传感与测试技术-自动测控技术课件
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2:04 PM
机床加工精度测量
8
测试技术在现代工业生产中的作用
3）设备故障诊断
根据机械设备外部信息参数的变化来判别及其 内部的工作状况或机械结构的损伤状态，确定故 障的性质、程度、类别和部位，并研究故障产生 的机理。（定期维修制度→预知维修制度）
4）工业自动化：机器人（机器人足球赛）、智 能车辆、机械手、仓储（立体车库）等。
设计过程：理论设计－－理论校核－－样品 制造－－性能试验－－产品。 （动态设计） 2）老产品的技术改造 例如：武器系统的减重设计
测试技术在现代工业生产中的作用
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
汽车扭距测量
图示为汽车出厂检验原理框图，测 量参数包括润滑油温度、冷却水温 度、燃油压力及发动机转速等。通 过对抽样汽车的测试，工程师可以 了解产品质量。
长度
质量
时间
电流
热力学温度 物质的量 （K）
光量
（m）（kg） （s） （A）
（mol） （cd）
米 ----光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485
实物单位----千克标准原器
测量的基础知识——量与量纲
SI 组合单位： 由基本单位导出 能量（J）=力 距离 =质量 加速度 距离 J = kg（m/s2）m = m2· kg/s2 能量 --- 焦（耳）：长度、质量、时间 （科学家）
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
检测手段水平决定科学研究的深度和广度
理论研究成果离不开必要的检测手段
测量的基础知识——量与量纲
比较 被测量 基准量 测量： 国际单位制（SI） SI 基本单位： 七个物理量单位 --- 相互独立 倍数（结果） 单位
信号：是信息的载体，是信息的表现形式。
如：刀具磨损，切削力会加大；李四病了，可能 会发烧；等等。 信息是信号的内涵，信息包含于信号之中。
测试技术中涉及的术语
信息的提取与处理
信息的提取（信号获取、信号采集、测试） 信息的提取是指从自然界中、社会中、生产过程中或科 学实验中获取人们需要的信息。
试验、分析，并从中提取有用信息的一门新兴技术。
包括：定量、定性
测试的含义
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。
测试技术在现代工业生产中的作用
1）新产品的设计、产品质量测量
传感与测试技术
自动化学院 测控技术与仪器教研室
仓储模型
绪论
信号分析 基础
测试装置的 基本特性
常用传感器
信号调理 方法
测试信号的 处理与分析
测试技术的 应用
课程介绍与课程要求
课程性质：学科基础课，必修考查，32学 时，含6学时实验。 课程基本内容：信号分析、测试装置基本 特性、常用传感器、信号调理、测试信号 分析处理等。
传感器 转换 元件 敏感 元件
调理电路
显 示 数字化接口
反馈 控制、 监测、 诊断
产 品 设 计
分 析 结 果
存
储
各部分的作用
传感器：感受被测量（非电量）变化并将其转 变为电量。传感器是拾取信号的装置，在非 电量电测系统中占有重要位置，它获得信号 的正确与否直接影响到测量系统最终输出结 果的精度以及测量结果的正确与否。传感器 随物理量及变换原理的不同而不同。 中间变换装置：把传感器或系统中前一环节的 输出变成后接仪器所需的电压或电流信号， 其组成及功能取决于传感器及后继电路仪器。 记录显示仪器：对信号进行记录、显示等。
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
6）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。
测试技术在现代工业生产中的作用
7）流程工业设备运行状态监控 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关系到整个生产线流程。通常 建立24小时在线监测系统。
大得多/小得多----词头：mm、m、nm（10-9m）；
kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）
测量的基础知识——测试方法（检测方法）
选择：依被测量的性质、特点和测量任务要求而定。
分类：
（1）按测量手续：直接测量、间接测量 （2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、
差分式测量 （3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、
测试技术研究的主要内容
