机械测试技术及其应用 绪论
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
冶金
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
15
石化
16
16
机床精度分静精度、加工 精度（包括尺寸精度和几 何精度）、定位精度、重 复定位精度等5种。
机床动态轮廓精度评价
16
16
机械工程测试技术
4、楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工 作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在 楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温 度监测、电梯运行状况。
三峡大学机械与材料学院
机械工程测试技术
课程考核要求
评分标准
期末考试 —— 70％ 平时成绩 —— 20％ 实验成绩 —— 10％
平时成绩包括作业、出勤等
课时安排
32课时， 1－9周
答疑：
时间：星期一上午9：00~12：00 星期三上午9：00~12：00 地点：
机械工程测试技术
课程内容：
本课程主要介绍工业自动化,机械监测与控制等领域中 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、测量方法、测量系统以及数据处理。
机械工程测试技术
课程性质和目标：
机械工程测试技术是一门与材料 科学、微电子技术、信息技术密切 相关的快速发展的学科。 本课程是培养学生解决实际工 程测量问题能力的专业基础课，具 有很强实践性。学习时应充分利用 课程所开设实验。 理论学习、 实践学习、 研究学习 三元并重.
机械工程测试技术
只有通过足 够的实验和 仿真实验操 作，才能得 到应有的实 际动手能力 培养和更好 的掌握书本 知识。
指纹传感器
来自百度文库
透光率传感器
温湿度传感器
温度传感器
6、PC机中的测试技术应用
鼠标：位移传感器 摄象头:CCD传感器
机械工程测试技术
声位笔:超声波传感器
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡
软驱:速度,位置伺服
7、其他应用
航天 农业
机械工程测试技术
交通
医学
对航天飞机，传感器承载3项使命：其一，获 取各部件工作状况信息，控制它们协调有序地工 作，使航天飞机成为高度精确的自动化系统；其 二，准确地提供飞行参数和空间位置信息，使航 天飞机按预定目标进入轨道、重返大气层和安全 降落；其三，提供飞行空间环境参数，及时发现 各种意外情况，采取应急措施，确保航天器和航 天员安全。
空警报，声信号蕴涵什么信息？（敌机空袭）。
机械信号是指机械系统在运行过程中各种随 时间变化的动态信息，经各种测试仪器拾取并存储 下来的数据或图像。 信号是物理性的，是物质，具有能量。人类获 取信息，需要借助信号的传播。
机械工程测试技术
测试、信息处理的基本内容
人类认识世界，是以感官感知自然信息开始的。 但人类感官具有局限性。传感器扩展了人类的感 知信息的功能。如望远镜（宏观)、扫描隧道电子显微镜（微
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理、 安全监测、照明控制、空调 控制、停车管理、水/废水管 理和电梯监控。
烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
5、家庭与办公自动化
机械工程测试技术
在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
全自动洗衣机中的传感器： 衣物重量传感器，衣质传感 器，水温传感器，水质传感 器，透光率光传感器(洗净 度) 液位传感器，电阻传感 器(衣物烘干检测)。
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
15
3
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。
机械工程测试技术
2、信号处理方面
计算机虚拟仪器技术
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 优 点
我们的工作
1.4 主要传感器和测试仪器生产厂商
1.4.1 工业自动化类传感器
美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）
http://www.honeywell.com/china
1.4.2
振动/噪声传感器
http://www.bksv.com/
丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）
25
机械工程测试技术
美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)
http://www.ni.com/
美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)
http://www.agilent.com.cn/
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。
机械工程测试技术
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。
非电量
电 量
传感器将被测物理量(非电量) 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。
