教材：

工程測試技術基礎，趙文禮主編，高等教育出版社參考書：測試與傳感技術，侯國章編著，哈爾濱工業大學出版社。工程測試技術基礎，曾光奇、胡均安主編，華中科技大學出版社。測試技術基礎，王伯雄主編，清華大學出版社。參考網站：https:///courses1基礎知識定義、分類發展趨勢選用原則一般特性傳感器原理檢測技術溫度傳感器光電傳感器應變傳感器電感傳感器電容傳感器壓電傳感器其他傳感器檢測電路虛擬儀器課程主要內容傳感器的工作原理、結構、主要參數、檢測電路及其典型應用信號分析檢測裝置特性21、掌握測試技術的基本理論，包括信號的時域和頻域的描述方法、頻譜分析和相關分析的原理和方法、掌握信號調理和信號處理基本概念和方法，具有實驗數據處理和誤差分析能力；2、掌握測試裝置靜、動態特性的評價方法和不失真測試條件；能正確運用于測試裝置的分析和選型；3、熟練掌握各類典型傳感器的基本原理和適用范圍，并能合理的選用。4、了解測試技術在機械工程中的應用；初步掌握工程中某些參數的測試方法，如位移、速度、加速度、力、壓力、振動參數等。課程要求3緒論2學時信號描述及信號分析5學時測試裝置的基本特性5學時常用的傳感器7學時中間變換電路2學時測試技術應用5學時測試技術實驗6學時總學時32學時考試2學時課程安排4主要傳感器和測試儀器生產廠商2、振動/噪聲傳感器丹麥B&K（振動測量、聲學測量領域最富盛名）/1、工業自動化類傳感器美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術研究中心）/china5測量分析儀器美國國家儀器公司(全球最大的計算機虛擬儀器生產商)/美國Agilent公司(原惠普公司儀器部，著名的測試儀器商)/6艾法斯亞太有限公司

/美國福祿克公司/測量分析儀器7一、緒論1.1測試技術的作用1.2測試技術的任務1.3測試技術的研究內容1.4測試技術的發展方向1.5課程要求8緒論—1.1測試技術的作用9歷史時代：手工化機械化自動化信息化生產方式：人與簡單工具動力機與機械自動測量控制智能機械裝置從測試技術的發展歷史來看

……1.1測試技術的作用

101.1測試技術的作用

從發展歷史來看：11從應用領域來看：當今社會，測試技術幾乎無處不在，遍及日常生活、現代化生產、貿易結算、環境保護、科學研究各個領域。檢測技術是帶動國民經濟增長的一個關鍵領域，在美國：檢測技術占4%，拉動經濟增長66%工業生產倍增器1.1測試技術的作用

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AGV自動送貨車：超聲波測距傳感器、判斷建筑物內人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運動軌跡和AGV小車位置識別；條形碼傳感器，貨品識別。香港理工AGV模型1.1測試技術的作用13

1.1測試技術的內容和作用

141.1測試技術的作用15美國國家導彈防御計劃---NMD檢測技術在國防領域的應用1.地基攔截器2.早期預警系統3.前沿部署(如雷達）4.管理與控制系統5.衛星紅外線監測系統監測系統:探測和發現敵人導彈的發射并追蹤導彈的飛行軌道；攔截器：能識別真假彈頭，敵友方1.1測試技術的作用

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為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環境，并能保證系統運行的經濟性和管理的智能化。在樓宇中應用了許多測試技術，如闖入監測、空氣監測、溫度監測、電梯運行狀況。

圖示為某公司樓宇自動化系統。該系統分為：電源管理、安全監測、照明控制、空調控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器1.1測試技術的作用17

在家電產品和辦公自動化產品設計中，人們大量的應用了傳感器和測試技術來提高產品性能和質量。全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器1.1測試技術的作用18

汽車、機床等設備，電機、發動機等零部件出廠時，必須對其性能質量進行測量和出廠檢驗。

圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發動機轉速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產品質量。汽車扭距測量機床加工精度測量1.1測試技術的作用19工程技術領域——生產監督

1.1測試技術的作用

20工程研究、產品開發、生產監督、質量控制、性能試驗等科學研究的根基國內外貿易、國防、醫療衛生、交通運輸、環保等現代裝備系統1.1測試技術的作用

211.1測試技術的作用第一章緒論從被測對象的規模來看：1）、大到光年級宇宙(1光年），如宇宙大爆炸理論，宇宙紅移觀測,證明了宇宙的膨脹。22第一章緒論23月亮上看到的地球太空看到的地球，應該珍惜時光，關愛生命，愛護地球，我們的家園2).中到km級宇宙.如火星探測,地球測量等第一章緒論24火星探測器荒漠的火星第一章緒論253).小到mm級測量。如火車、汽車等載運工具構件的響應測量，應力、應變譜測量，以用于疲勞和可靠性分析。再如用于人體檢測的胃鏡、x光照片、CT照相、核磁共振等技術。第一章緒論264).微到納米級測量（1nm=)

