhì)量進(jìn)行測量和出廠檢驗。 圖示為汽車制造廠圖示為汽車制造廠發(fā)動機(jī)檢驗原理框圖發(fā)動機(jī)檢驗原理框圖，

8、測量參數(shù)包括潤，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論第四節(jié)第四節(jié) 測試技術(shù)的發(fā)展概況測試技術(shù)的發(fā)展概況1、傳感器方面的發(fā)展、傳感器方面的發(fā)展a)“物性型”傳感器大量涌現(xiàn)結(jié)構(gòu)型傳感器依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。物性型傳感器依靠敏感元件材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)變?？勺兇抛栉灰苽鞲衅魃綎|理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論物性型傳感器的開發(fā)實質(zhì)是新材料的開發(fā)。例如：半導(dǎo)體、陶瓷、光導(dǎo)纖維、磁性材料、“智

9、能材料”等等。F+山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論b)集成、智能傳感器的開發(fā)集成化傳感器同功能的敏感元件排成線型、面型；不同功能的敏感元件集成，測不同參量；傳感器與放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償?shù)入娐返募?。智能化傳感器傳感?嵌入式計算機(jī) 智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。 嵌入式計算機(jī)嵌入式計算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數(shù)字溫度總線數(shù)字溫度傳感器傳感器山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論c)生物

10、、化學(xué)傳感器的開發(fā)利用新發(fā)現(xiàn)的生物、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器利用新發(fā)現(xiàn)的生物、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/ /光光電量電量微生物微生物/酶等酶等敏感元件敏感元件山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論 氣體傳感器通常在大氣工況中使用，被測氣體分子附氣體傳感器通常在大氣工況中使用，被測氣體分子附著于傳感器的功能材料表面且與之起化學(xué)反應(yīng)。氣體濃度著于傳感器的功能材料表面且與之起化學(xué)反應(yīng)。氣體濃度的高低轉(zhuǎn)化為電信號的大小。的高低轉(zhuǎn)化為電信號的大小。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論2、計算機(jī)測試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用、計算機(jī)測試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用 主要內(nèi)容：傳感器網(wǎng)絡(luò)及儀器總

11、線技術(shù)、主要內(nèi)容：傳感器網(wǎng)絡(luò)及儀器總線技術(shù)、Internet網(wǎng)網(wǎng)與遠(yuǎn)程測試、測試過程與儀器控制技術(shù)，虛擬儀器及其與遠(yuǎn)程測試、測試過程與儀器控制技術(shù)，虛擬儀器及其編程等。編程等。 計算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計算機(jī)虛擬儀器技術(shù)(1) 傳統(tǒng)測量儀器傳統(tǒng)測量儀器： 如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等，其功能主要由硬件實現(xiàn)，出廠時已由制造商定義，用戶其功能主要由硬件實現(xiàn)，出廠時已由制造商定義，用戶無權(quán)修改。無權(quán)修改。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論(2)虛擬儀器虛擬儀器： 虛擬儀器（Virtual Instrument，縮寫為VI）是基于計算機(jī)的儀器，是將儀

12、器裝入計算機(jī)，以通用的計算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的基本結(jié)構(gòu)的比較： 用用PC機(jī)儀器板卡機(jī)儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器 用計算機(jī)軟件用計算機(jī)軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路虛擬儀器就是在通用計算機(jī)上加上軟件和（或）硬件，使得使用者在操作這臺計算機(jī)時，就象是在操作一臺他自己設(shè)計的專用的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。 “ 軟件即儀器”山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器虛擬儀器

13、虛擬儀器關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是軟件關(guān)鍵是軟件開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用高開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用高開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用低開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用低技術(shù)更新周期長技術(shù)更新周期長(5-10年年)技術(shù)更新周期短（技術(shù)更新周期短（0.5-1年）年）價格高價格高價格低，并且可重復(fù)性與可價格低，并且可重復(fù)性與可配置性強(qiáng)配置性強(qiáng)生產(chǎn)商定義儀器功能生產(chǎn)商定義儀器功能用戶定義儀器功能用戶定義儀器功能系統(tǒng)封閉、固定系統(tǒng)封閉、固定系統(tǒng)開放、靈活、與計算機(jī)系統(tǒng)開放、靈活、與計算機(jī)的進(jìn)步同步的進(jìn)步同步不易與其他設(shè)備連接不易與其他設(shè)備連接極易與其他設(shè)備連接極易與其他設(shè)備連接 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論 與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能

