機械工程測試技術(shù) 第2版 作者 陳花玲 主編 1緒論

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1、機械工程測試技術(shù)機械工程測試技術(shù)Measurement & Test Techniques of Mechanic Engineering 課時計劃課時計劃上課上課40學(xué)時、試驗學(xué)時、試驗16學(xué)時學(xué)時1019周（每周周（每周4學(xué)時）學(xué)時）課程安排課程安排課程考核課程考核平時：平時：隨堂測驗隨堂測驗、上課、作業(yè)、上課、作業(yè)20實驗：實驗：20期末：閉卷考試：期末：閉卷考試：60在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http:/教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：或者直接輸入下面地址：http:/1 1、緒論

2、、緒論- -1 12 2、機械測試信號分析、機械測試信號分析- -4 43 3、測量系統(tǒng)的基本特性、測量系統(tǒng)的基本特性- -4+14+14 4、參數(shù)式傳感器及其應(yīng)用、參數(shù)式傳感器及其應(yīng)用- -4 45 5、發(fā)電式傳感器及其應(yīng)用、發(fā)電式傳感器及其應(yīng)用- -4 46 6、信號的調(diào)理、信號的調(diào)理- -4+14+17 7、測試系統(tǒng)設(shè)計、測試系統(tǒng)設(shè)計- -3 38 8、計算機測試技術(shù)、計算機測試技術(shù)- -4 49 9、其他測試技術(shù)、其他測試技術(shù)- -2 21010、典型測試系統(tǒng)設(shè)計實例、典型測試系統(tǒng)設(shè)計實例- -4 4另：企業(yè)技術(shù)人員講座：另：企業(yè)技術(shù)人員講座：2 2次，次，4 4學(xué)時學(xué)時課時安排課時安

3、排主要教材主要教材機械工程測試技術(shù)機械工程測試技術(shù)第二版（陳花玲等第二版（陳花玲等)教教 材材參考教材參考教材 陳花玲陳花玲等編，等編，機械工程測試技術(shù)機械工程測試技術(shù)第一版，機械工業(yè)出版社，第一版，機械工業(yè)出版社，2002.12； 劉君華劉君華主編，主編，現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計，西安交通大學(xué)，西安交通大學(xué)出版社，出版社，1999.4； 王子延王子延主編，主編，熱能與動力工程測試技術(shù)熱能與動力工程測試技術(shù)，西安交通大學(xué)出版，西安交通大學(xué)出版社社1998.10； 黃長藝黃長藝等編，等編，機械工程測量與試驗技術(shù)機械工程測量與試驗技術(shù)，機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，2

4、000.4；緒論（緒論（1）第一章第一章1.1 課程的意義及目的課程的意義及目的1.2 測試方法的分類與測試方法的分類與系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成1.3 測試技術(shù)的測試技術(shù)的發(fā)展發(fā)展1.4 本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容重點重點：掌握測試系統(tǒng)的組成與測試技術(shù)的發(fā)展掌握測試系統(tǒng)的組成與測試技術(shù)的發(fā)展 第一章第一章 緒論緒論 測試技術(shù)測試技術(shù)是指測試是指測試過程中所涉及的過程中所涉及的 測試?yán)碚摐y試?yán)碚?測試方法測試方法 測試設(shè)備等測試設(shè)備等。您在發(fā)燒您在發(fā)燒，請請1.1 1.1 測試技術(shù)的基本概念測試技術(shù)的基本概念 1.1.1 本課程的意義本課程的意義 定義：定義： 測量測量是以確定被測物是以確定被測物

5、屬性屬性量值量值為目的的全部操作；為目的的全部操作； 測試測試則是具有則是具有試驗性質(zhì)的測量試驗性質(zhì)的測量，或者可理解為測量和試，或者可理解為測量和試驗的結(jié)合。驗的結(jié)合。 測試和測量緊密相關(guān)，實際使用中往往不加嚴(yán)格區(qū)分。測試和測量緊密相關(guān)，實際使用中往往不加嚴(yán)格區(qū)分。什么是測什么是測試技術(shù)？試技術(shù)？例例11.1.3 本課程的目的本課程的目的 任務(wù)任務(wù): 傳送帶傳送帶速度檢測速度檢測分析分析: 1.傳送帶的速度要在現(xiàn)場傳送帶的速度要在現(xiàn)場顯示出來，用于控制顯示出來，用于控制 2.精度和靈敏度要求不高，精度和靈敏度要求不高，降低成本很重要降低成本很重要某工廠生產(chǎn)產(chǎn)品某工廠生產(chǎn)產(chǎn)品A,B,CA,B,