納米測量，納米制造等。微納米尺度的幾何量、表面粗糙度、表面微觀形貌、MEMS材料機械特性、微應力和微應變、微位移、速度和加速度、振動、聲和超聲等典型物理量的測量技術應用。

納米測量展望,它的研究主要向兩個方向發展：

一是在傳統的測量方法基礎上，應用先進的測試儀器解決應用物理和微細加工中的納米測量問題,分析各種測試技術,提出改進的措施或新的測試方法；

二是發展建立在新概念基礎上的測量技術，利用微觀物理、量子物理中最新的研究成果,將其應用于測量系統中,它將成為未來納米測量的發展趨向。第一章緒論271.2測試的主要任務（本書重點討論機械工程中的測試技術）：1）、工程過程的實驗分析與參數測量

如材料的強度試驗，振動物體的固有頻率、阻尼比以及振型等參數的測試，動載構件的應力、應變譜測試等。第一章緒論282）、過程監視與故障診斷

如數控機床自動加工中刀具磨損和斷裂監視、加工精度檢測；柴油機、發動機運行中的故障診斷；火車脫軌、軸溫的在線檢測，卷揚機、電梯跟蹤檢測等。第一章緒論293）、作為自動化或控制系統中的一個環節

主要用于閉環系統中的反饋控制環節。在各種自動控制系統中，測試環節起著系統感官的作用，是其重要組成部分。如真空焊接爐的溫度控制，再如機械手的動作控制等密歇根大學的機械手裝配模型第一章緒論30產品質量測量例

在汽車、機床等設備，電機、發動機等零部件出廠時，必須對其性能質量進行測量和出廠檢驗。

圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發動機轉速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產品質量。汽車扭距測量機床加工精度測量4）、生成產品的質量評價，如抽樣檢測第一章緒論311.3測試技術的概念和研究內容

綜上所述，測試工作的任務就是從被測對象中獲取有用信息。測試技術是用于檢測和處理各種信息的一門綜合性技術，是信息技術的三大支柱（即測試控制技術、計算技術和通信技術）之一。它在科學技術、工業生產、醫療衛生、文化教育等各個領域中都起著十分重要的作用。定義：從測試的含義來講，它包含著測量和試驗兩個內容。測量是把被測系統中的某種信息，如運動物體的位移、速度、加速度檢測出來，并加以度量；試驗則是通過某種人為的方法，把被測系統用專門的裝置激發起來，以便對有用信息進行測量。第一章緒論32測量：以確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作，獲取量值信息，對應英文measurement。從測量精確度等級劃分測量分為工程測量和計量計量：獲取量值信息，實現量值信息的傳遞或溯源，其對象就是測量儀器。唯有計量部門從事的測量才被稱作"計量"。對應英文metrology從自動化程度來分：利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產、科研、生活等各方面的有關信息通過檢查與測量的方法，賦予定性或定量結果的過程稱為檢測技術。能夠能夠自動地完成整個檢測處理過程的技術稱為自動檢測與轉換技術。1.3測試技術的概念和研究內容33測量是某些部門的主要工作，例如天文、氣象、測繪等部門，在天文、氣象領域稱觀測，在測繪領域稱測量。測量是測試、計量的基礎，貫穿測試、計量的全過程，所以經常用測量一詞代替測試、計量。測量和計量的關系參見量傳圖（量值溯源圖）1.3測試技術的概念和研究內容34CalibrationchainandtraceabilityForexample:Calibrationofmicrometers(Figure4.2)theinstrumentationdepartmentspecialistcalibrationservicecompanyworkingreferencestandardTheprimarystandardNationalStandardsOrganizations35量值統一///chinese/index.htm//chinese/zlq/jcjgyd/qyjcjg/webinfo/2009/06/1260497022301275.htm36例：曹沖稱象方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測量，從而得到：定性、定量的結果。37汽車衡38運行狀態監測？飛機模態分析自動控制？工程實驗分析？39測試設備：單臺儀器，組合系統被測對象研究:工況，運動方式，被測參數測試方法：動態測量——靜態測量；接觸測量——非接觸測量；直接測量——間接測量；機械測量——電測量；開環測量——閉環測量；；測試信號分析測量標準：計量，校準測量精度；測量誤差1.3測試技術的內容40被測對象——工業檢測技術涉及的內容：熱工量：溫度t（℃、K、℉）例：0℃相當于32℉，20℃相當于68℉，100℃相當于212℉壓力（壓強）p（Pa）、壓差Δp、真空度、流速v（m/s）、流量q（t、m3）、物位、液位h（m）41工業檢測技術涉及的內容（續）機械量：直線位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、振動、噪聲、轉速n（r/min）、力F、力矩T（Nm）、應變ε（m/m）、質量（重量）m（kg、t）幾何量長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等42工業檢測涉及的內容（續）物體的性質和成分量：空氣的濕度（絕對、相對）、氣體的化學成分、濃度、液體的粘度、濁度、透明度、物體的顏色狀態量：工作機械的運動狀態（啟停等）、生產設備的異常狀態（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）電工量：U、I、f、R、Z、E、B……絕大多數已在電工、電子等課程中講授，不屬于本課程的范圍。43測試方法分類

