实验数据采集与数据处理

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1、第三章实验数据采集与数据处理３.ｌ实验与测量任何实验都离不开对参数的测量、观察与分析，本实验课程中将有不少测量方面的实验。如机械动力参数和运动参数的测量、零件几何参数的测量等。自动控制过程也离不开“测量”，在实际工业生产中也是如此，为了保证产品的质量，在产品的制造过程中必须对相关的参数实时进行检测。例如为了控制机器运动部件能准确地到达某一位置，必须对还未到达预定位置的偏离进行实时的检测，以便作出是否继续前进的决策，对驱动部分作出正确的控制。随着科学技术的发展，机械工程领域的科技人员，不仅面临传统的

2、静态几何量的测量，还越来越多地面临着许多动态物理量(诸如力、位移、振动、噪声、温度和流量等)的测量。因为，只有通过对这些动态物理量的测量，才能更全面深入了解各种机械设备的运行状况，或是某些产品生产过程中的物质变化情况等。这些静态、动态物理量的测量，需要采用相应的测量仪器，仪器的结构形式可以是纯机械的，或是光学的、电子的，现在很多仪器是基于光、电、机相结合的测量原理设计的。对于动态变化的物理量，若有相应的传感器把它转变成按比例变化的电量，然后通过测量这一电量求得该物理量，将使连续测量变得容易、方便。这方

3、法称为非电量电测法，机械制造业的工程技术人员，应当掌握这些常见动态物理量的电测法。要完成一项具体的测试任务，必须懂得如何组成一个性能优良的测试系统，并能运用它有效地达到预定的测试目的。这就要求进行测试工作的人员，必须熟悉与测试系统有关的基础知识和技能，诸如测量基础知识、误差概念、传感器结构、原理和特性；典型的测量电路；信号的显示、记录方法；以及信号的分析处理技术等。当今，计算机的应用已非常广泛和普及，使人们的工作、生活等方式起了翻天覆地的变化，测量仪器产品也不例外，同样有很大的变革。以通用计算机为平台

4、的通用化、智能化和网络化的测量仪器及测试系统也得到了迅速发展，它充分利用了计算机的运算速度快、数据传输储存能力强等优势，把计算机扩展为所需要的仪器设备，其功能更胜于以往的传统仪器，这种仪器是通过软件设计灵活定义测试功能，我们通常称它为虚拟仪器。３.２测量基本知识３.２.1测量的定义和作用测量是根据相关理论，用专门的仪器或设备，通过实验和必要的数据处理，求得被测量量值的过程。其本质就是为获得被测对象的量值而进行的实验过程。这个实验过程可能是极为复杂的物理实验，如地球至月球距离的测定，也可能是一个很简单

5、的操作，如物体称重或卡尺测量轴的直径等。对于一般的量（例如机械制造业中几何量）的测量，其实质往往仅是作同类量的比较，因此，常用下述的测量定义：将被测量与标准量相比较的过程。此过程可用数学表达式描述：式中：Q—被测量，S—标准量，x—被测量与标准量的比值。43测量工作对于机器在设计、制造、使用阶段都具有非常重要的意义：（１）在制造过程中，通过对相关机械参数的监测，可及时进行工艺分析，以便确定合理的加工参数。自动化生产中，误差测量是自动控制系统中的关键环节，离此即失掉了控制的根据。（２）在设计过程中的试验

6、测试，可获得设计所需的参数。（３）零件或产品完工后验收时，通过测量进行合格性、优劣性判断，以保证产品的质量。（４）机器运行中对机器设备进行工况检测，可监控机器作故障诊断预报。测量是一个严格的过程，为了获得可靠的测量结果，必须根据实际情况选择适当的测量方法和测量仪器，必须保证良好的测量环境以提高测量的精度。同时，一个完整的测量过程，还必然涉及测量误差的分析、讨论，或是进行不确定度的评定。3.2.2有关测量的术语１．被测量在机械工程中，常常需要对某些物理量的大小进行检测，通常把要检测的物理量称为被测量或

7、被测参数。在机械运动参数和动力参数测试中经常遇到的被测量有：位移、速度、加速度、旋转机械的转速、构件的应力、机器的效率、功率、振动及噪声等。按被测量在测试中的变化情况，被测量可分为静态的和动态的两种.(1)静态量所测量的物理量在整个测量过程中其数值始终保持不变，即被测量不随时间变化而变化，这种量称为静态量，例如:稳定状态下物体所受的压力、温度；机械零件的几何量，它包括尺寸（长度、角度）、形状和位置误差、表面粗糙度等。(2)动态量所测量的物理量在测量过程中随时间的不同而不断改变其数值，这种量称为动态量，

8、例如：机器运动过程中的位移、速度、加速度、功率等；非稳定状态下的压力、温度。２．测量过程要知道被测量的大小，就要用相应的测量器具、仪器来检测它的数值，而测量过程就是把被测量的信号，通过一定形式的转换和传递，最后与相应的测量单位进行比较。有些为了使微细的被测量得到直观的显示，通过杠杆传动机构的传递和放大以及齿轮机构的传动，使被测量变成指示表指针的偏转，最后以仪器刻度标尺上的单位进行比较而显示出被测量的数值。例如，几何量测量用的测微表、弹簧管压力计等。有的被