第1章 绪论

第一章 绪论
1.3 测试系统的组成及其发展
• 1、一般测试系统 从具体应用角度来讲，测试工作包括激励方式，信号的 检测、调理、处理、分析以及显示、记录或数据输出等。与 之相对应的测试系统框图如下图所示。
第一章 绪论
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2、计算机测试系统 随着计算机技术的飞速发展，计算机已被广泛地应用于各 个领域。由传感器与计算机结合起来组成的新型测试系统如图 所示。这种测试方法是先用传感器及其测量电路将某种物理量 变换成所需的电信号，再由A/D转换器（模/数转换器）将模拟 信号变换为数字信号，然后通过计算机或数字信号处理器将大 量数据进行高速处理，从而获得各种需要的输出。
第一章 绪论
下内容
本课程重点讨论机械工程中的测试技术，主要包括以
• 1、工程过程的实验分析与参数测量 如材料的强度试验，振动物体的固有频率、阻尼比以及振型 等参数的测试，动载构件的应力、应变谱测试等。
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2、过程监视与故障诊断 如数控机床自动加工中刀具磨损和断裂监视、加工精度检测； 柴油机、发动机运行中的 故障诊断；火车脱轨、轴温的在线检 测，卷扬机、电梯跟踪检测等。
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试验激发装置是人为地模拟某种条件把被测系统中的 某种信息激发出来，以便检测。如激振器、振动试验台等。
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4 、测试技术的发展 （1） 传感器向新型、微型、智能型方向发展； （2） 测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性 能标准化和低价格发展； （3） 参数测量与数据处理以计算机为核心，使测量、分 析、处理、打印、绘图、状态显示及故障预报向自动化、 集成化、网络化发展。
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4 、测试技术的发展
a)传感器+嵌入式计算机 智能传感器 (smart)
振动网络传感器
嵌入式计算机
智能压力网络 传感器
智能倾角RS232 传感器
IC总线数字温度 传感器
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b)测量信号处理方面
计算机虚拟仪器技术 优 点
用PC机＋仪器板卡 代替传统仪器 用计算机软件 代替硬件分析电路
密歇根大学的机械手装配模型
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4、生成产品的质量评价，如抽样检测
产品质量测量
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。
现代测试技术
2014年9月
本课程主要内容
绪论 测试信号的描述与分析 测试系统的基本特性 常用传感器
模拟信号处理
数字信号处理 计算机与虚拟仪器测试技术
第一章 绪论
主要内容
• 1.测试技术的内容和作用 • 2.测试工作的任务 • 3.测试系统的组成及其发展
第一章 绪论
1.1 测试技术的内容和作用
测试工作的任务就是从被测对象中获取有用信息。测试 技术是用于检测和处理各种信息的一门综合性技术，是信息 技术的三大支柱（即测试控制技术、计算技术和通信技术） 之一。它在科学技术、工业生产、医疗卫生 、文化教育等各 个领域中都起着十分重要的作用。 定义：从测试的含义来讲，它包含着测量和试验两个内 容。测量是把被测系统中的某种信息，如运动物体的位移、 速度、加速度检测出来，并加以度量；试验则是通过某种人 为的方法，把被测系统用专门的装置激发起来，以便对有用 信息进行测量。
如玻璃管温度计
如图所示的声级计
第一章 绪论
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。
密歇根大学数字化工厂
第一章 绪论
3、作为自动化或控制系统中的一个环节 主要用于闭环系统中的反馈控制环节。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。如真 空焊接炉的温度控制，再如机械手的动作控制等。
我们的工作
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1.4 课程内容与特点
通过本课程的学习，学生应掌握以下几个方面的知识： • 1. 掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信号频谱概 念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法；了解功率 谱分析原理及其应用。
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2. 掌握测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试的条 件，并能正确地运用于测试系统的分析和选择。掌握一、二 阶系统的动态特性和测试方法。
第一章 绪论
1.4 课程内容与特点
• 3. 掌握常用传感器、中间调理电路和记录仪器的工作
原理和性能，并能依据测试要求进行合理的选用。
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4.了解数字信号分析的基本概念及应用。 5. 对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念， 并能初步用来解决机械工程中某些参数的测试及其数据 处理。
机床加工精度测量
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1.2 测试工作的任务
测试工作的任务就是为了获取有关研究对象的状态、运 动和特征等方面的信息 。 就像物质和能量是客观存在一样，信息也是反映事物运 动状态和特征的客观存在。信息可以产生，也可以消失，同时 还可以被携带、存贮和处理。信息是可以度量的。对信息的获 取、处理与度量过程就是对事物的认识过程。例如，转子的动 不平衡是引起旋转机械振动的主要原因，如何去消除Leabharlann Baidu种动不 平衡呢？可以用传感器及其测试系统检测出支承处的动反力以 及转子的振动量，并对它进行分析和处理就可以获得转子动不 平衡的大小和方位的信息，进而采取相应的消除措施。
计算机测试系统
第一章 绪论
计算机测试系统
第一章 绪论
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3、传感器和信号调理装置
• 传感器是一种能把被检测的物理量变换为可测信 号（通常为电信号）的装置，它是测试系统的首 要环节。 • 信号调理装置是将来自传感器的电信号进行调理 和处理，如放大、调制、解调、滤波等，使之变 为既保留了原始被测信号中的有用信息，又便于 不失真地传输、显示和记录以及有利于后续处理 的信号。
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• 1、信息与信号的关系 信息总是通过某些物理量的形式表现出来，这些物理量则 称之为信号。信号是信息的载体，信息存在于信号之中。如从 载波中提取音频信号。如对于单自由度振动系统，所测得的质 量块位移信号中就包含着我们所感兴趣的固有频率和阻尼比的 信息。 • 2、有用信号与干扰信号 信号中虽然携带着信息，但是其中既含有我们所需要的有用 信息，也含有大量不需要的干扰，测试工作的任务之一就是从 复杂的信号成分中提取有用信息。不过，需要指出，“干扰” 和“有用”是对立统一的，在一定的条件下可以互相转化。例 如齿轮噪声是人们不希望的干扰信号，对工作环境造成污染， 但另一方面又可作为有用信号来判断齿轮副的运转。
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3、传感器和信号调理装置 信号处理装置是对测试结果（曲线或数据）进行处理、 运算和分析的装置。数据处理包含回归分析、频谱分析、 相关分析、功率谱分析等，其方法也有模拟量分析法和数 字量分析法之别。 显示与记录装置是把经调理后的电信号不失真地记录 和显示出来，以便观测、分析和处理。记录和显示的方式 一般有模拟和数字两种，前者记录的是模拟信号，而后者 则是数字信号。
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3、信号的调理与传输 为了在外界干扰的情况下，能够提取和辨识出信号中所包 含的有用信息，常常需要把信号作必要的调理处理。这与我们 熟知的声音和图像发射和接收的道理一样，如下图所示。
• 4、电信号的运用
信号有机械信号（力信号、声信号）、电信号、光信号 （光纤通讯）等，但从信号的获取、调理、传输、显示和控制 等方面看，以电量形式表示的电信号最为方便，故本书中所说 的信号，一般都是指随时间变化的电信号。