现代测试技术

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信号实例
自然Baidu Nhomakorabea物理信号
例如：语音、图象、地震信号、生理信号等
实例：雨声、地震信号
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印尼大地震震前次声异常信号分析
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印尼大地震震前次声异常信号分析
2004年12月26日印尼苏门答腊岛附 近印度洋海域的地震震级高达9. 0 (MW 9. 0)
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c) 生产加工过程监测
切削力传感器，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。
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扬子石化50MW热电机组监测系统 2、流程工业设备运行状态监控
阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统 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 荆门电厂200MW机组监测系统 关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。 青山热电厂生产信息实时查询系统 沙角电厂生产信息实时查询系统 宝钢30KW以上风机监测系统 宝钢精轧F2轧机网络化监测系统 宝钢冷轧带钢振动纹监测系统 武钢风机状态监测系统
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1.2 测试技术的工程应用
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。
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1、工业自动化中的应用
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。
a) 机械手、机器人中的传感器
信 号 分 析 基 础
传 感 器 原 理
测 试 系 统 特 性
模 拟 信 号 处 理
数 字 信 号 处 理
虚 拟 仪 器 技 术
工 程 应 用
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学习方法
本课程是一门培养学生解决实际工程测量问 题的能力的专业技术基础课，课程具有很强的实 践性。 学习时应充分利用课程所开设实验和提供的 仿真课件。 只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能 得到应有的能力培养，才能更好的掌握书本知识 和具备解决实际测量问题的能力。 理论学习、实践学习和研究学习三元并重。
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例：电机故障诊断实验步骤
具体检测步骤如下：
（1）将装有微型加速度计的测头接触传送
带上运送的电动机； （2）检测电动机的振动信号，经放大器后 输入FFT分析仪； （3）将检测得的振动频谱与预先在分析仪 中设定的判别谱进行比较； （4） 进行合格与否判断，输出判断信号。
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本课程的研究对象
（机械）工程 中的 动态 物理量
广义的
随时间而变化的

静态 物理量 不随时间而变化的
g的测量、电子半径（1964 MIT和Harvard 1966丁肇中） <1*10e-17m <1*10e-24m
G目前测量最高精度是13个ppm，角加速度法测量
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信息--信息的定义
从纯客观的角度，信息定义为：

事物 运动 的 状态
广 义 的 广 义 的 相对稳定
和
方式
运动变化
事物运动的两个基本侧面
注意：信息是客观存在的，但本身不是物质，不具有能 量。“不是东西”。
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信息的基本性质
信息的基本性质 可识别（可获取）； 可转换； 可存储； 可传输； 信息的传输依靠物质能量，一般来说，传输
对未知事物的探索性认识过程(Process)， 是一个动态过程而非静止
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测试的意义 测试是人类认识自然、掌握自然规律的实践途径
之一，是科学研究中获得感性材料、接受自然信 息的途径，是形成、发展和检验科学理论的实践 基础。
测试属于信息科学范畴，因而被称为信息探测工
程学。
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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。
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b) AGV自动送货车
AGV=Automatic Guided Vehicle
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。
1.1 测试技术的基本概念
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段，起着人的感官的作用。
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 将被测对象温度变化 转化液面示值。没有 电量转换和分析处理 电路，很简单，但测 量精度底，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。如图所示 的声级计。
信息的载体称为信号(Signal)。
信息 信号 如：古代的烽火；防空警笛；门铃；哑语。
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信号 (Signal)
信号是事物运动状态和方式的表现。 信号是物理性的，是物质，具有能量，它以
各种形式存在。
机械振动信号 心电图信号 光电信号 图像信号
本课程研究的是信号，是信息的一种载体。



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ABS工作原理：轮速传感器+电子控制模块+执行器

图
轮速传感器
电子控 制模块
黄 色 -- 速 度传感器 通道
制动踏板 制动压力 调节器
蓝 色 -- 液 压管路
ECU
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例3
电机故障诊断
在某电动机生产线上，利用频谱诊断技术实现电动 机在线自动识别、分类的过程。
图 电动机在线识别
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例1：热轧设备诊断
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例1
热轧设备诊断
问题及解决方法：
（1）怎样测量压力、振动 位移、电气信号以及控制 信号开关量？ （2） 信号如何传输？ （3） 多传感器信息融 合处理（fusion)？ （4） 设备的管理、调度 和控制
传感器技术
信息处理技术
计算机等技术
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例2
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考试
实验报告，平时作业和考勤：30分。
实验报告10分
平时作业10分
考勤10分
期终考试占：70分。
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第一章
绪论
本章学习要点： 1.1 掌握测试技术的概念及研究内容
1.2 了解测试技术的应用情况
1.3 了解测试技术的发展动态
1.4 了解主要测试仪器生产厂商
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现代测试技术
主讲教师：李锡文 教授 李俊杰 电子邮件： xiwenli@mail.hust.edu.cn calvin_junjie@126.com 办公地址：湖北工程学院科技楼一楼 彩虹学者办公室 实验员办公室
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课程内容
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）的传感器测量原理、测 量电路原理、信号分析及处理方法。 内容如下 绪 论
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
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ABS的任务