（1）被测量的测量原理——不同性质的被测量 用不同的原理测量，同一性质的被测量亦可用不同 原理来测量。 （2）测量方法——根据测量任务的具体要求和 现场情况，确定测量方法。 （3）测量系统——确定测量原理和方法之后， 设计和选用装置组成测量系统。 （4）数据处理——得到的测量数据需要进行必 要的处理，才能得到所需要的正确结果。
化学传感器、 微生物传感器、 仿生传感器（代替视觉、 嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和 超高真空等极端参数的新型传感器
3）传感器向着微型化、一体化和集成化方向发展
2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展
以计算机为中心的检测系统 复杂对象或系统的多 路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加 工；故障诊断
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
测试技术在现代工业生产中的作用
8）楼宇控制与安全防护
9）家庭与办公自动化
10）计算机中的测试技术
11）其他应用
传感器在现代汽车中的应用
传感器在现代汽车中的应用
汽车类型繁 多，结构比较复杂， 大体可分为发动机、 底盘和电气设备三 大部分，可分成燃 料系、点火系、传 动系、轿厢系等几 个系统，每一部分 均安装有许多检测 和控制用的传感器。
绪论
主要内容
1、测试的含义 2、测试技术在现代工业生产中的作用 3、测试工作的范围及测试系统的组成 4、测试工作的内容、作用和任务
5、测试技术的发展
6、主要传感器和测试仪器的生产厂商
7、测量的基础知识
测试的含义
测试：测量和试验，具有试验性质的测量。
工程测试技术是信息技术的重要组成部分，它所研究 的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 具体讲：就是利用现代测试手段对工程中的各种物理 信号，特别是随时间变化的动态物理信号进行检测、
静态、动态
测试工作的范围
广义：涉及到试验设计、模型理论（建模）、传 感器选择、信号的加工处理、控制工程、系统辨 识、误差分析与参数估计等学科的内容。 狭义：是指在选定的激励方式下，对信号的采集 、变换、传输、处理直至显示、记录或以电量输 出测试结果的过程。
简单的测试系统组成
测试系统的构成原理图
据信号变化的物理性质，分电信号与非电信号。
本课程涉及的信号通常指随时间变化的电信号。
测试过程：就是检测信号，并从中获取信息的过 程，即：通过测试得到电信号，再经过对电信号 的分析与处理，最后从这些信号中获取所需要的 信息。 其它概念：“有用”信号、“干扰”信号（噪声 ）
测试技术中涉及的术语
课程要求：考勤，抽点3次不到没有成绩； 作业3次不交没有成绩；实验及实验报告要 全部参加并完成。请假履行请假手续。
教材及参考书目
教材： 熊诗波 黄长艺主编 《机械工程测试技术基 础》机械工业出版社 参考书目： 黄民平等主编《测试技术》高等教育出版社； 吴正毅主编《测试技术与测试信号处理》清华 大学出版社 教师联系方式： Email:sylyj2004@126.com; Tel:89726300
测试技术的发展趋势
重要手段
检测技术
科学研究 推动实验研究和发展
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等
形成
新的检测理论、方法和技术手段
1、传感器水平的提高
1）新原理、新材料、新工艺 新功能传感器
光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机 材料为敏感元件）
测试技术的发展趋势
2）新领域、新需求 新型传感器
ECU用于控制方向盘 的助力系统
与发动机配套使用的各种传感器
曲轴位置传感器
进气压力、 温度传感器
进气压力 传感器
ECU结构
传感器在现代汽车中的应用
传感器将 速度、距 离等与碰 撞有关的 参数传送 给ECU。
测试技术中涉及的术语
信息：消息、情报、知识。指客观世界物质运动的 内容。 如：天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损。
Biblioteka Baidu
信息的处理（信号处理、特征提取）
信息处理是指人们把已经获得到的信息进行加工、运算 、分析或综合，以便进行预报、报警、检测、计量、保护、 控制、调度和管理等等，以期达到预防自然灾害、预报事故 、提高劳动生产率、正确计量、改善产品质量、顺利进行科 学实验、进行文明生产和科学管理等目的。
测试技术中涉及的术语
非接触式测量 （4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量
