机械工程测试技术基础课件
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
测试3-8 《机械工程测试技术基础(第3版)》教学课件
③信息电荷的传输
Φ3 φ2 φ1
（线阵 三相时钟脉冲驱动）
φ1 φ2 φ3
④线阵CCD图象传感器的基本工作原理 光敏单元 转移控制栅 输出移位寄存器
⒊CCD的应用： 可同时实现光照度和位置的测量。
①用于热轧 板宽度检测
②工件尺寸的高精度检测：
工件
视频信号处理
CCD
计算
显示
光源
成象透镜
驱动控制器
光栅式数字位移传感器
一．概述： 数字式位移传感器
线位移 角位移
计量光栅 感应同步器 磁栅 编码器
⒈ 直线光栅
玻璃透射光栅 金属反射光栅
a----刻线宽度； b----缝隙宽度； W=a+b栅距（光栅常数）
⒉光栅传感器的组成： 标尺光栅（长）
（固定在机床上不动）
指示光栅（短）
（固定在移动部件上）
光路系统 光电元件
b．热驰豫过程：
CCD是一种非稳态器件。 CCD要存储有用的信号电荷，要求信号电荷的存储 时间小于热激发电子的存储时间（热驰豫时间）。
c．光电转换，信号电荷的存贮：
在热驰豫时间内（达到饱和状态之前），栅压一定 的条件下，MOS电容器具有一定收集电子的能力。 在势阱中的“电荷包”大小与入射光强度成正比， 从而实现从光信号向电信号的转换。
u
u0
um
sin( 2x )
W
三．辨向原理 如图6-6，两个相隔1/4莫尔条纹间距的光电元件， 所得到的电信号u1，u2相差π/2，经整形后得到 两个方波信号u1’,u2’。
BH 4
BH
u u1
正向
反向
u2
u1’
u1’
Y1
_
u2’
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第2章
2.1 信号的分类与描述
若信号在区间（－∞，∞）的能量是无限的，即
但它在有限区间（t1，t2）的平均功率是有限的，即
则这种信号称为功率有限信号或功率信号。图２-１所示的振动系统，其位移信 号x(t)就是能量无限的正弦信号，但在一定时间区间内其功率却是有限的。如果该系 统加上阻尼装置，其振动能量随时间而衰减（见图２-２），这时的位移信号就变成 能量有限信号了。
第2章
目录
2.1 信号的分类与描述 2.2 周期信号与离散频谱 2.3 瞬变非周期信号与连续频谱 2.4 随机信号
在生产实践和科学实验中，需要观测大量的现象及其参量的变化。这些 变化量可以通过测量装置变成容易测量、记录和分析的电信号。一个信号包 含着反映被测系统的状态或特性的某些有用的信息，它是人们认识客观事物 内在规律、研究事物之间相互关系、预测未来发展的依据。这些信号通常用 时间的函数（或序列）来表述该函数的图形称为信号的波形。
在一般情况下，Cn是复数，可以写成
把周期函数x(t)展开为傅里叶级数的复指数函数形式后，可分别以|Cn|－ω 和φn－ω绘制幅频谱图和相频谱图也可以分别以ｃｎ的实部或虚部与频率的关 系绘制幅频图，并分别称为实频谱图和虚频谱图（参阅例２-２）。
比较傅里叶级数的两种展开形式可知：复指数函数形式的频谱为双边谱（ω 从－∞～＋∞），三角函数形式的频谱为单边谱（ω从０～＋∞）；两种频谱各 谐波幅值在量值上有确定的关系，即｜ｃｎ｜＝１２Ａｎ，｜ｃ０｜＝ａ０。双 边幅频谱为偶函数，双边相频谱为奇函数。
2.1 信号的分类与描述
2.2 周期信号与离散频谱
2.2.1 傅里叶级数的三角函数展开式 在有限区间上，凡满足狄里赫利条件的周期函数（信号） x(t)都可以展开成 傅里叶级数。 傅里叶级数的三角函数展开式为
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
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第6章
图6-5 时窗函数及其幅频谱
图6-6 有限长离散信号及其幅频谱
6.2 离散信号及其频谱分析
通过计算机实现离散傅里叶变换(DFT),将N点长的离散时间序列x(t)s(t)w(t) 变换成N点的离散频率序列。
注意到,x(t)s(t)w(t)的频谱是连续的频率函数,而DFT计算后的输出则是离 散的频率序列。可见DFT不仅算出x(t)s(t)w(t)的“频谱”,而且同时对其频谱 [X(f)*S(f)*W(f)]实施了频域的采样处理,使其离散化。这相当于在频域中乘上 图6-7中所示的采样函数D(f)。现在,DFT是在频域的一个周期
6.2 离散信号及其频谱分析
数字信号处理首先把一个连续变化的模拟信号转化为数字信号,然后由 计算机处理,从中提取有关的信息。信号数字化过程包含着一系列步骤,每一 步骤都可以引起信号和其蕴含信息的失真。现以计算一个模拟信号的频谱为 例来说明有关的问题。
6.2.1 概述
设模拟信号x(t)的傅里叶变换为X(f)(见图6-2)。为了利用数字计算机 来计算,必须使x(t)变换成有限长的离散时间序列。为此,必须对x(t)进行采 样和截断。
6.1 数字信号处理的基本步骤
2)必要的滤波,以提高信噪比,并滤去信号中的高频噪声。 3)隔离信号中的直流分量(如果所测信号中不应有直流分量)。 4)如原信号经过调制,则应先行解调。 预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力妥善安排。 A-D转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制的过程。 数字信号处理器或计算机对离散的时间序列进行运算处理。计算机只能 处理有限长度的数据,所以首先要把长时间的序列截断,对截取的数字序列有 时还要人为地进行加权(乘以窗函数)以成为新的有限长的序列。对数据中的 奇异点(由于强干扰或信号丢失引起的数据突变)应予以剔除。对温漂、时漂 等系统性干扰所引起的趋势项(周期大于记录长度的频率成分)也应予以分离。 如有必要,还可以设计专门的程序来进行数字滤波,然后把数据按给定的程序 进行运算,完成各种分析。 运算结果可以直接显示或打印,若后接D-A转换器,还可得到模拟信号。如 有需要可将数字信号处理结果送入后接计算机或通过专门程序再做后续处理。
