机械工程测试技术基础课件
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机械工程测试技术课件整理版
当ω=0 X(ω)=A/α ω→+∞ X(ω) →+0 ω→-∞ X(ω) →-0
Φ(ω)=0 Φ(ω) →- π/2 Φ(ω) → +π/2
三、几种典型信号的频谱
1、矩形窗函数的频谱
1 t 0
t t T 2 T 2
W f t e
j 2 ft
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。
t 2 t1
2
t1
x (t )dt
则称为功率信号。
二 信号的时域和频域描述 • 时域描述以时间t为独立变量的，直接观测 或记录到的信号。信号时域描述直观地出 信号瞬时值随时间变化的情况。 • 频域描述信号以频率f为独立变量的，称为 信号的。频域描述则反映信号的频率组成 及其幅值、相角之大小。 • 时域描述和频域描述为从不同的角度观察、 分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、 傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现 信号的时、频域转换。
s2机械工程测试技术基础课件
数学形式：
– y：输出量；x：输入量；t：时间 – 系统的阶次由输出量最高微分阶次n决定。
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。 上 页
2020/3/11
目 录12
二、线性系统及其主要性质
如以x(t)→ y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关 系，则线性时不变系统具有以下一些主要性质。
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入
离散时间系统:输入、输出均为离散函数. 描述系统特征的为差分方程.
c.时变系统与时不变系统: 由系统参数是否随时间而变化决定. 其中，线性时不变系统（线性定常系统）进行分析的理论和
方法最为基础、最成熟，同时其它系统通过某种假设后可近 似作为线性定常系统来处理。一般的测试系统都可视为线性 定常系统，即可以用常微分方程描述的系统。
§1 概 述
测试是具有试验性质的测量，从客观事物取得相关信 息的过程在此过程中，借助专门设备—测试装置(系统)，设 计相应的实验,采用合适的方法和必要的数学处理方法求得 感兴趣的信息。
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。
测试系统是从客观事物中获取有关信息的工具。测试的 目的不同，测试系统复杂程度不同。
实际的测试装范置围内①满只足能线在性较要小求工。作范围内和在一定误差允许 ②很多物理系统是时变的。在工程上，常可
以以足够的精确度认为系统中的参数是时 不变的常数。
上页 目录
3、测试系统模型的分类
a. 线性系统与非线性系统 线性系统:具有叠加性、比例性的系统
b.连续时间系统与离散时间系统
连续时间系统:输入、输出均为连续函数. 描述系统特征的为微分方程.
系统满量程输出值A之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，
– y：输出量；x：输入量；t：时间 – 系统的阶次由输出量最高微分阶次n决定。
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。 上 页
2020/3/11
目 录12
二、线性系统及其主要性质
如以x(t)→ y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关 系，则线性时不变系统具有以下一些主要性质。
1）叠加原理 几个输入所产生的总输出是各个输入
离散时间系统:输入、输出均为离散函数. 描述系统特征的为差分方程.
c.时变系统与时不变系统: 由系统参数是否随时间而变化决定. 其中，线性时不变系统（线性定常系统）进行分析的理论和
方法最为基础、最成熟，同时其它系统通过某种假设后可近 似作为线性定常系统来处理。一般的测试系统都可视为线性 定常系统，即可以用常微分方程描述的系统。
§1 概 述
测试是具有试验性质的测量，从客观事物取得相关信 息的过程在此过程中，借助专门设备—测试装置(系统)，设 计相应的实验,采用合适的方法和必要的数学处理方法求得 感兴趣的信息。
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。
测试系统是从客观事物中获取有关信息的工具。测试的 目的不同，测试系统复杂程度不同。
实际的测试装范置围内①满只足能线在性较要小求工。作范围内和在一定误差允许 ②很多物理系统是时变的。在工程上，常可
以以足够的精确度认为系统中的参数是时 不变的常数。
上页 目录
3、测试系统模型的分类
a. 线性系统与非线性系统 线性系统:具有叠加性、比例性的系统
b.连续时间系统与离散时间系统
连续时间系统:输入、输出均为连续函数. 描述系统特征的为微分方程.