测量的基础知识——测量误差
测量误差定义：测量结果与被测量真值之差。 误差分类：系统误差、随机误差和粗大误差。 误差表示方法：绝对误差、相对误差、引用误 差（最大引用误差）和分贝误差。
测量精度和不确定度：
具体为：测量精密度、测量正确度、测量准确 度和测量不确定度。
传感器在现代汽车中的应用
汽车底盘示意图
发动机
福特林肯Navigator底盘
后轮悬挂 前刹车盘
传感器在现代汽车中的应用
发动机是汽车的动力 装置，其作用是使吸入的 燃料燃烧而产生动力，通 过传动系统，使汽车行驶。 汽油发动机主要由汽缸、 燃料系、点火系、起动系、 冷却系及润滑系等组成。 汽车的工作过程均是在电 控单元 ECU 控制下进行的。
测试技术的作用与意义
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
测试技术的作用与意义
3、自动化系统中不可缺少的组成部分
管理 生产过程： “物流” “信息流” 控制 检测 获取信息 分析判断 数量 状态 趋向 自动控制
系统：指相互依赖、相互作用的若干事物组成的 具有特定功能的整体。系统分析、系统综合。 测试：借助专门的设备通过合适的实验方法和必 要的数据分析处理，从而获得研究对象有关信息的 过程。即信号的采集和处理的过程。 测试系统（测试装置）：专门的设备。
一般由传感器、中间变换调理装置与显示记录仪器 三部分组成。
测试系统说明
实际测试系统根据测试的目的，可简可繁，通常 与控制相结合，形成自动监控系统。
测试系统必须遵循的原则：
各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应
和尽量不失真的关系，并尽可能地减小或消除各
种干扰。
测试技术的概况
测试技术是测量（Measurement)和试验技术(Test Technique)的统称。 测量是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作； 测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和 试验的综合。 不同的用途和要求，测量系统的组成环节及其构成方 式也不同。 测试技术随着现代物理学、信息科学、计算机科学、 电子与微机械电子科学与技术的发展不断发展。
举例1：
智能电子警察监测系统
举例1：
号
举例1：
举例1：
举例2：
啤酒生产过程自动化控制
举例2：
机床加工精度测量
8
测试技术在现代工业生产中的作用
3）设备故障诊断
根据机械设备外部信息参数的变化来判别及其 内部的工作状况或机械结构的损伤状态，确定故 障的性质、程度、类别和部位，并研究故障产生 的机理。（定期维修制度→预知维修制度）
4）工业自动化：机器人（机器人足球赛）、智 能车辆、机械手、仓储（立体车库）等。
设计过程：理论设计－－理论校核－－样品 制造－－性能试验－－产品。 （动态设计） 2）老产品的技术改造 例如：武器系统的减重设计
测试技术在现代工业生产中的作用
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
汽车扭距测量
图示为汽车出厂检验原理框图，测 量参数包括润滑油温度、冷却水温 度、燃油压力及发动机转速等。通 过对抽样汽车的测试，工程师可以 了解产品质量。
长度
质量
时间
电流
热力学温度 物质的量 （K）
光量
（m）（kg） （s） （A）
（mol） （cd）
米 ----光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485
实物单位----千克标准原器
测量的基础知识——量与量纲
SI 组合单位： 由基本单位导出 能量（J）=力 距离 =质量 加速度 距离 J = kg（m/s2）m = m2· kg/s2 能量 --- 焦（耳）：长度、质量、时间 （科学家）
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
检测手段水平决定科学研究的深度和广度
理论研究成果离不开必要的检测手段
测量的基础知识——量与量纲
比较 被测量 基准量 测量： 国际单位制（SI） SI 基本单位： 七个物理量单位 --- 相互独立 倍数（结果） 单位
信号：是信息的载体，是信息的表现形式。
如：刀具磨损，切削力会加大；李四病了，可能 会发烧；等等。 信息是信号的内涵，信息包含于信号之中。
测试技术中涉及的术语
信息的提取与处理
信息的提取（信号获取、信号采集、测试） 信息的提取是指从自然界中、社会中、生产过程中或科 学实验中获取人们需要的信息。
试验、分析，并从中提取有用信息的一门新兴技术。
包括：定量、定性
测试的含义
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。