14、力、性能價格與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：（）智能化程度高，處理能力強(qiáng)。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論（）可操作性強(qiáng)。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計不同的操作顯示界面。使用計算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或

15、通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量完后還可打印，顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高。（復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論應(yīng)用舉例一、工業(yè)測控一、工業(yè)測控二、時序分析二、時序分析三、系統(tǒng)仿真三、系統(tǒng)仿真四、遠(yuǎn)程測量四、遠(yuǎn)程測量山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論化工生產(chǎn)流量測控化工生產(chǎn)流量測控 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論濾波

16、器頻響分析濾波器頻響分析山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論汽車引擎汽車引擎震動分析震動分析山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論馬路路燈照度模擬馬路路燈照度模擬山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論虛擬儀器的主要特點有 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件； 可充分發(fā)揮計算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器； 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論二 LabVIEW簡單介

17、紹LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是美國國家儀器公司（）是美國國家儀器公司（National Instruments，NI）開發(fā)的一種圖形化的編程語言。）開發(fā)的一種圖形化的編程語言。圖形化的程序語言，又稱為圖形化的程序語言，又稱為“”語言。使用這種語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，使編程簡單直觀。師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，使編程簡單直觀。山東理

18、工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論用LabVIEW做的示波器，與真實的示波器有著相同的功能 山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論第五節(jié)第五節(jié) 測試技術(shù)研究的主要內(nèi)容測試技術(shù)研究的主要內(nèi)容緒論緒論第一章第一章 信號描述信號描述第二章第二章 測試系統(tǒng)的基本特性測試系統(tǒng)的基本特性第三章第三章 常用傳感器技術(shù)常用傳感器技術(shù)第四章第四章 信號的調(diào)理與記錄信號的調(diào)理與記錄第五章第五章 信號分析與處理信號分析與處理山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院緒 論課程性質(zhì)課程性質(zhì)：“機(jī)械工程測試技術(shù)機(jī)械工程測試技術(shù)”是一門技術(shù)基礎(chǔ)課是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)完本課程后應(yīng)具有以下幾方面的知識學(xué)完本課程后應(yīng)具有以下幾方面的知識：掌握信號的時域及頻域的描述方法，建立

19、明確的信號的頻譜結(jié)構(gòu)的掌握信號的時域及頻域的描述方法，建立明確的信號的頻譜結(jié)構(gòu)的 概念；概念；掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法；掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法；掌握數(shù)字信號分析中的一些基本概念。掌握數(shù)字信號分析中的一些基本概念。掌握測試裝置基本特性的評定方法。包括測試裝置傳遞特性的時掌握測試裝置基本特性的評定方法。包括測試裝置傳遞特性的時 域、頻域描述，脈沖響應(yīng)函數(shù)和頻率響應(yīng)函數(shù)，一階、二階系統(tǒng)的域、頻域描述，脈沖響應(yīng)函數(shù)和頻率響應(yīng)函數(shù)，一階、二階系統(tǒng)的動態(tài)特性及其參數(shù)的測量方法和不失真的測試條件。動態(tài)特性及其參數(shù)的測量方法和不失真的測試條件。掌握常用傳感器原理、結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)以及傳感器的典型應(yīng)用。掌握常用傳感器原理、結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)以及傳感器的典型應(yīng)用。掌握電橋電路、信號調(diào)制與解調(diào)、信號的濾波。掌握電橋電路、信號調(diào)制與解調(diào)、信號的濾波。了解信號的模了解信號的模/數(shù)和數(shù)數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換。模轉(zhuǎn)換。了解常用顯示與記錄儀器的工作原理及結(jié)構(gòu)，它們的動態(tài)性能及應(yīng)了解常用顯示與記錄儀器的工作原理及結(jié)構(gòu)，它們的動態(tài)性能及應(yīng) 用。用。了解虛擬儀器的基本構(gòu)成。了解虛擬儀器的基本構(gòu)成。