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中国矿业大学机电学院同学们好！中国矿业大学机电学院李凌中国矿业大学机电学院中国矿业大学机电学院第一章、绪论1.掌握测试技术的概念及研究内容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中国矿业大学机电学院第一章、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。中国矿业大学机电学院一般说来，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中国矿业大学机电学院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分析软件三部分组成。1.1测试技术的基本概念中国矿业大学机电学院第一章、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。中国矿业大学机电学院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中国矿业大学机电学院b)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。1.2测试技术的工程应用香港理工AGV模型中国矿业大学机电学院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中国矿业大学机电学院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。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。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中国矿业大学机电学院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中国矿业大学机电学院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。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器中国矿业大学机电学院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温湿度传感器温度传感器中国矿业大学机电学院1.2测试技术的工程应用5、其他应用航天农业交通医学中国矿业大学机电学院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、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30～100种传感器。中国矿业大学机电学院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中国矿业大学机电学院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热/光电量中国矿业大学机电学院第一章、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总线数字温度传感器中国矿业大学机电学院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N/2log2N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中国矿业大学机电学院1.3测试技术的发展趋势当采样点N=1000时，DFT算法为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。中国矿业大学机电学院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中国矿业大学机电学院第一章、绪论1.4主要传感器和测试仪器生产厂商2、振动/噪声传感器丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）、工业自动化类传感器美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）中国矿业大学机电学院1.3主要测试仪器生产厂商3、测量分析仪器美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)中国矿业大学机电学院课程内容：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。绪论信号分析基础测试系统特性传感器原理模拟信号处理数字信号处理工程应用虚拟仪器技术内容如下测试技术中国矿业大学机电学院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：中国矿业大学机电学院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、研究学习三元并重.中国矿业大学机电学院课程学习要求：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。中国矿业大学机电学院★学时：40学时。其中授课：32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中国矿业大学机电学院•成绩评定：本门课程的总成绩＝期末考试成绩×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、上课情况中国矿业大学机电学院第一章、绪论思考题：1.列出你身边的测试技术应用的例子。