测试技术在现代工业生产中的作用
1）新产品的设计、产品质量测量
传感与测试技术
自动化学院 测控技术与仪器教研室
仓储模型
绪论
信号分析 基础
测试装置的 基本特性
常用传感器
信号调理 方法
测试信号的 处理与分析
测试技术的 应用
课程介绍与课程要求
课程性质：学科基础课，必修考查，32学 时，含6学时实验。 课程基本内容：信号分析、测试装置基本 特性、常用传感器、信号调理、测试信号 分析处理等。
传感器 转换 元件 敏感 元件
调理电路
显 示 数字化接口
反馈 控制、 监测、 诊断
产 品 设 计
分 析 结 果
存
储
各部分的作用
传感器：感受被测量（非电量）变化并将其转 变为电量。传感器是拾取信号的装置，在非 电量电测系统中占有重要位置，它获得信号 的正确与否直接影响到测量系统最终输出结 果的精度以及测量结果的正确与否。传感器 随物理量及变换原理的不同而不同。 中间变换装置：把传感器或系统中前一环节的 输出变成后接仪器所需的电压或电流信号， 其组成及功能取决于传感器及后继电路仪器。 记录显示仪器：对信号进行记录、显示等。
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
测试技术在现代工业生产中的作用
6）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。
测试技术在现代工业生产中的作用
7）流程工业设备运行状态监控 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关系到整个生产线流程。通常 建立24小时在线监测系统。
大得多/小得多----词头：mm、m、nm（10-9m）；
kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）
测量的基础知识——测试方法（检测方法）
选择：依被测量的性质、特点和测量任务要求而定。
分类：
（1）按测量手续：直接测量、间接测量 （2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、
差分式测量 （3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、
测试技术研究的主要内容
（1）被测量的测量原理——不同性质的被测量 用不同的原理测量，同一性质的被测量亦可用不同 原理来测量。 （2）测量方法——根据测量任务的具体要求和 现场情况，确定测量方法。 （3）测量系统——确定测量原理和方法之后， 设计和选用装置组成测量系统。 （4）数据处理——得到的测量数据需要进行必 要的处理，才能得到所需要的正确结果。
化学传感器、 微生物传感器、 仿生传感器（代替视觉、 嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和 超高真空等极端参数的新型传感器
3）传感器向着微型化、一体化和集成化方向发展
2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展
以计算机为中心的检测系统 复杂对象或系统的多 路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加 工；故障诊断
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
测试技术在现代工业生产中的作用
8）楼宇控制与安全防护
9）家庭与办公自动化
10）计算机中的测试技术
11）其他应用
传感器在现代汽车中的应用
传感器在现代汽车中的应用
汽车类型繁 多，结构比较复杂， 大体可分为发动机、 底盘和电气设备三 大部分，可分成燃 料系、点火系、传 动系、轿厢系等几 个系统，每一部分 均安装有许多检测 和控制用的传感器。
绪论
主要内容
1、测试的含义 2、测试技术在现代工业生产中的作用 3、测试工作的范围及测试系统的组成 4、测试工作的内容、作用和任务
5、测试技术的发展
6、主要传感器和测试仪器的生产厂商
7、测量的基础知识
测试的含义
测试：测量和试验，具有试验性质的测量。
工程测试技术是信息技术的重要组成部分，它所研究 的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 具体讲：就是利用现代测试手段对工程中的各种物理 信号，特别是随时间变化的动态物理信号进行检测、
静态、动态
测试工作的范围
广义：涉及到试验设计、模型理论（建模）、传 感器选择、信号的加工处理、控制工程、系统辨 识、误差分析与参数估计等学科的内容。 狭义：是指在选定的激励方式下，对信号的采集 、变换、传输、处理直至显示、记录或以电量输 出测试结果的过程。
简单的测试系统组成
测试系统的构成原理图