系统满量程输出值A之比的百分率表示其分辨能力，称为分辨率，
机械工程测试技术基础PDF版课件1
第四章、测试信号调理技术
4.2 信号放大
分类
直流放大器 交流放大器 放大器 直流电桥 交流电桥 电荷放大器 特点 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
4.2 信号放大电路
1 直流放大电路
1) 反相放大器 电压增益:
RF Av = − R1
反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的 噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的 取值应远大于信号源Ui的内阻。
4.3调制与解调
3 幅度调制
调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与 测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变 化而变化．
y (t ) = [ A0 * x(t )] cos(2πft + φ )
调制
放大
缓变信号
高频信号
放大高 频信号
解调
放大缓 变信号
4.3调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析）
z(t)
0 t
4.3调制与解调 a) 幅度凋制(AM)
y (t ) = [ A * x(t )] cos(2πft + φ )
b) 频率调制(FM)
y(t) = Acos(2π[ f0 + x(t)]*t + φ)
c) 相位调制(PM)
y (t ) = A cos(2πft + [φ0 + x(t )])
y (t ) = A cos(2π [ f 0 + x(t )] * t + φ )
4.3调制与解调
4.3调制与解调
鉴频：
T2
T4
T1 F
T3
4.3调制与解调
优点：抗干扰能力强。
因为调频信号所携带的信息包含在频率变化 之中，并非振幅之中，而干ຫໍສະໝຸດ 波的干扰作用则主 要表现在振幅之中．
机械工程测试技术基础教学PPT
测量的基础知识
#2022
*
测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
*
测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
*
四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
*
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
*
教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
*
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
#2022
*
测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
*
测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
*
四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
*
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
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教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
*
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
机械工程测试技术基础ppt(共70张PPT)
瞬时功率对时间的积分即为能量。
定义：当x〔t〕满足x2(关t)d系t式
那么称信号x〔t〕为有限能量信号 ，简称能量信号 。
矩形脉冲、衰减指数信号等均属这类信号。
• 功率信号：
• 假设信号在区间〔－∞，＋ ∞〕的能量是无限的
x2(t)dt
•
但它在有限区间〔t1,t2)的平均功率有限，即
1 t2 x2(t)dt
令
Cn
C n
C0
1 2
(an
1 2
(an
a0
jbn ) jbn )
n 1,2,3
那么
x (t) C 0 C n e j n 0 t C n ej n 0 t n 1 ,2 ,3
n 1
n 1
或
x(t)
Cejn 0t n
n0,1,2,(1-
n
15)
这就是傅里叶级数的复指数展开形式。
若 x(t) X (f )
则有
d n x (t) dt n
( j2 f )n X （ f )
( j2 t)n x (t)
d nX (f ) df n
t
1
x ( t ) dt X ( f )
j2 f
三、几种典型信号的频谱
1. 矩形窗函数的频谱
结论：
➢矩形窗函数在时域中有限区间取值，但频域中频谱在频率 轴上连续且无限延伸。 ➢实际工程测试总是时域中截取有限长度(窗宽范围)的信号，其本 质是被测信号与矩形窗函数在时域中相乘，因而所得到的频谱必 然是被测信号频谱与矩形窗函数频谱在频域中的卷积，所以实际 工程测试得到的频谱也将是在频率轴上连续且无限延伸。
★周期信号的频谱是离散的!
