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机械工程测试技术基础第一章绪论第一章绪论本章学习要求：•掌握测试技术的概念及研究内容•了解测试技术的应用情况和发展动态•重要性必要性机械工程测试技术基础第一章绪论1、测试的基本概念1.1测试的含义测量：被测对象（处于自然状态）中的某种信息检测出来，并加以量度。试验：通过某种人为的方法，把被测系统中的某种信息，通过专门装置，人为的把它激发出来，并加以测量。测量和试验在工程实际中无处不在，测试技术是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。机械工程测试技术基础第一章绪论1.2信息与信号定义描述信息事物运动的状态与方式包括消息、情报和知识。物理观点看，信息不是物质，不具备能量；但信息的传输依靠物质与能量。信号信息传输的载体信息蕴涵于信号中，信号是具有能量的某种物理量机械工程测试技术基础第一章绪论信号信息交通信号灯绿灯亮通行黄灯亮注意！红灯亮停机械工程测试技术基础第一章绪论机械工程测试技术基础第一章绪论机械工程测试技术基础第一章绪论结论：•信息蕴涵于信号之中。•测试工作始终与信号打交道，包括信号的获取、信号的调理、信号的分析。机械工程测试技术基础第一章绪论1.3信号的分类与描述为深入了解信号的物理实质，从不同角度观察信号，可分为：1)、从信号描述上（数学表示）——确定性信号与非确定性信号；2)、从信号的幅值和能量上——能量信号与功率信号；3)、从分析域上——时域与频域；机械工程测试技术基础第一章绪论1.3.1确定性信号与非确定性信号可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号。机械工程测试技术基础第一章绪论a)周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号x(t)=x(t+nT)机械工程测试技术基础第一章绪论b)非周期信号是不会重复出现的信号。非周期信号又包括瞬变非周期信号和准周期信号象锤子的敲击力、承载缆绳断裂时的应力变化、热电偶插入加热炉中温度的变化过程等，这些信号都属于瞬变非周期信号，并且可用数学关系式描述。如下图单自由度振动模型在脉冲力作用下的响应。瞬变非周期信号机械工程测试技术基础第一章绪论准周期信号是非周期信号的特例，处于周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成的，但各周期信号的频率相互间不是公倍数关系，其合成信号不满足周期条件，例如：x(t)=sin(t)+sin(√2t)是两个正弦信号的合成，其频率比不是有理数，不成谐波关系。下面是其信号波形准周期信号机械工程测试技术基础第一章绪论(c)非确定性信号（随机信号）•不能用数学关系式描述，其幅值、相位变化是不可预知的，所描述的物理现象是一种随机过程。•例如，汽车奔驰时所产生的振动、飞机在大气流中的浮动、树叶随风飘荡、环境噪声等。•非确定性信号具有某些统计特征，可以用概率统计方法进行估计研究。机械工程测试技术基础第一章绪论机械工程测试技术基础第一章绪论一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。1.3.2能量信号与功率信号(a)能量信号—在所分析的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件机械工程测试技术基础第一章绪论(b)功率信号在所分析的区间（-∞，∞）上，能量不是有限值。此时，研究信号的平均功率更为合适。一般持续时间无限的信号都属于功率信号。机械工程测试技术基础第一章绪论1.3.3连续时间信号与离散时间信号a)连续时间信号：在所有时间点上有定义b)离散时间信号：在若干时间点上有定义幅值连续幅值不连续采样信号机械工程测试技术基础第一章绪论1.4小结a、一个被测对象的信息总是通过一定的物理量——信号，表现出来。b、一个信息，有多个与其对应的信号；一个信号，包含许多信息。信息、信号表现形式的多样化为测试技术提供：发展空间研究空间和兴趣机械工程测试技术基础第一章绪论2、测试技术研究的主要内容测量原理测量方法测量系统的组成机械工程测试技术基础第一章绪论2.1测量原理实现测量所依据的物理、化学、生物等现象与有关定律的总体机械工程测试技术基础第一章绪论机械工程测试技术基础第一章绪论机械工程测试技术基础第一章绪论•一种物理量多种测量原理实现•选用测量原理日常工作•发现和应用新测量原理创造性工作机械工程测试技术基础第一章绪论2.2测量方法被测对象的信息量总是非常丰富的，而测试是获取被测量对象中有用信息（感兴趣的特定信息）。