机械工程测试技术整理版
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机械工程测试技术 基础
绪论
• 了解测试的基本概念 • 理解测试的基本内容与任务 • 掌握信号和信息的关系 • 理解测试系统的组成及各环节功能 • 了解测试信息处理技术的发展方向
第一节 测试技术概况
1 测试的基本概念
• 测量： 是指确定被测对象属性量值为目的 的全部操作。
• 试验： 对未知事物探索性的认识过程 • 测试： 是具有试验性质的测量，或者可以
X(ω)
系统
h(t) H(s) H(ω)
y(t)
Y(s) Y(ω)
输出 (响应)
信息 信号
• 信息的定义：事物运动的状态和方式 • 信息的基本性质 1．可识别 通过各种探测与检测手段识别 2．可以转换 可从一种形态转换成另一种形态
如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流 3．可以存贮
如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带 4．可以传输
测量误差=测量值 - 真值
二、测量误差产生的原因
1．测量方法引起的误差 基准误差（基准不统一）方法误差，物理量转换 为电量转换误差，安装操作误差。
2．设备引起的误差 测量器件的误差，如标准法码，量规，刻度尺， 电器电阻误差等。 如设计误差，零件误差，安装误差，系统老化等
3．环境条件引起的误差 如：温度、湿度、气压、光照、电磁场，振动等。
第一节 信号的分类与描述
一 信号的分类 1 确定性信号和非确定性信号 （随机信号） 确定性信号 能用明确的数学关系式或图象表
达的信号称为确定性信号。
非确定性信号(随机信号)是无法用明确的数学 关系式表达的信号。
分类图
• 周期信号是按一定时间间隔周而复始出现，无始
• 信号处理：接受来自条理的信号，并进行各种运算、 滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。
• 信号显示、记录：以观察者易于识别的形式来显示 测量的结果，或将结果进行存储，供必要时使用。
工程测试问题总是处理输入量x(t)、 装置（系统）的传输特性h(t)和输 出量y(t)三者之间的关系。如图：
x(t) 输入 (激励) X(s)
2 视觉测试技术
视觉测试技术是建立在计算机视觉研究 基础上的一门新兴测试技术。与计算机视 觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容 不同，视觉测试技术重点研究物体的几何 尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快 速测量、大型工件同轴度测量、共面性测 量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向 工程等主动、实时测量过程。
如：电视，电话，手机
信号：传输信息的载体 信息蕴含于信号之中
4 测试技术的发展动向
• 1）测量方式的多样化 • 2）视觉测试技术 • 3)尺寸继续向两个极端发展
智能化 集成化
1.测量方式多样化
1.测量方式多样化
包括： （1）动态测量
（2）虚拟仪器 （3）便携式测量仪器 （4）组合式测量方 （5）多传感器融合技术在制造过程中的 应用
4．测量人员引起的误差
三、测量误差的分类
系统误差 测量系统本身所有的误差 随机误差 不可预知变化的误差 粗大误差 由读数，操作，记录，计算机失
误引起，或设备突然故障，粗大误处理方 法易除。
精度、精密度、及准确度
1.精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值 左右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机 误差小。
3、 测试系统的组成
• 测试系统是指由相关的器件、仪器和测试 装置有机组合而成的具有获取某种信息之 功能的整体。
测试系统框图
• 传感器：直接用于被测量，并能按一定规律将被测 量转换成同种或别种量值输出。这种输出通常是电 信号。
• 信号调理：把来自传感器的信号转换成更适合于传 输和处理的形式。如幅值放大、阻抗的变化转换成 电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。
Hale Waihona Puke Baidu
3 两个极端发展
• 两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。 通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试 方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使 得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测 试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、 高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要 求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展， 探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求 进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测 量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪、频率跟 踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道显 微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、分子测量机 M3(molecular measuring machine)等。
理解为测量和试验的综合。
2、 测试技术的内容和任务
• 测试技术研究的主要内容为：被测量的测 量原理、测量方法、 测量系统以及数据处 理 四个方面。
• 测试技术的基本任务 （1）设计时为产品质量和性能提供评价 （2）设备改造时为提高质量和产量提供依据 （3）振动和噪声测量 （4）故障诊断 （5）设备监控、质量控制
2.准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真 值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低 则系统误差愈大。
3.精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。 反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。
..........
a）精密度
........ ......
b）正确度
...............