n
例题1－1，求图1－6中周期三角波的傅里叶级数。
机械工程测试技术ppt
x(t )
n
C e
n
jn0t
n 0,1,2,3,
1 1 T2 Cn an jbn x(t )e jn0t dt 2 T T 2
Cn Cn e
jn
1 2 2 Cn an bn 2
bn n arctan an
n 各阶谐波分量的初相角。
1.2 周期信号与离散频谱
1.2.2 几点说明 1）满足狄里赫利条件的任何周期信号可分解成直流 分量及许多简谐分量的叠加，且这些简谐分量的角 频率必定是基波角频率的整数倍。各次谐波频率之 比必定是有理数。 信号的频率组成： {0 ,20 ,30 ,......} 例如： xt sin 2t sin 2t 准周期信号
x(t ) a0 an cos n0t bn sin n0t bn jn0t an jn0t jn0t jn0 t a0 ( e e ) j (e e ) 2 n 1 2 an jbn jn0t an jbn jn0t a0 e e 2 2 n 1
1.2 周期信号与离散频谱 4）物理意义：
A0、A1、…… An均为常数，称为谐波系数 n为从１到∞的正整数，称为谐波阶数 n ＝１时， A1为基波分量的幅值 为基波或一次谐波分量 A1 cos0t 1 n ＝2 时， A2为二次谐波分量的幅值 为二次谐波分量 A2 cos20t 2 2 0 为基波圆频率 0 2f 0 T f 0 为基波频率 T 为周期信号的周期
An
● ● ● ● ● ●
0 ω0(f0) 2ω0
(2f0)
ω(f)
1.2 周期信号与离散频谱
机械工程测试技术基础PPT(共41页)
！！！
x t a 0 n 1 1 2 a n jn b e j n 0 t 1 2 a n jn b e j n 0 t
实频谱、虚频谱 余弦函数
正弦函数
！！！
！！！
由于
0
2
T0
当 T 0 趋于无穷 时，频率间隔 成为 d，
离散谱中相邻的谱线紧靠在一起，n0 成为连续变
量，求和符号 就变为积分符号 ，则
且有
A na n 2 b n 2
tg n
an bn
*
xta0 A nco n s0tn
0
注意此二 式的区别
且有
A na n 2 b n 2
tg n
bn an
P 22-23
算例：求右图周期性三角波的傅立叶级数
解：在x(t)的一个周期中可表示为X(t)
xt
A A
2A T0 2A
t t
T0 t 0 2
xt d x t ejtdtejt
2
1 x t ejtdtejtd
2
这就是傅立叶积分
二、傅立叶变换的主要性质(P 30) 熟悉傅立叶变换的性质的重要意义 简化作用,推广于复杂复杂情况！！！
第2章 测试装置的基本特性
§2.1 概述 §2.2 测试装置的静态特性 §2.3 测试装置动态特性的数学描述 §2.4 测试装置对任意输入的响应 §2.5 实现不失真测试的条件 §2.6 测试装置动态特性的测试
0 t T0
t
T 0
2
常值分量
1 T0
a0
T0
x 2
T0
t
dt
2
2 T0
T0 2
0
A
机械工程测试技术课件整理版
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。
幅值
相位
An——ω的关系称为幅值频谱图（幅值谱） φn—ω的关系称相位频谱图 （相位谱）
频谱
二 傅里叶级数的复指数展开式
幅值
相位
1
求周期方波的 (幅值谱)(相位谱)频谱 ？
解：(1)方波的时域描述为：
傅里叶级数
相位谱
幅值谱
分析
把周期函数X（t）展开为傅立叶级数的复 指数函数形式后，可分别以和作幅频谱图 和相频谱图；也可以的实部或虚部与频率 的关系作幅频图，分别称为实频谱图和虚 频谱图.