信息是以信号形式表现测量方法与信号密切相关测试过程：测试信号有用信息机械工程测试技术基础第一章绪论测量方法分类2.2.1根据被测信号变化的快慢静态测试动态测试信号不随时间变化（或非常缓慢）信号变化较快注：动态测试中，由于测试工具（传感器、放大器等）本身具有特定的动态特性，所以获得的测试信号，一定是测试工具的动态特性和研究对象的动态特性的综合反映。因此，动态测试比静态测试复杂。机械工程测试技术基础第一章绪论2.2.2根据被测信号转换方式机械工程测试中，测试的信号往往是机械量（与运动、力、温度相关的物理量），如：位移、加速度、外力、重量、力矩、功率、压力、流量、温度等，为测试方便，要把被测试机械量信号转化成其他形式信号来处理。机械工程测试技术基础第一章绪论机械测量法百分表测位移、天平砝码称重(质量)光测法光栅技术、激光测量技术、红外测量。特点：精度高、稳定，但对环境要求高。气液测量法对环境要求不高，由于可压缩性和响应较迟缓，只适用于静态测量。电测法测试精度高，灵敏度高，特别适用于动态测试，可将不同被测机械量信号转换成相同的电信号，便于用统一的后继仪器进行处理和分析，还便于信号的远距离测量、控制。按被测信号转换方式分为：机械工程测试技术基础第一章绪论钢板厚度的机械测量法机械工程测试技术基础第一章绪论表面粗糙度的光测量法机械工程测试技术基础第一章绪论2.2.3其它测量方法分类直接测量法与间接测量法模拟量测量法与数字量测量法等精度测量法与不等精度测量法偏差测量法与零位测量法机械工程测试技术基础第一章绪论2.3测试系统的组成一般来说，非电量电测法测试系统由测量装置、标定装置和激励装置三部分组成。机械工程测试技术基础第一章绪论被测对象观察者激励装置标定装置测量装置传感器物理量信号调理电量信号处理电量显示记录电量/数字量反馈控制非电量电测法的测试系统框图机械工程测试技术基础第一章绪论衡量乘坐舒适性的指标之一：坐椅处的加速度加速度计液压振动台：模拟道路的颠簸状态CK例子：检测汽车坐椅的加速度机械工程测试技术基础第一章绪论测量装置激励装置(振动台)反馈控制速度/m·s-1时间/s第二级：信号调理电路第三级：显示与记录第一级：传感器从加速度计获取带有去除噪声积分后得到的放大后的“噪声”的电压输出后的信号速度电压信号电压信号加速度计放大器滤波器积分器显示记录汽车振动加速度加速度测试系统框图机械工程测试技术基础第一章绪论2.3.1测量装置｛｝传感器信号调理装置信号分析仪器显示记录仪机械工程测试技术基础第一章绪论2.3.2标定装置—确定测量装置的输入与输出之间的确切关系机械工程测试技术基础第一章绪论2.3.3激励装置—是根据测试内容的需要，使被测对象处于人为的工作状态，产生表征其特征（信息）的信号。机械工程测试技术基础第一章绪论2.3.4反馈控制环节主要用于闭环控制系统的测试系统为了准确的获得被测对象的信息，要求测试系统的每个环节的输出与输入之间必须一一对应，而且输出的变化能够准确地反映输入量的变化，即实现不失真的测试！注：机械工程测试技术基础第一章绪论2.4举例：测试系统的组成盖及压盘总成综合性能检测机机械工程测试技术基础第一章绪论称重传感器的标定标准测力仪标定过程：给传感器加力，加到测力仪标定点，观察计算机显示的总压力与测力仪是否一致。机械工程测试技术基础第一章绪论3、测试技术的发展动向机械工程领域，测试技术发展动向3.1高精度德国激光干涉位移测量仪，测量精度0.1nm，用于1nm进给的测量。机械工程测试技术基础第一章绪论3.2.1多传感器融合技术在工程中的应用3.2测量方式的多样化机械工程测试技术基础第一章绪论3.2.2积木式、组合式测量方法(模块化)3.2.3虚拟仪器机械工程测试技术基础第一章绪论虚拟仪器可以分为两类：•以计算机为硬件支撑，将多种数字化测试仪器虚拟成一台数字式的智能化测试仪器。•研究虚拟制造中的虚拟测量。机械工程测试技术基础第一章绪论3.2.4智能结构智能结构智能材料功能材料来自来自功能材料？对外界（或内部）的刺激（应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等）具有感知的材料。感知材料：执行材料：信息材料对外界（或内部）条件发生变化作出响应或驱动的材料。可做传感器。可做成驱动器或作动器。机械工程测试技术基础第一章绪论智能材料？用现代技术把感知、执行和信息等三种功能的材料有机复合或集成于一体，实现材料的智能化。机械工程测试技术基础第一章绪论智能材料的定义智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，作出期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。智能结构把智能材料植入工程结构中，能使工程结构感知和处理信息，并执行处理结果。对环境的刺激作出自适应响应，实现在线、动态、实时、主动监测与控制，达到增强结构安全，减轻质量，降低能耗，提高结构性能的目标。机械工程测试技术基础第一章绪论•小结•思考题：举出几种你身边应用测试技术的例子！