6、C，需要質(zhì)量檢驗，需要質(zhì)量檢驗1.1.3 本課程的目的本課程的目的 傳感器的選擇傳感器的選擇顯示方式的選擇顯示方式的選擇 需要解決的問題需要解決的問題后續(xù)測量系統(tǒng)的設(shè)計后續(xù)測量系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的效能分析系統(tǒng)的效能分析交流旋轉(zhuǎn)發(fā)電機交流旋轉(zhuǎn)發(fā)電機光電檢測器的光軸編碼器光電檢測器的光軸編碼器磁簧開關(guān)傳感器磁簧開關(guān)傳感器霍爾效應(yīng)傳感器霍爾效應(yīng)傳感器動圈式儀表動圈式儀表 示波器示波器 因此，本課程的目的就是：因此，本課程的目的就是： 設(shè)計測試方案設(shè)計測試方案 選擇測試儀器選擇測試儀器 進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析1.2 測試方法的分類與系統(tǒng)組成測試方法的分類與系統(tǒng)組成本門課程的對象本門課程的對象：

7、機械工程中的工作參數(shù)測量（非電量）：機械工程中的工作參數(shù)測量（非電量） 位移、距離、脹差、位移、距離、脹差、. 振動、速度、加速度振動、速度、加速度 應(yīng)力、壓力、摩擦力、應(yīng)力、壓力、摩擦力、. 油溫、瓦溫、軸溫、氣溫、油溫、瓦溫、軸溫、氣溫、. 轉(zhuǎn)速、鑒相轉(zhuǎn)速、鑒相 .n被測量都是被測量都是隨時間變化隨時間變化的物理量。因而本課程主要研究與討論的物理量。因而本課程主要研究與討論動態(tài)參量動態(tài)參量的測量問題。的測量問題。 -與精密工程課程幾何量測量的區(qū)別與精密工程課程幾何量測量的區(qū)別n大多數(shù)情況下，把被測物理量通過某種技術(shù)裝置（傳感器）大多數(shù)情況下，把被測物理量通過某種技術(shù)裝置（傳感器）轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換

8、成和它和它有確切對應(yīng)關(guān)系的電量來測量，因此可以說本課程屬于有確切對應(yīng)關(guān)系的電量來測量，因此可以說本課程屬于“非電量電測量非電量電測量”學(xué)科。學(xué)科。 -與電工課程電學(xué)參數(shù)測量的區(qū)別與電工課程電學(xué)參數(shù)測量的區(qū)別機械工程測量的特點機械工程測量的特點:1.2.1 測試方法的分類測試方法的分類 哪個方法好？哪個方法好？典型測試系統(tǒng)的組成：典型測試系統(tǒng)的組成：測測試試對對象象傳感器傳感器信號調(diào)理信號調(diào)理顯示顯示/記錄記錄電電 源源數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理信號處理信號處理1.2.2 測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成 激勵系統(tǒng)激勵系統(tǒng)測試系統(tǒng)：測試系統(tǒng)：完成測試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。完成測試任務(wù)

9、的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。n傳感器傳感器 一種能把一種能把特定的信息特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成某種某種可用信號可用信號（通常是電信號）輸出的（通常是電信號）輸出的器件和裝置器件和裝置。常用的渦流探頭前置器常用的渦流探頭前置器加速度傳感器加速度傳感器力傳感器力傳感器智能式壓力變送器智能式壓力變送器1.2.2 測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成 n信號調(diào)理信號調(diào)理 對（傳感器輸出的）信號進(jìn)行對（傳感器輸出的）信號進(jìn)行變換、隔離、濾波、放大變換、隔離、濾波、放大等，以便等，以便進(jìn)一步傳輸和處理。進(jìn)一步傳輸和處理。高阻輸入、低阻輸出高阻輸入、低阻輸出