从面积的角度来看（也称为δ函数的强度） 2、 δ函数的采样性质
t dt lim S t dt 0
3、 函数与其他函数的卷积特性
3、正、余弦函数的频谱密度函数
t 2 t1
2
t1
x (t )dt
则称为功率信号。
第九章 第一节 《机械工程测试技术基础(第3版)》教学课件
第九章 应力、力与扭矩测量
第一节 应变、应力的测量
应用电阻应变片和应变仪测定构件的表面应变，根 据应变与应力的关系式（最简单、最基本的是虎克定 律），确定构件表面应力状态。这是最常见的实验应
力分析方法。测定 。
根据被测定应变仪的性质和工作频率的不同，可采 用不同的应变仪。
静态电阻应变仪：
测静应变（静态载荷作用下的应）、 变化十分缓慢或变化后能很快稳定 下来的应变。
1、在分析试件受力的基础上选择主应力最大点为 贴片位置。
2、充分合理应用电桥加减特性，只使需测应变引 起电桥输出，具有足够的灵敏度和线性度。
3、使试件贴片位置的应变与外载荷成线性关系。
从表9-2中清楚看到不同的布置和接桥方法对灵 敏度、温度补偿情况和消除弯矩影响是不同的。
一般应优先选用输出信号大、能实现温度补偿、 粘贴方便和便于分析的方案。
m n
R 4R
U0
由
uy
m n
R 4R
U0可知，输出电压与m
成比例，相当于
电桥把各片输出相加起来；当桥臂中+ΔR与-ΔR数目相
等时。则有m=0, Uy=0，此时，相当于电桥把各片输
出相减，可见，桥臂串联情况电桥具有加减特性。
这种电桥与单片应变片构成的等臂电桥相比有如下特点：
• 这种电桥在一个臂上有加减性能； •相两比u种，y 电可4桥知RR U同，0时串有接一的个这应种变电片桥产输生出Δ电R压变被化降时低,式1/uny， 即mn 4输RR出U与0 减小n倍。
uy
u0 4
( R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
)
（9-1）
R
若各桥臂应变片的灵敏度Sg
R 相同时，上式可写成
第一节 应变、应力的测量
应用电阻应变片和应变仪测定构件的表面应变，根 据应变与应力的关系式（最简单、最基本的是虎克定 律），确定构件表面应力状态。这是最常见的实验应
力分析方法。测定 。
根据被测定应变仪的性质和工作频率的不同，可采 用不同的应变仪。
静态电阻应变仪：
测静应变（静态载荷作用下的应）、 变化十分缓慢或变化后能很快稳定 下来的应变。
1、在分析试件受力的基础上选择主应力最大点为 贴片位置。
2、充分合理应用电桥加减特性，只使需测应变引 起电桥输出，具有足够的灵敏度和线性度。
3、使试件贴片位置的应变与外载荷成线性关系。
从表9-2中清楚看到不同的布置和接桥方法对灵 敏度、温度补偿情况和消除弯矩影响是不同的。
一般应优先选用输出信号大、能实现温度补偿、 粘贴方便和便于分析的方案。
m n
R 4R
U0
由
uy
m n
R 4R
U0可知，输出电压与m
成比例，相当于
电桥把各片输出相加起来；当桥臂中+ΔR与-ΔR数目相
等时。则有m=0, Uy=0，此时，相当于电桥把各片输
出相减，可见，桥臂串联情况电桥具有加减特性。
这种电桥与单片应变片构成的等臂电桥相比有如下特点：
• 这种电桥在一个臂上有加减性能； •相两比u种，y 电可4桥知RR U同，0时串有接一的个这应种变电片桥产输生出Δ电R压变被化降时低,式1/uny， 即mn 4输RR出U与0 减小n倍。
uy
u0 4
( R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
)
（9-1）
R
若各桥臂应变片的灵敏度Sg
R 相同时，上式可写成
机械工程测试技术基础最新版本ppt课件
利用e2的变化即可测量其厚度。 低频透射式涡流传感器可用于金
属板材厚度。
上海大学机自学院
e2金属板厚度h
上海大学机自学院
• 涡流式传感器的应用: • 涡流式电感传感器主要用于位移、振
动、转速、距离、厚度等参数的测量。
3.3 电感式传感器
上海大学机自学院
3.3 电感式传感器
上海大学机自学院
3.3 电感式传感器 产品：
• 灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。由于S不是 常数，故会出现非线性误差，为了减小这一误差，通常规定δ在较小 的范围内工作。
• 例如，若间隙变化范围为（ δ0, δ0+Δδ ），则灵敏度为
S W 2 2 0 2 S 0 2 ( W 0 2 0 S 0 ) 2 W 2 2S 0 0 2 S 0 ( 1 2 0 )
1-悬臂梁；2-差动变压器 差动变压器式加速度传感器
第三章、常用传感器
上海大学机自学院
3.4 电容式传感器
变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化
以最简单的平行极板电容器
为例说明其工作原理。在忽
+
A 略边缘效应的情况下，平板
+
电容器的电容量为:
+
C
0A
式中ε0——真空的介电常数，
ε0=8.854×10-12F/m； A——极板的遮盖面积，m2；
• 这种传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥臂，线圈电感
L1、L2随铁芯位移而变化，其输出特性如下图所示。
• 测量电路:交流电桥
LZ
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3.3 电感式传感器 电感式接近传感器（金属）
上海大学机自学院
3.3 电感式传感器
属板材厚度。
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e2金属板厚度h
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• 涡流式传感器的应用: • 涡流式电感传感器主要用于位移、振
动、转速、距离、厚度等参数的测量。
3.3 电感式传感器
上海大学机自学院
3.3 电感式传感器
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3.3 电感式传感器 产品：
• 灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高。由于S不是 常数，故会出现非线性误差，为了减小这一误差，通常规定δ在较小 的范围内工作。
• 例如，若间隙变化范围为（ δ0, δ0+Δδ ），则灵敏度为
S W 2 2 0 2 S 0 2 ( W 0 2 0 S 0 ) 2 W 2 2S 0 0 2 S 0 ( 1 2 0 )