课程的学习要求
掌握信号的分类及其在时域和频域内的描述方法， 建立明确的信号频谱的概念。 掌握测试装置的静、动态特性。
掌握常用传感器的工作原理、基本特性、使用 范围和传感器的选用原则。
了解机电工程中常见参量的测试方法。
第二节 测量的基础知识
一、测量误差的基本概念 1．真值：客观存在的量值。
测量的目的得到真值 2．测量误差：
c）准确度
不确定度 ：意味着对测量结果可信性、有效 性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测 量结果的质量的一个参数。
测量不确定度就是说明被测量之值分散性 的参数，它不说明测量结果是否接近真值。
测量不确定度用标准〔偏〕差表示，这时称其 为标准不确定度。
第一章 信号及其描述
• 了解信号的分类 • 掌握对周期性信号及非周期信号的描述 • 了解随机信号
绪论
• 了解测试的基本概念 • 理解测试的基本内容与任务 • 掌握信号和信息的关系 • 理解测试系统的组成及各环节功能 • 了解测试信息处理技术的发展方向
第一节 测试技术概况
1 测试的基本概念
• 测量： 是指确定被测对象属性量值为目的 的全部操作。
• 试验： 对未知事物探索性的认识过程 • 测试： 是具有试验性质的测量，或者可以
X(ω)
系统
h(t) H(s) H(ω)
y(t)
Y(s) Y(ω)
输出 (响应)
信息 信号
• 信息的定义：事物运动的状态和方式 • 信息的基本性质 1．可识别 通过各种探测与检测手段识别 2．可以转换 可从一种形态转换成另一种形态
如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流 3．可以存贮
如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带 4．可以传输
测量误差=测量值 - 真值
二、测量误差产生的原因
1．测量方法引起的误差 基准误差（基准不统一）方法误差，物理量转换 为电量转换误差，安装操作误差。
2．设备引起的误差 测量器件的误差，如标准法码，量规，刻度尺， 电器电阻误差等。 如设计误差，零件误差，安装误差，系统老化等
3．环境条件引起的误差 如：温度、湿度、气压、光照、电磁场，振动等。
第一节 信号的分类与描述
一 信号的分类 1 确定性信号和非确定性信号 （随机信号） 确定性信号 能用明确的数学关系式或图象表
达的信号称为确定性信号。
非确定性信号(随机信号)是无法用明确的数学 关系式表达的信号。
分类图
• 周期信号是按一定时间间隔周而复始出现，无始
• 信号处理：接受来自条理的信号，并进行各种运算、 滤波、分析，将结果输至显示记录或控制系统。
• 信号显示、记录：以观察者易于识别的形式来显示 测量的结果，或将结果进行存储，供必要时使用。
工程测试问题总是处理输入量x(t)、 装置（系统）的传输特性h(t)和输 出量y(t)三者之间的关系。如图：
x(t) 输入 (激励) X(s)
2 视觉测试技术
视觉测试技术是建立在计算机视觉研究 基础上的一门新兴测试技术。与计算机视 觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容 不同，视觉测试技术重点研究物体的几何 尺寸及物体的位置测量，如三维面形的快 速测量、大型工件同轴度测量、共面性测 量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向 工程等主动、实时测量过程。
如：电视，电话，手机
信号：传输信息的载体 信息蕴含于信号之中
4 测试技术的发展动向
• 1）测量方式的多样化 • 2）视觉测试技术 • 3)尺寸继续向两个极端发展
智能化 集成化
1.测量方式多样化
1.测量方式多样化
包括： （1）动态测量
（2）虚拟仪器 （3）便携式测量仪器 （4）组合式测量方 （5）多传感器融合技术在制造过程中的 应用
4．测量人员引起的误差
三、测量误差的分类
系统误差 测量系统本身所有的误差 随机误差 不可预知变化的误差 粗大误差 由读数，操作，记录，计算机失
误引起，或设备突然故障，粗大误处理方 法易除。
精度、精密度、及准确度
1.精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值 左右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机 误差小。
3、 测试系统的组成
• 测试系统是指由相关的器件、仪器和测试 装置有机组合而成的具有获取某种信息之 功能的整体。
测试系统框图
• 传感器：直接用于被测量，并能按一定规律将被测 量转换成同种或别种量值输出。这种输出通常是电 信号。
• 信号调理：把来自传感器的信号转换成更适合于传 输和处理的形式。如幅值放大、阻抗的变化转换成 电压的变化、或阻抗的变化转换成频率的变化。
Hale Waihona Puke Baidu
3 两个极端发展
• 两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。 通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试 方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使 得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测 试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、 高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要 求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展， 探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求 进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测 量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪、频率跟 踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道显 微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、分子测量机 M3(molecular measuring machine)等。
理解为测量和试验的综合。
2、 测试技术的内容和任务
• 测试技术研究的主要内容为：被测量的测 量原理、测量方法、 测量系统以及数据处 理 四个方面。
• 测试技术的基本任务 （1）设计时为产品质量和性能提供评价 （2）设备改造时为提高质量和产量提供依据 （3）振动和噪声测量 （4）故障诊断 （5）设备监控、质量控制
2.准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真 值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低 则系统误差愈大。
3.精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。 反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。
..........
a）精密度
........ ......
b）正确度
...............
课程的学习要求
掌握信号的分类及其在时域和频域内的描述方法， 建立明确的信号频谱的概念。 掌握测试装置的静、动态特性。
掌握常用传感器的工作原理、基本特性、使用 范围和传感器的选用原则。
了解机电工程中常见参量的测试方法。
第二节 测量的基础知识
一、测量误差的基本概念 1．真值：客观存在的量值。
测量的目的得到真值 2．测量误差：
c）准确度
不确定度 ：意味着对测量结果可信性、有效 性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测 量结果的质量的一个参数。
测量不确定度就是说明被测量之值分散性 的参数，它不说明测量结果是否接近真值。
测量不确定度用标准〔偏〕差表示，这时称其 为标准不确定度。
第一章 信号及其描述
• 了解信号的分类 • 掌握对周期性信号及非周期信号的描述 • 了解随机信号