10、規(guī)范輸出規(guī)范輸出B&K 測量放大器測量放大器2525放大、自動量程放大、自動量程低通和高通濾波器（用戶自定義）低通和高通濾波器（用戶自定義）電荷放大器電荷放大器 通道：通道：1 1 輸入電荷量：輸入電荷量：10104 4pC pC 增益：增益：1-1000mV/1-1000mV/pCpC 輸出：輸出：5V5V濾波單元濾波單元1.2.2 測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成 變換變換放大放大濾波濾波n信號處理信號處理 對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)后的信號，進(jìn)行各種對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)后的信號，進(jìn)行各種運算、分運算、分析析，并輸出結(jié)果，并輸出結(jié)果模擬信號處理模擬信號處理 運算：微分、積分、對數(shù)運算：微分、積分、對數(shù)

11、數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理 信號量化信號量化 編程處理：信號分析編程處理：信號分析1.2.2 測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成 n顯示記錄顯示記錄 以觀察者易于識別的形式來顯示測量的結(jié)果，或者將以觀察者易于識別的形式來顯示測量的結(jié)果，或者將測量結(jié)果存儲測量結(jié)果存儲1.2.2 測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成 問題：測試環(huán)節(jié)問題：測試環(huán)節(jié)中中哪個環(huán)節(jié)哪個環(huán)節(jié)為所為所有測試系統(tǒng)有測試系統(tǒng)必備必備環(huán)節(jié)？環(huán)節(jié)？傳感器、信號調(diào)理、信號處理、顯示記錄傳感器、信號調(diào)理、信號處理、顯示記錄1.3 測試技術(shù)的發(fā)展測試技術(shù)的發(fā)展 測試技術(shù)與科學(xué)研究、工程實踐密切相關(guān)。隨著測試技術(shù)與科學(xué)研究、工程實踐密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的

12、飛速發(fā)展，使得測試技術(shù)的發(fā)展也非?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得測試技術(shù)的發(fā)展也非常迅速，主要體現(xiàn)兩個方面：迅速，主要體現(xiàn)兩個方面：傳感器技術(shù)的自身發(fā)展傳感器技術(shù)的自身發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展1.3.1 傳感器技術(shù)的自身發(fā)展傳感器技術(shù)的自身發(fā)展p傳感器技術(shù)是測試系統(tǒng)中傳感器技術(shù)是測試系統(tǒng)中必不可少必不可少的的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)n20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，國際上出現(xiàn)年代以來，國際上出現(xiàn)“傳感器熱傳感器熱”n日本將傳感器技術(shù)列為日本將傳感器技術(shù)列為80年代十大技術(shù)之首年代十大技術(shù)之首n美國把傳感器技術(shù)列為美國把傳感器技術(shù)列為90年代年代22項關(guān)鍵技術(shù)之一項關(guān)鍵技術(shù)之一p傳感器技術(shù)在以下

13、傳感器技術(shù)在以下三方面三方面發(fā)展最為引人注目發(fā)展最為引人注目n新型新型物性型物性型傳感器的大量涌現(xiàn)傳感器的大量涌現(xiàn)n集成、智能化傳感器的開發(fā)集成、智能化傳感器的開發(fā)n化學(xué)傳感器的開發(fā)化學(xué)傳感器的開發(fā) 物性型傳感器的大量涌現(xiàn)物性型傳感器的大量涌現(xiàn)定義定義：依靠依靠敏感材料本身敏感材料本身的的物理屬性物理屬性隨被測量的變化來實現(xiàn)信號的變化隨被測量的變化來實現(xiàn)信號的變化壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)渦流效應(yīng)渦流效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體材料應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體材料光電效應(yīng)光電效應(yīng)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料的壓阻轉(zhuǎn)換壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料的壓阻轉(zhuǎn)換物性型物性型傳感器的開發(fā)實質(zhì)上是新材料的開發(fā)傳感器的開發(fā)實質(zhì)上是新材料的開