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。
香港理工AGV模型
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。
机械工程测试技术
密歇根大学数字化工厂
机械工程测试技术
2、工业设备运行状态监控
观），科学家预言：人类将得知和制造出任何一种物质。
工程中常将各种非电物理量变换为电信号，以 利于信息的传输、存储和处理。 要获得有用的信息，必须对被测物理量进行转 换、分析和处理，必须借助一定的测试系统。
机械工程测试技术
简单的测试系统可 以只有一个模块， 如玻璃管温度计。 它直接将被温度变 化转化液面示值。 没有电量转换和分 析电路，很简单， 但精度底，无法实 现测量自动化。
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 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。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
机械工程测试技术
b) AGV自动送货车
机械工程测试技术
绪论
本章学习要求：
1.掌握测试及信息处理的概念及内容
2.了解机械工程测试技术技术的应用情况
3.了解测试技术的发展动态
机械工程测试技术
测试、信息、信号
测试(measurement and test)是具有试验性质的 测量。也可以理解为测量和试验的综合。 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、发展和检验自然科学理论 的实践基础。
19
机械工程测试技术
1-3 测试技术的发展
1、传感器方面
a)结构型传感器 物性型传感器：利用新发现的材料 和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器
生物酶血样分析传感器
光纤流速传感器
热 /光
电量
机械工程测试技术
b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器
振动网络传感器
嵌入式计算机
智能压力网络 传感器
机械工程测试技术
测试技术的工程应用
测试技术几乎涉及任何一项工程领域，无论 是生物、海洋、气象、地质、通信以及机械、电 子等工程，都离不开测试与信息处理。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。
机械工程测试技术
测试技术的工程应用
机械工程测试技术
1、工业自动化中的应用
信息与控制：
机械工程测试技术
仓储模型
机械手
培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习 和解决问题的能力 。
机械工程测试技术
煤气包高度测量
桥梁固频测量
机翼模态分析
索道检测
NMD和TMD
如何发现目标 －>
卫星如何预警 基地雷达如何预警
一个测试过程
如何使拦截导弹击中目标
一颗子弹如何才能打中另一颗子弹？
测试属于信息科学范畴。
机械工程测试技术
信息(information)是物质所固有的，是其客观 存在或运动状态的特征。事物的变化总会以某些特征形式表
现出来。如你想去旅游，如何表现？你高兴？如何表现？
信息本身不是物质，不具有能量，必须依靠能 量传输。 信号(signal)传输信息的载体，信息蕴涵于信 号之中。如古代烽火，光信号蕴涵什么信息？（敌人来进攻）。防
智能倾角RS232 传感器
IC总线数字温度 传感器
机械工程测试技术
2、机械工业方面
a)特殊的机械装置、宇航飞行器、原子锅炉等在 工作时间内应绝对可靠，安全监控必不可少。 b)机械与电子相结合，形成机电一体化产品。
c)机械产品和制造工程发生了飞跃，制造过程不 仅包含物质流与能量流，而且包含了信息流，正 在走向柔性化、集成化、智能化，这些发展的关 键就是在于信息的获取、传输、转换、存储、处 理与分析、利用。
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
冶金
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
15
石化
16
16
机床精度分静精度、加工 精度（包括尺寸精度和几 何精度）、定位精度、重 复定位精度等5种。
机床动态轮廓精度评价
16
16
机械工程测试技术
4、楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工 作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在 楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温 度监测、电梯运行状况。
三峡大学机械与材料学院
机械工程测试技术
课程考核要求
评分标准
期末考试 —— 70％ 平时成绩 —— 20％ 实验成绩 —— 10％
平时成绩包括作业、出勤等
课时安排
32课时， 1－9周
答疑：
时间：星期一上午9：00~12：00 星期三上午9：00~12：00 地点：
机械工程测试技术
课程内容：
本课程主要介绍工业自动化,机械监测与控制等领域中 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、测量方法、测量系统以及数据处理。
机械工程测试技术
课程性质和目标：
机械工程测试技术是一门与材料 科学、微电子技术、信息技术密切 相关的快速发展的学科。 本课程是培养学生解决实际工 程测量问题能力的专业基础课，具 有很强实践性。学习时应充分利用 课程所开设实验。 理论学习、 实践学习、 研究学习 三元并重.
