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河南工业大学机电学院主讲：颜丙生讲师电话：15003826303E-mail:yanbingsheng@163.com机械工程测试技术河南工业大学机电学院机电系2014年春季学期河南工业大学机电学院总学时：46学时讲授：34学时实验：8学时习题：4学时《工程测试与信号处理》(第二版)蔡共宣，林福生，华中科技大学出版社《测试技术》(第二版)贾民平，高等教育出版社《测控系统原理与设计》孙传友，北航大学出版社机械工程测试技术课程安排与参考书河南工业大学机电学院期末考试成绩：70%总评平时成绩：30%总评期末考试形式：闭卷平时成绩包括：出勤，作业，大作业机械工程测试技术课程考核方法河南工业大学机电学院本课程主要介绍机械工程，工业自动化，航空航天，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。机械工程测试技术课程内容主要内容如下图河南工业大学机电学院讲课顺序：完全按教材，便于同学们预习和复习。讲课特点：以尽可能多的工程案例、实例和实验教学为切入点，解决课本教学存在的问题。（测试技术应用、发展部分空洞；传感器部分没有实物对象、枯燥无味；信号分析理论部分深奥难懂。）机械工程测试技术本课程教学方法射线检测声发射检测MT200超声测厚仪河南工业大学机电学院课程特点：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，具有很强的实践性；前序课程：电类、机械类、材料类、信号处理、控制、振动和物理等相关课程；学习方法：理论学习、实践学习和研究学习并重。机械工程测试技术本课程学习方法★理论学习主要靠听课，学习教材和辅助教材的内容来掌握，这是最基本的；★充分利用课程所开设的实验课和仿真实验来提高实际动手能力；河南工业大学机电学院机械工程测试技术本课程学习方法充分利用网络河南工业大学机电学院机械工程测试技术本课程学习方法★充分开展课外设计制作活动，大作业，课程设计或毕业设计来进行研究性学习；机械手AGV小车智能报警振动测试传感器河南工业大学机电学院机械工程测试技术★问题式和讨论式教学（重点）河南工业大学机电学院机械工程测试技术绪论1.掌握测试技术的概念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.了解测试仪器主要生产厂商5.了解计算机测控系统本章学习要求河南工业大学机电学院绪论测试技术的基本概念-概念、任务和重要性测试：采用专门的技术手段和仪器设备，设计合理的实验方法并进行必要的数据处理，从而找到被测量的量值和性质的过程。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。任务：获取有用信息。在有噪声背景的情况下提取有用的信息，是测试工作者首要解决的问题。重要性：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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的基本概念-任务和重要性发明元素周期表的科学家门捷列夫曾说过：“有测量才有科学”。仪器是信息时代的信息获取—处理—传输的链条中的源头技术。钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术有测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础。”河南工业大学机电学院绪论测试技术的基本概念-测试系统传感器将被测物理量（如噪声，温度，湿度）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过A/D转换后用软件进行信号分析，显示记录装置则把测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。一般来说，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。河南工业大学机电学院绪论测试技术的基本概念-测试系统简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被测温度转化为液面示值。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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的基本概念-测试系统组成测试系统时必须遵循的原则是各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应的关系，尽量不失真，且必须尽可能地减小或消除各种干扰Agilent信号发生器触发信号T&C功率放大器RITEC高能低通滤波器示波器Ch1Ch2Ch3Ch4监测信号板试样发射传感器接收传感器衰减器计算机疲劳加载方向河南工业大学机电学院绪论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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-工业自动化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。（1）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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-工业自动化（2）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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-工业自动化（3）生产加工过程检测（包装，车辆）河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-流程工业设备运行状态在电力、冶金、化工等行业需要监测或定期检测设备运行状况，关系到人员和生产安全。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-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。汽车扭矩测量机床加工精度测量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、燃油压力计发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-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、温度检测、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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-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：衣物重量传感器，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）。河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-PC机河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-PC机河南工业大学机电学院绪论测试技术的工程应用-其他应用河南工业大学机电学院绪论测试技术的发展趋势-传感器方面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。河南工业大学机电学院绪论测试技术的发展趋势-传感器传感器+嵌入式计算机=智能传感器。混凝土裂纹检测仪河南工业大学机电学院绪论测试技术的发展趋势-信号处理方面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。河南工业大学机电学院绪论传感器和测试仪器生产厂商-传感器美国的霍尼威尔公司有全球最大传感器技术研究中心，主要生产工业自动化类传感器。丹麦的B&K主要生产振动和声学测量传感器。河南工业大学机电学院绪论传感器和测试仪器生产厂商-测量分析仪器美国国家仪器公司（NI）是全球最大的计算机虚拟仪器生产商。美国的Agilent公司，原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商。河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-测控系统微机化的意义测控对象与要求测量多种参量：电量、非电量具有多个输入通道、可进行多点测量与控制能够快速进行动态在线实时测量，因为95%的被测信号是随时间变化的动态信号能够实时快速进行数据分析处理归纳：唯有以计算机为中心的测控系统能够实现上述要求河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-测控系统微机化检测系统微机化检测系统是以微机为核心，单纯以“检测”为目的的系统传感器模拟输入通道微机模拟输出通道报警器数据记录器模拟显示器被测参数河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-测控系统微机化控制系统微机化控制系统是以微机为核心，单纯以程序控制为目的的系统微机控制电路执行器参数及动作次序河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-测控系统微机化测控系统微机化测控系统是以微机为核心，测控一体化的系统。这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的测量结果决定的微型计算机传感器模拟量输入通道操作员测控对象传感器执行器执行器模拟量输出通道开关量输入通道开关量输出通道人-机接口通信接口其它微机河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-工控机河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-嵌入式计算机河南工业大学机电学院绪论计算机测控系统-开发软件河南工业大学机电学院绪论下次课思考题：1、信号与信息的区别？同一个信号只有一种描述方式？试举例；2、确定性信号与非确定性信号的区别？它们是根据什么分类的？准周期信号属于哪一类？3、什么叫信号的时域分析？什么叫信号的频域分析？时域信号和频域信号的横坐标分别是什么物理量？能否把一个时域信号转换为频域信号？通过什么工具转换？