1-悬臂梁；2-差动变压器 差动变压器式加速度传感器
第三章、常用传感器
上海大学机自学院
3.4 电容式传感器
变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化
以最简单的平行极板电容器
为例说明其工作原理。在忽
+
A 略边缘效应的情况下，平板
+
电容器的电容量为:
+
C
0A
式中ε0——真空的介电常数，
ε0=8.854×10-12F/m； A——极板的遮盖面积，m2；
• 这种传感器的线圈接于电桥上，构成两个桥臂，线圈电感
L1、L2随铁芯位移而变化，其输出特性如下图所示。
• 测量电路:交流电桥
LZ
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3.3 电感式传感器 电感式接近传感器（金属）
上海大学机自学院
3.3 电感式传感器
机械工程测试技术基础
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图8-19
图8-20
机械工程测试技术基础
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/18
机械工程测试技术基础
图8-14
机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•三、声发射测量仪器
1 、传感器 2、前置放大器 3、主放大器 4、门槛值检测器 5、振铃计数器 6、事件计数器 7、能量处理器 8、振幅分析器 9、频率分析器
PPT文档演模板
机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用
•第一节 概述
•二、工程声学测量的有关概念
1.声音的波长、频率和声速
声源完成一周的振动，声波所传播的距离，称为声波的波长。或者是具 有相同运动状态的两相邻空气层之间的距离，称为声波的波长。 频率是每秒振动的次数。 声音传播的速度随温度的升高而增大。
PPT文档演模板
机械工程测试技术基础
•第一节 概述
5.非接触式光纤声发射传感器
目前常用的AE传感器大都采用：压电陶瓷晶体(PZT)来实现,利用PZT 的压电效应把机械量变为电量后进行检测。
PPT文档演模板
机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•三、声发射测量仪器
声发射测量常用仪器如图8-14所示，包括以下几个部分。
PPT文档演模板
PPT文档演模板
单端谐振式传感器结构简单，如上所示。
机械工程测试技术基础
•第四节 声发射测量传感器与仪器
•二、声发射测量传感器
2.宽频带传感器
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发展 信息处理：高在线实时能力、高精度、专用功能、小型
化、性能标准化和低价格
六、机械工程测试技术的发展趋势
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）组合式测量方式 （5）多传感器融合技术在制造过程中的应用
计量：实息和信号
1.信息 物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能
量
2.信号 信息的载体。信息蕴含于信号之中。 信号是物质具有能量。
四、测试技术的内容
1.测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化
学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触
对应和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少
或消除各种干扰。
六、测试、信息处理的发展状况
测试技术 重要手段 科学研究
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 形成 推动实验研究和发展
新的检测理论、方法和技术手段
测试信息处理技术的发展具体体现在：
传感器：新型、微型、智能化 测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试
自我介绍
闫艳燕(副教授/博士)
办公地点：机械学院202 办公电话： 移动电话： E_mail ：
教教材材、、参参考考书书与与课课时时安安排排
教材
机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社
测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社
课时安排
授课 ：36学时 实验 ：4学时
绪论 信号及其描述 测试装置的基本特性 常用传感器与敏感元件 信号的调理与记录 信号处理初步 测试技术的工程应用
第一章 绪论
本章要点：
了解测试的基本概念 掌握信号和信息的关系 理解测试的基本内容与任务 理解测试系统的组成及各环节功能 掌握信号的分析方法 了解测试信息处理技术的发展方向
一、 测试的重要作用和意义
或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
五、测试系统的组成
输入
输出
信号
被测对象 敏感元件： 酒精
变换：V H玻璃管
显示结果： 观察者 刻度线
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温
度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经 过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化 （分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、 记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生
一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测 量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处 理。
通过本课程的学习：
➢ 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试
系统和测量电路以及信号分析的基本原理和
分析方法。为后续课程打好基础。
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