14、發(fā)傳感器正經(jīng)歷著從以傳感器正經(jīng)歷著從以機構(gòu)型機構(gòu)型為主轉(zhuǎn)向以為主轉(zhuǎn)向以物性型物性型為主的過程為主的過程1.3.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展 集成化傳感器集成化傳感器 微機電系統(tǒng)（微機電系統(tǒng)（MEMSMEMS） 微型化微型化微型微型傳感器信號處理傳感器信號處理一體化一體化 多敏感元件、多參數(shù)測量多敏感元件、多參數(shù)測量 運算、補償、變換運算、補償、變換 XCE-062XCE-062高溫超小型高溫超小型ISIS壓力傳感器壓力傳感器(-55(-55到到273)273) 1.3.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展智能化傳感器智能化傳感器 組成：傳統(tǒng)的傳感器組成：傳統(tǒng)的傳感器微處理器微處理器特征

15、：具備通信總線接口、兼有信息特征：具備通信總線接口、兼有信息監(jiān)測、信息處理和信息傳輸監(jiān)測、信息處理和信息傳輸 智能：通過存放于微處理器中的智能：通過存放于微處理器中的功能功能強大的軟件強大的軟件，對系統(tǒng)進(jìn)行智，對系統(tǒng)進(jìn)行智能化，如非線性自動校正、能化，如非線性自動校正、自校零、自校準(zhǔn)、自補償、自校零、自校準(zhǔn)、自補償、自檢驗、噪聲抑制等。自檢驗、噪聲抑制等。 智能壓力傳感器智能壓力傳感器/變送器變送器 集成、智能化傳感器的開發(fā)集成、智能化傳感器的開發(fā)1.3.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器 化學(xué)傳感器的開發(fā)化學(xué)傳感器的開發(fā) 敏感材料本身的敏感材料本身的

16、化學(xué)屬性化學(xué)屬性隨被測量的變化、將化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電量來隨被測量的變化、將化學(xué)量轉(zhuǎn)換成電量來實現(xiàn)信號的測量實現(xiàn)信號的測量氣體傳感器氣體傳感器一氧化碳一氧化碳傳感器傳感器瓦斯瓦斯報警報警酒精傳酒精傳感器感器1.3.2 計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展一般計算機測試系統(tǒng)一般計算機測試系統(tǒng) 嵌入式測量系統(tǒng)嵌入式測量系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng) 虛擬儀器虛擬儀器 隨隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，測試系統(tǒng)中也越來越多地融入了計算機著計算機技術(shù)的發(fā)展，測試系統(tǒng)中也越來越多地融入了計算機技術(shù)。技術(shù)。 計算機測試技術(shù)計算機測試技術(shù)以計算機為中心的自動測試系統(tǒng)以計算機為中心的自動測試系統(tǒng)。 既能實現(xiàn)對信號的檢

17、測，又能對所獲得信號進(jìn)行分析處理既能實現(xiàn)對信號的檢測，又能對所獲得信號進(jìn)行分析處理。計計算算機機測測試試系系統(tǒng)統(tǒng) 傳感器1傳感器2傳感器3信號調(diào)理2信號調(diào)理3信號調(diào)理1數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡(板板)計算機計算機繪圖、顯示、打印繪圖、顯示、打印1.3.2 計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展1）一般計算機測試系統(tǒng)）一般計算機測試系統(tǒng)計算機測試系統(tǒng)的基本形式計算機測試系統(tǒng)的基本形式 測試系統(tǒng)一般由測試系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表示這三部分組成。這三部分組成。 將這三個位于將這三個位于不同地理位置不同地理位置的部分由網(wǎng)絡(luò)連起來從而完成測試任務(wù)，就形成的部分由網(wǎng)絡(luò)

18、連起來從而完成測試任務(wù)，就形成網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)儀器的特點：網(wǎng)絡(luò)儀器的特點： 資源共享資源共享 有危險的、環(huán)境惡劣的數(shù)據(jù)采集工作可實行遠(yuǎn)程采集有危險的、環(huán)境惡劣的數(shù)據(jù)采集工作可實行遠(yuǎn)程采集 使測試人員不受時間和空間的限制使測試人員不受時間和空間的限制 可以實現(xiàn)高度自動化、智能化可以實現(xiàn)高度自動化、智能化1.3.2 計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展2） 網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)有時稱為嵌入式系統(tǒng)有時稱為嵌入嵌入式計算機系統(tǒng)式計算機系統(tǒng)，是和現(xiàn)實的物，是和現(xiàn)實的物理世界相結(jié)合的，控制著某些理世界相結(jié)合的，控制著某些特定的硬件的專用計算機系統(tǒng)。特定的硬件的專