机械工程测试技术
只有通过足 够的实验和 仿真实验操 作，才能得 到应有的实 际动手能力 培养和更好 的掌握书本 知识。
指纹传感器
来自百度文库
透光率传感器
温湿度传感器
温度传感器
6、PC机中的测试技术应用
鼠标：位移传感器 摄象头:CCD传感器
机械工程测试技术
声位笔:超声波传感器
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡
软驱:速度,位置伺服
7、其他应用
航天 农业
机械工程测试技术
交通
医学
对航天飞机，传感器承载3项使命：其一，获 取各部件工作状况信息，控制它们协调有序地工 作，使航天飞机成为高度精确的自动化系统；其 二，准确地提供飞行参数和空间位置信息，使航 天飞机按预定目标进入轨道、重返大气层和安全 降落；其三，提供飞行空间环境参数，及时发现 各种意外情况，采取应急措施，确保航天器和航 天员安全。
空警报，声信号蕴涵什么信息？（敌机空袭）。
机械信号是指机械系统在运行过程中各种随 时间变化的动态信息，经各种测试仪器拾取并存储 下来的数据或图像。 信号是物理性的，是物质，具有能量。人类获 取信息，需要借助信号的传播。
机械工程测试技术
测试、信息处理的基本内容
人类认识世界，是以感官感知自然信息开始的。 但人类感官具有局限性。传感器扩展了人类的感 知信息的功能。如望远镜（宏观)、扫描隧道电子显微镜（微
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理、 安全监测、照明控制、空调 控制、停车管理、水/废水管 理和电梯监控。
烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
5、家庭与办公自动化
机械工程测试技术
在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
全自动洗衣机中的传感器： 衣物重量传感器，衣质传感 器，水温传感器，水质传感 器，透光率光传感器(洗净 度) 液位传感器，电阻传感 器(衣物烘干检测)。
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
15
3
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。
机械工程测试技术
2、信号处理方面
计算机虚拟仪器技术
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 优 点
我们的工作
1.4 主要传感器和测试仪器生产厂商
1.4.1 工业自动化类传感器
美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）
http://www.honeywell.com/china
1.4.2
振动/噪声传感器
http://www.bksv.com/
丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）
25
机械工程测试技术
美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)
http://www.ni.com/
美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)
http://www.agilent.com.cn/
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。
机械工程测试技术
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。
非电量
电 量
传感器将被测物理量(非电量) 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。
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。
香港理工AGV模型
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。
机械工程测试技术
密歇根大学数字化工厂
机械工程测试技术
2、工业设备运行状态监控
观），科学家预言：人类将得知和制造出任何一种物质。
工程中常将各种非电物理量变换为电信号，以 利于信息的传输、存储和处理。 要获得有用的信息，必须对被测物理量进行转 换、分析和处理，必须借助一定的测试系统。
机械工程测试技术
简单的测试系统可 以只有一个模块， 如玻璃管温度计。 它直接将被温度变 化转化液面示值。 没有电量转换和分 析电路，很简单， 但精度底，无法实 现测量自动化。
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 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。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
机械工程测试技术
b) AGV自动送货车
机械工程测试技术
绪论
本章学习要求：
1.掌握测试及信息处理的概念及内容
2.了解机械工程测试技术技术的应用情况
3.了解测试技术的发展动态
机械工程测试技术
测试、信息、信号
测试(measurement and test)是具有试验性质的 测量。也可以理解为测量和试验的综合。 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、发展和检验自然科学理论 的实践基础。
19
机械工程测试技术
1-3 测试技术的发展
1、传感器方面
a)结构型传感器 物性型传感器：利用新发现的材料 和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器
生物酶血样分析传感器
光纤流速传感器
热 /光
电量
机械工程测试技术
b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器
振动网络传感器
嵌入式计算机
智能压力网络 传感器
机械工程测试技术
测试技术的工程应用
测试技术几乎涉及任何一项工程领域，无论 是生物、海洋、气象、地质、通信以及机械、电 子等工程，都离不开测试与信息处理。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。
机械工程测试技术
测试技术的工程应用
机械工程测试技术
1、工业自动化中的应用
信息与控制：
机械工程测试技术
仓储模型
机械手
培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习 和解决问题的能力 。
机械工程测试技术
煤气包高度测量
桥梁固频测量
机翼模态分析
索道检测
NMD和TMD
如何发现目标 －>
卫星如何预警 基地雷达如何预警
一个测试过程
如何使拦截导弹击中目标
一颗子弹如何才能打中另一颗子弹？
测试属于信息科学范畴。
机械工程测试技术
信息(information)是物质所固有的，是其客观 存在或运动状态的特征。事物的变化总会以某些特征形式表
现出来。如你想去旅游，如何表现？你高兴？如何表现？
信息本身不是物质，不具有能量，必须依靠能 量传输。 信号(signal)传输信息的载体，信息蕴涵于信 号之中。如古代烽火，光信号蕴涵什么信息？（敌人来进攻）。防
智能倾角RS232 传感器
IC总线数字温度 传感器
机械工程测试技术
2、机械工业方面
a)特殊的机械装置、宇航飞行器、原子锅炉等在 工作时间内应绝对可靠，安全监控必不可少。 b)机械与电子相结合，形成机电一体化产品。
c)机械产品和制造工程发生了飞跃，制造过程不 仅包含物质流与能量流，而且包含了信息流，正 在走向柔性化、集成化、智能化，这些发展的关 键就是在于信息的获取、传输、转换、存储、处 理与分析、利用。