靜態測量：對靜止的或緩慢變化物理量的測量稱為靜態測量。

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動態測量

地震測量振動波形動態測量：對隨時間快速變化的物理量的測量稱為動態測量。

動態測量與靜態測量：測量理論、測量方法、測量設備及應用領域、測量要求不同等。

45直接測量

電子卡尺46間接測量

對多個被測量進行測量，經過計算求得被測量。

（阿基米德測量皇冠的比重）測量與被測量有一定函數關系的參量，被測量由計算獲得如測導線的導電率ρ47接觸式測量

傳感器與被測體有機械接觸特點：1比較簡單2傳感器有磨損3傳感器對被測特性有影響48非接觸式測量

例：雷達測速車載電子警察傳感器與被測體無機械接觸特點：1避免傳感器磨損2避免傳感器對被測特性有影響49離線測量

產品質量檢驗50在線測量

在流水線上，邊加工，邊檢驗，可提高產品的一致性和加工精度。51測試系統的組成測試系統是指由相關的器件、儀器和測試裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之功能的整體。1.3測試技術的內容52測試系統的組成接口總線存儲顯示分析監控判斷決策信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉換信號調理信號轉換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的變化轉換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉換：功能---將傳感器的輸出信號轉換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環節：存儲、監控、決策53信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…測試系統不失真原則測試系統的組成基本原則：一個測試系統不論由多少單元組成，都必須滿足各環節的輸出量與輸入量之間保持一一對應、一定比例和盡量不失真的原則。54測試系統的分類：按被測對象分類——按傳感器分類——按信號形式分類——模擬式、數字式、光測、電測等按接口形式分類——按顯示設備分類——1.3測試技術的內容55傳感器：在本教材中是指一個能將被測的非電量變換成電量的器件

玻璃溫度計是一種傳感器，但不屬于本教材所講授的傳感器范圍。目前常用的顯示器有四類：模擬顯示、數字顯示、圖象顯示及記錄儀等

模擬顯示的特點：直觀、穩定，但不夠準確。57光柱也屬于模擬顯示光柱顯示的特點：直觀101線/240°車用光柱儀表顯示58既能顯示光柱，也有數字顯示直觀地指示出儲液罐中的液位設定值實際值59數字式儀表數字式儀表的特點：準確，但最后一位經常跳動不止。熱敏電阻60LED亮度高、耐振動；

LED、LCD顯示的比較：LCD耗電省、集成度高，但不利于夜間觀察。61帶背光板的LCD可以在夜間觀看62圖像顯示特點——能顯示復雜的圖形和曲線，但價格比數字顯示昂貴。63圖像顯示（續）64帶RS-232接口（或USB接口）的萬用表及實時圖像顯示特點——能將測量到的波形及數據存儲到計算機中，可隨時重放，價格適中。65記錄儀主要用來記錄被檢測對象的動態變化過程。66無紙記錄儀（動畫演示）主要用來記錄和存儲被檢測對象的動態變化過程。存儲數據的大小由硬盤容量決定。67數據處理裝置數據處理裝置主要是指計算機。例如對振動進行頻譜分析等。68執行機構繼電器及插座所謂執行機構通常是指各種繼電器，電磁鐵、電磁閥門、電磁調節閥、伺服電動機等，它們在電路中起通斷、控制、調節、保護等作用。69各種繼電器汽車繼電器中間繼電器70各種繼電器（焊接型）71各種繼電器及插座72固態繼電器特點——控制功率小、體積小、無火花；但易過流、過壓燒毀。73固態繼電器（續）74電磁鐵——能產生機械力

75電磁閥門

電磁閥門——只有通斷兩種狀態。

流體76電磁閥門的控制線圈

加上額定電壓后，電磁閥門導通，被控對象可以是液體或氣體。77電磁調節閥——用于控制流量的大小

加上控制信號，電磁調節閥在電動機的控制下，可以逐漸開合。78小型電磁調節閥單向使用79緒論動畫：

一種電磁調節閥

的內部結構

和工作過程計算機控制與電磁調節閥同軸的電動機的轉角和轉速進行調節，從而控制電磁調節閥的開合度。80電磁調節閥的解剖及工作原理利用電動力調節球閥的角度，從而控制閥門的通流能力。出水口球閥81伺服電動機

可以正轉、反轉、快轉、慢轉伺服型雷達天線82自動檢測系統系統原理框圖

不帶微處理器時自動檢測技術系統原理框圖

所謂系統原理框圖，就是將系統中的主要功能或電路的名稱畫在方框內，按信號的流程，將幾個方框用箭頭聯系起來，有時還可以在箭頭上方標出信號的名稱。

83原理框圖舉例洗衣機原理框圖84原理框圖舉例電飯煲原理框圖851.4測試技術的發展1.4.1傳感器技術的發展1.4.2計算機測試技術的發展測試的精度：高精度可靠性：測試的尺度：大小極化發展861.4測試技術的發展1.4.1傳感器技術的發展（1）物性型傳感器大量涌現（2）集成、智能化傳感器的開發（3）化學傳感器的開發871.4.1傳感器技術的發展

1.物性型傳感器大量涌現光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