第0章 绪论16857

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1、机械工程测试原理与技术南京航空航天大学机电学院教师姓名:余厚云工作单位:南航机电学院053系办公电话:84892560办公地点:15号楼A408电子信箱:meehyyu@nuaa.edu.cn教师信息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）测量的传感器原理、测量电路原理和信号分析方法。课程内容绪论信号分析基础测试系统特性模拟信号处理传感器原理虚拟仪器技术工程应用机械工程测试原理与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

2、和案例。学习方法书本教材与电子教材并重学习时应充分利用课程所开设实验和仿真实验。学习方法理论学习实践学习研究学习三元并重学习要求1.掌握测试系统组成和基本功能；掌握系统基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。2.了解常用传感器的工作原理和性能，并能合理地选用。3.掌握信号的时域和频域的描述方法；掌握频谱分析的基本原理和方法。4.对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，并能初步运用于机械工程中某些参量的测试。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

3、段，起着人的感官的作用。测试技术的基本概念测量：测量是确定量值的过程。确定量值即给定某一量的特定值是某个单位或某个基准量的多少倍。试验：试验是对产品的特性或性能进行测量、定量或分类所实施的实验。测试技术测试技术的主要任务，就是利用测量系统或装置，精确地测量出各种被测物理量或被测参量。测试技术的任务1.提供质量的根据2.提供信息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。

4、如图所示的声级计。测试系统的组成半导体芯片外形尺寸示意图显微测量系统的仪器组成图测试系统的组成半导体芯片局部显微图像测试系统的组成图像处理与测量程序界面相同测量条件下的测微尺显微图像标定结果芯片线宽测试系统的组成CCD相机显微系统被测对象计算机图像采集卡显微测量系统组成框图测试系统的组成一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。信息转换信息提取测试系统的组成传感器是将被测非电量转换成电量的装置。①简单的传感器：可能只由一个敏感元件组成，例如测量温度的热电偶传感器。②复杂的传感器：可能包括敏感元件、弹性元件，甚至交换电路，有些智能传感器还包括微处理器。测试系统的

5、组成1.传感器2.中间变换装置根据不同情况有很大的伸缩性。①简单的测试系统：可能完全省略中间变换装置，将传感器的输出直接进行显示或记录。②大多数测试系统：信号的变换，包括放大、调制和解调、滤波等。③功能强大的测试系统：还将计算机作为一个中间变换(装置)环节，以实现诸如波形存储、数据采集、非线性校正和消除系统误差等功能。④远距离测量系统：还要有数据传输装置。3.输出装置各种指示仪表、记录仪、显示器等。测试系统的组成被测对象（信息源）传感器中间变换装置计算处理显示记录观察者激励装置反馈控制输出执行测试系统的组成在工程领域，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

6、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。测试技术的工程应用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。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工业自动化中的应用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。香港理工AGV模型工业自动化中的应用密歇根大学数字化工厂工业自动化中的应用3.生产加工过程监测切削力传感器

7、，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。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。流程工业设备运行状态监控在汽车、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