生产过程：
管理 “物流”
“信息流”
控制
数量 状态 趋向
检测
获取信息
分析判断
自动控制
自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行
4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
一、 测试的重要作用和意义
美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人
“勇气”号火星 车发回的彩色照
“机遇”号火星车拍摄
片
火星土壤的显微照片 检测手段水平决定科学研究的深度和广度
一、 测试的重要作用和意义
生物医学图像分析
医学临床诊断 ： X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）
CT图像
医学影像融合分析
自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
二、测试的基本概念
测试：具有试验性的测量 试验：对未知事物探索性的认识过程 测量：为确定量值而进行的试验过程
五、测试系统的组成
3、分析处理部分
不断注入新内容 ---- 检测系统的研究中心 计算机系统 ---- 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动化、智能化
4、通信接口与总线部分
功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 接口 --- 分系统和上位机之间/分系统之间交换信息
五、测试系统的组成
五、测试系统的组成
2、信号变换部分
检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路
阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时； 噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流（V/A）转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字（A/D）转换 ---- 需要输出数字信号时
随着科技的发展，测试技术已经形成了一门专门的技术科学。人 们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。
在某种意义上来说，“没有测试，就没有科学。” 因为人类的各种 活动领域中都离不开测试。 测试包含着测量和试验两大内容。 测量就是把被测系统中的某种信息提出，并加以度量，为确定量值而进 行的试验过程； 试验就是通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信 息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。它是对未知事物探索 性的认识过程。
2、测试过程和测试系统的组成 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器
、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个 模块组成。例如，下图所示的机床轴承故障监测系统中 的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换和计算机中 的FFT分析软件三部分组成。
五、测试系统的组成
注意：测试系统各个环节的输出量与输入量之间应保持一一
因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改 造世界的重要手段。
一、 测试的重要作用和意义
1、产品检验和质量控制的重要手段
被动检测 主动检测（在线检测） 质量控制领域
2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用
故障监测系统
动态监测
保证设备和人员安全
提高经济效益
3、自动化系统中不可缺少的组成部分
五、测试系统的组成
五、测试系统的组成
1、信号检出部分
传感器（Sensor）---- 执行检出功能的器件 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）
选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制
检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分
化、性能标准化和低价格
六、机械工程测试技术的发展趋势
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）组合式测量方式 （5）多传感器融合技术在制造过程中的应用
计量：实息和信号
1.信息 物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能
量
2.信号 信息的载体。信息蕴含于信号之中。 信号是物质具有能量。
四、测试技术的内容
1.测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化
学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触
对应和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少
或消除各种干扰。
六、测试、信息处理的发展状况
测试技术 重要手段 科学研究
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 形成 推动实验研究和发展
新的检测理论、方法和技术手段
测试信息处理技术的发展具体体现在：
传感器：新型、微型、智能化 测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试
自我介绍
闫艳燕(副教授/博士)
办公地点：机械学院202 办公电话： 移动电话： E_mail ：
教教材材、、参参考考书书与与课课时时安安排排
教材
机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社
测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社
课时安排
授课 ：36学时 实验 ：4学时
