機械工程測試

原理與技術

西華大學機械工程與自動化學院教師姓名:宋春華工作單位:西華大學機械工程學院辦公電話q:

78808474教師介紹緒論課程內容學習方法和學習要求測試技術的基本概念和任務測試系統的組成測試技術的應用測試技術的發展趨勢

本課程主要介紹工業自動化、環境監測、樓宇控制、交通等領域中常見物理量(壓力、應變、位移、加速度、溫度等）測量的傳感器原理、測量電路原理和信號分析方法。緒論信號分析基礎測試系統特性模擬信號處理傳感器原理虛擬儀器技術工程應用課程內容

機械工程測試原理與技術是一門與材料科學、微電子技術、信息技術密切相關的快速發展的學科。為彌補書本教材內容滯后于學科發展的問題，在教學內容上我們采編了很多多媒體素材和案例。書本教材與電子教材并重學習方法學習時應充分利用課程所開設實驗和仿真實驗。

理論學習實踐學習研究學習三元并重學習方法1.掌握測試系統組成和基本功能；掌握系統基本特性的評價方法和不失真測試條件，并能正確地運用于測試裝置的分析和選擇。2.了解常用傳感器的工作原理和性能，并能合理地選用。3.掌握信號的時域和頻域的描述方法；掌握頻譜分析的基本原理和方法。4.對動態測試工作的基本問題有一個比較完整的概念，并能初步運用于機械工程中某些參量的測試。學習要求

測試技術是實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法。

測試技術是進行各種科學實驗研究和生產過程參數測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。測量：測量是確定量值的過程。確定量值即給定某一量的特定值是某個單位或某個基準量的多少倍。試驗：試驗是對產品的特性或性能進行測量、定量或分類所實施的實驗。測試技術測試技術的基本概念測試技術的主要任務，就是利用測量系統或裝置，精確地測量出各種被測物理量或被測參量。1.提供質量的根據2.提供信息測試技術的任務簡單的測試系統可以只有一個模塊，如玻璃管溫度計。它直接將被溫度變化轉化液面示值。沒有電量轉換和分析電路，很簡單，但精度低，無法實現測量自動化。為提高測量精度和自動化程度，以便于和其它環節一起構成自動化裝置，通常先將被測物理量轉換為電量，再對電信號進行處理和輸出。如圖所示的聲級計。測試系統的組成半導體芯片外形尺寸示意圖顯微測量系統的儀器組成圖測試系統的組成半導體芯片局部顯微圖像圖像處理與測量程序界面測試系統的組成相同測量條件下的測微尺顯微圖像標定結果芯片線寬測試系統的組成CCD相機顯微系統被測對象計算機圖像采集卡顯微測量系統組成框圖測試系統的組成

一般說來，測試系統由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。信息轉換信息提取測試系統的組成 傳感器是將被測非電量轉換成電量的裝置。①簡單的傳感器：可能只由一個敏感元件組成，例如測量溫度的熱電偶傳感器。②復雜的傳感器：可能包括敏感元件、彈性元件，甚至交換電路，有些智能傳感器還包括微處理器。1.傳感器測試系統的組成2.中間變換裝置根據不同情況有很大的伸縮性。①簡單的測試系統：可能完全省略中間變換裝置，將傳感器的輸出直接進行顯示或記錄。②大多數測試系統：信號的變換，包括放大、調制和解調、濾波等。③功能強大的測試系統：還將計算機作為一個中間變換(裝置)環節，以實現諸如波形存儲、數據采集、非線性校正和消除系統誤差等功能。④遠距離測量系統：還要有數據傳輸裝置。

3.輸出裝置各種指示儀表、記錄儀、顯示器等。測試系統的組成被測對象（信息源）傳感器中間變換裝置計算處理顯示記錄觀察者激勵裝置反饋控制輸出執行測試系統的組成在工程領域，科學實驗、產品開發、生產監督、質量控制等，都離不開測試技術。測試技術應用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸等每一個工程領域。測試技術的工程應用1.機械手、機器人中的傳感器轉動/移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。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。密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數碼的機器狗工業自動化中的應用2.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模型工業自動化中的應用密歇根大學數字化工廠3.生產加工過程監測切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、紅外接近開關傳感器等。工業自動化中的應用在電力、冶金、石化、化工等流程工業中，生產線上設備運行狀態關系到整個生產線流程。通常建立24小時在線監測系統。石化企業輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。流程工業裝備運行狀態監控

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產品質量測量

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樓宇控制與安全防護

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家庭與辦公自動化航天農業交通醫學其它方面的應用鼠標:光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風:電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅:速度,位置伺服PC機中的測試技術應用測控實驗DIY1.鼠標測位移實驗2.麥克風測聲音2.聲卡采樣頻率信號分析頻率合成與分解3.簡易聲級計制作4.CCD圖象分析……..

個人測試實驗室PC機中的測試技術應用1.傳感器方面

（1）利用新發現的材料和新發現的生物、物理、化學效應開發出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量測試技術的發展趨勢（2）傳感器+嵌入式計算機智能傳感器振動網絡傳感器嵌入式計算機智能壓力