19、用計算機系統(tǒng)。包括硬件和軟件兩部分：包括硬件和軟件兩部分： 硬件硬件包括嵌入式處理器、控制器、包括嵌入式處理器、控制器、存儲器及外設(shè)器件、輸入輸出端口、存儲器及外設(shè)器件、輸入輸出端口、圖形控制器等圖形控制器等; ; 軟件軟件部分包括應(yīng)用軟件和嵌入式部分包括應(yīng)用軟件和嵌入式操作系統(tǒng)。應(yīng)用軟件控制著系統(tǒng)的運操作系統(tǒng)。應(yīng)用軟件控制著系統(tǒng)的運作和行為作和行為; ; 操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序與硬件的交互作用。與硬件的交互作用。1.3.2 計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展3） 嵌入式測試系統(tǒng)嵌入式測試系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)強調(diào)嵌入式系統(tǒng)強調(diào)“量身定做量身定做”的原則，基于某一種特殊用

20、的原則，基于某一種特殊用途開發(fā)出特定的系統(tǒng)，因此當(dāng)把一個具體測試對象與嵌入式途開發(fā)出特定的系統(tǒng)，因此當(dāng)把一個具體測試對象與嵌入式系統(tǒng)結(jié)合起來，就構(gòu)成了一個嵌入式測量系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)合起來，就構(gòu)成了一個嵌入式測量系統(tǒng)。 虛擬儀器的發(fā)展虛擬儀器的發(fā)展虛擬儀器虛擬儀器普通儀器普通儀器智能儀器智能儀器虛擬儀器的實際工作原理圖虛擬儀器的實際工作原理圖4） 虛擬儀器的開發(fā)虛擬儀器的開發(fā)1.3.2 計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展1.3.2 計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展1.4 本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容 本課程所研究的對象是機械工程領(lǐng)域中常用的物本課程所研究的對象是機械工程領(lǐng)域中常用的

21、物理量測試，這是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。主要內(nèi)容包括：理量測試，這是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。主要內(nèi)容包括：1）測試技術(shù)基礎(chǔ)知識測試技術(shù)基礎(chǔ)知識（2-3）2）測試信號的獲取與調(diào)理技術(shù)測試信號的獲取與調(diào)理技術(shù)（4-6） 3）測試系統(tǒng)設(shè)計測試系統(tǒng)設(shè)計（7） 4）計算機測試系統(tǒng)計算機測試系統(tǒng)（8）5）實際測試系統(tǒng)實際測試系統(tǒng)（9-10）1.測試系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成？測試系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成？思考題思考題2.測試技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在哪些方面？測試技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在哪些方面？傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展 物性傳感器、集成化物性傳感器、集成化/ /智能化傳感器、化學(xué)傳感器智能化傳感器、化學(xué)傳感器計算機測試技術(shù)的發(fā)展計算機測試技術(shù)的發(fā)展 計算機測試、網(wǎng)絡(luò)化測試、嵌入式測試、虛擬儀器計算機測試、網(wǎng)絡(luò)化測試、嵌入式測試、虛擬儀器傳感器傳感器：將被測量（非電量）變成電量：將被測量（非電量）變成電量信號調(diào)理信號調(diào)理：對傳感器的輸出進(jìn)行變換、隔離、濾波、放大：對傳感器的輸出進(jìn)行變換、隔離、濾波、放大等預(yù)處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號等預(yù)處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號信號處理信號處理：包括對信號進(jìn)行數(shù)字量化在內(nèi)的分析、計算、：包括對信號進(jìn)行數(shù)字量化在內(nèi)的分析、計算、處理，以獲得所需的最終結(jié)果處理，以獲得所需的最終結(jié)果信號顯示信號顯示：對最終結(jié)果進(jìn)行可視輸出：對最終結(jié)果進(jìn)行可視輸出教材：教材：1-3，1-7，1-9作業(yè)作業(yè)