绪论 信号及其描述 测试装置的基本特性 常用传感器与敏感元件 信号的调理与记录 信号处理初步 测试技术的工程应用
第一章 绪论
本章要点：
了解测试的基本概念 掌握信号和信息的关系 理解测试的基本内容与任务 理解测试系统的组成及各环节功能 掌握信号的分析方法 了解测试信息处理技术的发展方向
一、 测试的重要作用和意义
或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
五、测试系统的组成
输入
输出
信号
被测对象 敏感元件： 酒精
变换：V H玻璃管
显示结果： 观察者 刻度线
测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温
度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经 过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化 （分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、 记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生
一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测 量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处 理。
通过本课程的学习：
➢ 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试
系统和测量电路以及信号分析的基本原理和
分析方法。为后续课程打好基础。
课程内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
生产过程：
管理 “物流”
“信息流”
控制
数量 状态 趋向
检测
获取信息
分析判断
自动控制
自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行
4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
一、 测试的重要作用和意义
美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人
“勇气”号火星 车发回的彩色照
“机遇”号火星车拍摄
片
火星土壤的显微照片 检测手段水平决定科学研究的深度和广度
一、 测试的重要作用和意义
生物医学图像分析
医学临床诊断 ： X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）
CT图像
医学影像融合分析
自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
二、测试的基本概念
测试：具有试验性的测量 试验：对未知事物探索性的认识过程 测量：为确定量值而进行的试验过程
五、测试系统的组成
3、分析处理部分
不断注入新内容 ---- 检测系统的研究中心 计算机系统 ---- 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动化、智能化
4、通信接口与总线部分
功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 接口 --- 分系统和上位机之间/分系统之间交换信息
五、测试系统的组成
五、测试系统的组成
2、信号变换部分
检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路
阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时； 噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流（V/A）转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字（A/D）转换 ---- 需要输出数字信号时
随着科技的发展，测试技术已经形成了一门专门的技术科学。人 们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。
在某种意义上来说，“没有测试，就没有科学。” 因为人类的各种 活动领域中都离不开测试。 测试包含着测量和试验两大内容。 测量就是把被测系统中的某种信息提出，并加以度量，为确定量值而进 行的试验过程； 试验就是通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信 息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。它是对未知事物探索 性的认识过程。
2、测试过程和测试系统的组成 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器
、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个 模块组成。例如，下图所示的机床轴承故障监测系统中 的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换和计算机中 的FFT分析软件三部分组成。
五、测试系统的组成
注意：测试系统各个环节的输出量与输入量之间应保持一一
因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改 造世界的重要手段。
一、 测试的重要作用和意义
1、产品检验和质量控制的重要手段
被动检测 主动检测（在线检测） 质量控制领域
2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用
故障监测系统
动态监测
保证设备和人员安全
提高经济效益
3、自动化系统中不可缺少的组成部分
五、测试系统的组成
五、测试系统的组成
1、信号检出部分
传感器（Sensor）---- 执行检出功能的器件 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）
选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制
检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分