图6-6 有限长离散信号及其幅频谱
6.2 离散信号及其频谱分析
通过计算机实现离散傅里叶变换(DFT),将N点长的离散时间序列x(t)s(t)w(t) 变换成N点的离散频率序列。
注意到,x(t)s(t)w(t)的频谱是连续的频率函数,而DFT计算后的输出则是离 散的频率序列。可见DFT不仅算出x(t)s(t)w(t)的“频谱”,而且同时对其频谱 [X(f)*S(f)*W(f)]实施了频域的采样处理,使其离散化。这相当于在频域中乘上 图6-7中所示的采样函数D(f)。现在,DFT是在频域的一个周期
6.2 离散信号及其频谱分析
数字信号处理首先把一个连续变化的模拟信号转化为数字信号,然后由 计算机处理,从中提取有关的信息。信号数字化过程包含着一系列步骤,每一 步骤都可以引起信号和其蕴含信息的失真。现以计算一个模拟信号的频谱为 例来说明有关的问题。
6.2.1 概述
设模拟信号x(t)的傅里叶变换为X(f)(见图6-2)。为了利用数字计算机 来计算,必须使x(t)变换成有限长的离散时间序列。为此,必须对x(t)进行采 样和截断。
6.1 数字信号处理的基本步骤
2)必要的滤波,以提高信噪比,并滤去信号中的高频噪声。 3)隔离信号中的直流分量(如果所测信号中不应有直流分量)。 4)如原信号经过调制,则应先行解调。 预处理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力妥善安排。 A-D转换是模拟信号经采样、量化并转化为二进制的过程。 数字信号处理器或计算机对离散的时间序列进行运算处理。计算机只能 处理有限长度的数据,所以首先要把长时间的序列截断,对截取的数字序列有 时还要人为地进行加权(乘以窗函数)以成为新的有限长的序列。对数据中的 奇异点(由于强干扰或信号丢失引起的数据突变)应予以剔除。对温漂、时漂 等系统性干扰所引起的趋势项(周期大于记录长度的频率成分)也应予以分离。 如有必要,还可以设计专门的程序来进行数字滤波,然后把数据按给定的程序 进行运算,完成各种分析。 运算结果可以直接显示或打印,若后接D-A转换器,还可得到模拟信号。如 有需要可将数字信号处理结果送入后接计算机或通过专门程序再做后续处理。
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第4章
第4章 常用传感器与敏感元件
目录
4.1 常用传感器分类 4.2 机械式传感器及仪器 4.3 电阻式、电容式与电感式传感器 4.4 磁电式、压电式与热电式传感器 4.5 光电传感器
目录
4.6 光纤传感器 4.7 半导体传感器 4.8 红外测试系统 4.9 激光测试传感器 4.10 传感器的选用原则
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例 如,水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质;压力测力计利用的是石英晶体的压电 效应等。
结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如,电容 式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起 自感或互感的变化。
弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大 小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力-松弛和内阻尼等因素 有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。因此,应用弹性元 件时,应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善上述 诸现象产生的影响。
4.2 机械式传感器及仪器
近年来,在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被 看作机械式传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化,转换为 接通、断开信号。图4-4表示这种开关中的一种。它由两个簧片组成,在 常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时,簧片被磁化而接合,成为接通 状态。只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时,簧片才会被磁化而接合, 从而表达了有一件工件通过。这类开关,可用于探测物体有无、位置、尺 寸、运动状态等。
工程测量中通常把直接作用于被测量,并能按一定方式将其转换成同种或别种 量值输出的器件,称为传感器。
传感器是测试系统的一部分,其作用类似于人类的感觉器官。它把被测量,如力、 位移、温度等物理量转换为易测信号或易传输信号,传送给测试系统的调理环节。 因而也可以把传感器理解为能将被测量转换为与之对应的,易检测、易传输或易处 理信号的装置。直接受被测量作用的元件称为传感பைடு நூலகம்的敏感元件。
目录
4.1 常用传感器分类 4.2 机械式传感器及仪器 4.3 电阻式、电容式与电感式传感器 4.4 磁电式、压电式与热电式传感器 4.5 光电传感器
目录