据信号变化的物理性质，分电信号与非电信号。
本课程涉及的信号通常指随时间变化的电信号。
测试过程：就是检测信号，并从中获取信息的过 程，即：通过测试得到电信号，再经过对电信号 的分析与处理，最后从这些信号中获取所需要的 信息。 其它概念：“有用”信号、“干扰”信号（噪声 ）
测试技术中涉及的术语
课程要求：考勤，抽点3次不到没有成绩； 作业3次不交没有成绩；实验及实验报告要 全部参加并完成。请假履行请假手续。
教材及参考书目
教材： 熊诗波 黄长艺主编 《机械工程测试技术基 础》机械工业出版社 参考书目： 黄民平等主编《测试技术》高等教育出版社； 吴正毅主编《测试技术与测试信号处理》清华 大学出版社 教师联系方式： Email:sylyj2004@126.com; Tel:89726300
测试技术的发展趋势
重要手段
检测技术
科学研究 推动实验研究和发展
相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等
形成
新的检测理论、方法和技术手段
1、传感器水平的提高
1）新原理、新材料、新工艺 新功能传感器
光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机 材料为敏感元件）
测试技术的发展趋势
2）新领域、新需求 新型传感器
ECU用于控制方向盘 的助力系统
与发动机配套使用的各种传感器
曲轴位置传感器
进气压力、 温度传感器
进气压力 传感器
ECU结构
传感器在现代汽车中的应用
传感器将 速度、距 离等与碰 撞有关的 参数传送 给ECU。
测试技术中涉及的术语
信息：消息、情报、知识。指客观世界物质运动的 内容。 如：天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损。
Biblioteka Baidu
信息的处理（信号处理、特征提取）
信息处理是指人们把已经获得到的信息进行加工、运算 、分析或综合，以便进行预报、报警、检测、计量、保护、 控制、调度和管理等等，以期达到预防自然灾害、预报事故 、提高劳动生产率、正确计量、改善产品质量、顺利进行科 学实验、进行文明生产和科学管理等目的。
测试技术中涉及的术语
非接触式测量 （4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量
测量的基础知识——测量误差
测量误差定义：测量结果与被测量真值之差。 误差分类：系统误差、随机误差和粗大误差。 误差表示方法：绝对误差、相对误差、引用误 差（最大引用误差）和分贝误差。
测量精度和不确定度：
具体为：测量精密度、测量正确度、测量准确 度和测量不确定度。
传感器在现代汽车中的应用
汽车底盘示意图
发动机
福特林肯Navigator底盘
后轮悬挂 前刹车盘
传感器在现代汽车中的应用
发动机是汽车的动力 装置，其作用是使吸入的 燃料燃烧而产生动力，通 过传动系统，使汽车行驶。 汽油发动机主要由汽缸、 燃料系、点火系、起动系、 冷却系及润滑系等组成。 汽车的工作过程均是在电 控单元 ECU 控制下进行的。
测试技术的作用与意义
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
测试技术的作用与意义
3、自动化系统中不可缺少的组成部分
管理 生产过程： “物流” “信息流” 控制 检测 获取信息 分析判断 数量 状态 趋向 自动控制
系统：指相互依赖、相互作用的若干事物组成的 具有特定功能的整体。系统分析、系统综合。 测试：借助专门的设备通过合适的实验方法和必 要的数据分析处理，从而获得研究对象有关信息的 过程。即信号的采集和处理的过程。 测试系统（测试装置）：专门的设备。
一般由传感器、中间变换调理装置与显示记录仪器 三部分组成。
测试系统说明
实际测试系统根据测试的目的，可简可繁，通常 与控制相结合，形成自动监控系统。
测试系统必须遵循的原则：
各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应
和尽量不失真的关系，并尽可能地减小或消除各
种干扰。
测试技术的概况
测试技术是测量（Measurement)和试验技术(Test Technique)的统称。 测量是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作； 测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和 试验的综合。 不同的用途和要求，测量系统的组成环节及其构成方 式也不同。 测试技术随着现代物理学、信息科学、计算机科学、 电子与微机械电子科学与技术的发展不断发展。
举例1：
智能电子警察监测系统
举例1：
号
举例1：
举例1：
举例2：
啤酒生产过程自动化控制
举例2：