保持刹车时的方向稳定性 保持转向控制能力 提供最大制动力并缩短制动距离 减少轮胎磨损
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例2
汽车防抱死制动系统ABS
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例2

汽车防抱死制动系统ABS
组成和工作原理：ABS是普通制动系统基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力 调节装置及制动控制电路等组成。工作过程分为常规制动，制动压力保持、制动压力减小和制 动压力增大等阶段。制动中，ABS电控单元判断车轮速度信号，加以处理，分析是否有车轮即 将抱死拖滑。 ABS增压阶段：如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置不参与工作，制动主缸和各制 动轮缸相通，制动轮缸中的压力继续增大。 ABS保压阶段：如果电控单元判断出某个车轮（假设为左前轮）即将抱死拖滑，它即向制动压 力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸压力不再增大。 ABS减压阶段：若电控单元判断出左前轮仍 趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装 置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或 储能器的通道，使左前制动轮缸中的油压降 低。 装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等 路面防滑性能分别达到80%—90%、30%— 10%、15%—20%。
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信号实例
自然和物理信号
例如：语音、图象、地震信号、生理信号等
实例：人的心音、弓头鲸发出声音
图 正常心音时域波形图
图 房室隔缺损病人心音时域波形图
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信号实例
人工产生的信号
例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械
探伤信号等 实例：雷达信号、机械声音
1.1 测试技术的基本概念
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
•传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换为电量。 •中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D 变换后用软件进行信号分析。 •显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制 装置。
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测试技术的基本内容
测试技术的内容相当广泛。 例如：医生给病人看病。 病情
信息的获取
观察
处理
人
简单检查 仪器检查
诊断
治疗
病灶
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典型信号处理过程
信息 对象 信息获取 信号分析 （静态） 信号分析 信 号 源 传 感 器 中间变换 信号处理 （动态）
记录
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例：电机故障诊断实验结果
上图分别为典型合格品与废品的振动频谱。
图中可看出，废品的频谱图中往往在某一频率有较
大的幅值。
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三个实际问题的启示
机、电、液、气技术相结合；
传感器、信息处理、计算机技术的综
合运用； 相关学科的整体发展才可能有某一项 技术的提高。 测试技术是解决这类问题的第一步。
信息 (Information)
较为典型和著名的几个定义：
美国科学家维纳(N. Wiener)在1948年出版的奠基性著作
《控制论--动物和机器中的通信与控制问题》一书中指 出：“信息就是信息，不是物质，也不是能量。”
美国科学家山农(C. E. Shanon)在1948年“通信的数学
理论”一文中定义为：“能够用来消除不定性的东西。”
意大利学者郎格(G. Longer)在1975年出版的《信息论：
新趋势和未决问题》一书中定义为：“事物之间的差异， 而不是事物本身。”
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信息 (Information)
中国古代有关信息：
唐李中诗《暮春怀故人》，“梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台”，
“信息”两个字出现。
南宋哲学家、诗人陈亮诗《梅花》：“欲传春信息，不怕雪埋藏” 唐杜牧《 寄远》，“塞外音书无信息，道傍车马起尘埃”。 宋李清照-上枢密韩肖胄诗，“不乞隋珠与和壁，只乞乡关新信息”。
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课程学习资源
教材 卢文祥，杜润生. 工程测试与信息处理(第二版). 武 汉：华中科技大学出版社，2002.4. 康宜华. 工程测试技术. 武汉：机械工业出版社， 2005.7.
参考书 奥本海默 信号与系统 吴湘淇 信号、系统与信号处理 学习工具 软件 Matlab MiniDRV
相关的概念
信息获取
从传感器等一次敏感元件获得初始信息，再用一定
设备手段进行分析处理和信息提炼的过程。
信号分析
研究信号的构成和特征值，对信号本身的信息结构
没有影响。
信号处理
把信号经过必要的加工变换，以期获得有用信息的
过程。
信号分析方法
时域分析和频域分析（谱分析）。
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汽车防抱死制动系统ABS
ABS = Antilock Braking System
如果刹车片抱死车轮
汽车的制动力来自轮胎与地面的摩擦力，而地面与车轮
间的静摩擦系数大于滑动摩擦系数，则刹车距将增长。 前轮若抱死，前轮转向附着力达极限，即使转动方向盘， 汽车仍会沿原方向滑行。 后轮若抱死，后轮无法转动，如有侧向力，极易发生甩 尾现象。
测试技术定义
测试技术涵义 是研究客观事物变化规律的方法（手段），是从客观事
物中摄取有关信息的认识过程。运用专门的设备，通过 合适的实验方法和必要的数据处理，求得所研究的有关 信息的量值。 测试定义： 是具有 试验 性质的 测量。 Measurement & Test
为确定被测对象量值(Value)而进 行的实验过程