4.6 光纤传感器 4.7 半导体传感器 4.8 红外测试系统 4.9 激光测试传感器 4.10 传感器的选用原则
物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例 如,水银温度计是利用了水银的热胀冷缩性质;压力测力计利用的是石英晶体的压电 效应等。
结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转变的。例如,电容 式传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化;电感式传感器依靠衔铁位移引起 自感或互感的变化。
弹性元件具有蠕变、弹性后效等现象。材料的蠕变与承载时间、载荷大 小、环境温度等因素有关。而弹性后效则与材料应力-松弛和内阻尼等因素 有关。这些现象最终都会影响到输出与输入的线性关系。因此,应用弹性元 件时,应从结构设计、材料选择和处理工艺等方面采取有效措施来改善上述 诸现象产生的影响。
4.2 机械式传感器及仪器
近年来,在自动检测、自动控制技术中广泛应用的微型探测开关亦被 看作机械式传感器。这种开关能把物体的运动、位置或尺寸变化,转换为 接通、断开信号。图4-4表示这种开关中的一种。它由两个簧片组成,在 常态下处于断开状态。当它与磁性块接近时,簧片被磁化而接合,成为接通 状态。只有当钢制工件通过簧片和电磁铁之间时,簧片才会被磁化而接合, 从而表达了有一件工件通过。这类开关,可用于探测物体有无、位置、尺 寸、运动状态等。
工程测量中通常把直接作用于被测量,并能按一定方式将其转换成同种或别种 量值输出的器件,称为传感器。
传感器是测试系统的一部分,其作用类似于人类的感觉器官。它把被测量,如力、 位移、温度等物理量转换为易测信号或易传输信号,传送给测试系统的调理环节。 因而也可以把传感器理解为能将被测量转换为与之对应的,易检测、易传输或易处 理信号的装置。直接受被测量作用的元件称为传感பைடு நூலகம்的敏感元件。
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第9章
滑线电阻的结构形式有缠绕式和单丝式。缠绕式是用电阻丝缠绕在绝 缘骨架上制成。骨架的材料常用电木或塑料,其形状可根据需要而定。缠 绕时应保证一定的张力,且缠绕均匀。单丝式是用单根电阻丝张紧后固定 在绝缘骨架的槽中而成。除自制的滑线电阻外,可利用现有的产品,如滑线 变阻器、多圈电位器等。
滑线电阻式位移传感器具有结构简单、使用方便、输出大、性能稳定 等优点,但由于触头运动时有机械摩擦,其使用寿命受限、分辨率较低、输 出信号噪声大,故不宜用于频率较高时的动态测量。
显然,e0是调频输出,载波是e,调制信号是位移变化量Δl。差动变压器也是一 种调制器。对于这样一个调制信号,在后续的测量环节中一般要设置一个典型的 测量电路——相敏检测电路,目的是既能检测位移的大小,又能分辨位移的方向。
差动变压器式位移传感器的测量系统及其组成中各环节的工作原理可参阅 本书的有关内容。下面再介绍一种可与差动变压器配用的测量电路——差动整 流电路。
第9章 位移测量
目录
9.1 概述 9.2 常用的位移传感器 9.3 位移测量的应用
9.1 概述
位移测量是线位移和角位移测量的统称。测量时应根据具体的测 量对象,来选择或设计测量系统。在组成系统的各环节中,传感器性能 特点的差异对测量的影响最为突出,应给予特别注意。表9-1介绍了一 些常用的位移传感器及其性能特点,通过该表可以对位移传感器有一个 总体的了解。
9.2 常用的位移传感器
如图9-6所示,差动整流电路与相敏检测电路的功能基本相同,虽然检波 效率低,但因其测量线路简单,故用得也很多,差动变压器的最后输出一般可 用示波器直接显示。由于示波器振子的内阻都很小,当差动变压器的测量电 路是电压输出时,振子回路应接入电阻,以保证线性。
国产的差动变压器式位移传感器已有多种,其测量位移范围 有:0~±5mm,0~10mm,…, 0~300mm等。
滑线电阻式位移传感器具有结构简单、使用方便、输出大、性能稳定 等优点,但由于触头运动时有机械摩擦,其使用寿命受限、分辨率较低、输 出信号噪声大,故不宜用于频率较高时的动态测量。
显然,e0是调频输出,载波是e,调制信号是位移变化量Δl。差动变压器也是一 种调制器。对于这样一个调制信号,在后续的测量环节中一般要设置一个典型的 测量电路——相敏检测电路,目的是既能检测位移的大小,又能分辨位移的方向。
差动变压器式位移传感器的测量系统及其组成中各环节的工作原理可参阅 本书的有关内容。下面再介绍一种可与差动变压器配用的测量电路——差动整 流电路。
第9章 位移测量
目录
9.1 概述 9.2 常用的位移传感器 9.3 位移测量的应用
9.1 概述
位移测量是线位移和角位移测量的统称。测量时应根据具体的测 量对象,来选择或设计测量系统。在组成系统的各环节中,传感器性能 特点的差异对测量的影响最为突出,应给予特别注意。表9-1介绍了一 些常用的位移传感器及其性能特点,通过该表可以对位移传感器有一个 总体的了解。
9.2 常用的位移传感器
如图9-6所示,差动整流电路与相敏检测电路的功能基本相同,虽然检波 效率低,但因其测量线路简单,故用得也很多,差动变压器的最后输出一般可 用示波器直接显示。由于示波器振子的内阻都很小,当差动变压器的测量电 路是电压输出时,振子回路应接入电阻,以保证线性。
国产的差动变压器式位移传感器已有多种,其测量位移范围 有:0~±5mm,0~10mm,…, 0~300mm等。
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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。
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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
•自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象
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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
计量：实现单位统一和量值准确可靠为目的。
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三、信息和信号
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
•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
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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
提高经济效益
•3、自动化系统中不可缺少的组成部分
•生产过程： •“物流 ”
•管理 •控制
•“信息 流”
•数量 状态 趋向
•检测
•获取信
•分析判断
•自动控制
息 •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
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一、 测试的重要作用和意义
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。
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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
或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
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五、测试系统的组成
•被测对 象
•输 入 •信号
•敏感元件 ：酒精
•变换：V H玻璃管
•输出
•显示结果 •观察 ：刻度线 者
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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五、测试系统的组成
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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
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。
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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
•检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分
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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
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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
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。
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六、测试、信息处理的发展状况
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
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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
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一、 测试的重要作用和意义
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。
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五、测试系统的组成
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。
机械工程测试技术基础 课件
2020年5月31日星期日
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
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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