《测试技术基础》PPT课件.ppt
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1、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础测试技术基础测试技术基础任课教师:刘增华任课教师:刘增华liuzenghua 67391720基础楼基础楼605北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础课程内容:课程内容:主要介绍工业自动化、环境监测、楼宇控制、交通主要介绍工业自动化、环境监测、楼宇控制、交通等领域中常见物理量等领域中常见物理量(应变、位移、加速度、温度、压应变、位移、加速度、温度、压力等力等)的测量原理和信号分析方法。)的测量原理和信号分析方法。北京工业大学机
2、电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础实践性强实践性强课程特点:课程特点:期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题:期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题:1.1.测试技术应用、发展部分空洞;测试技术应用、发展部分空洞;2.2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味;传感器部分没有实物对象、枯燥无味;3.3.信号分析理论部分深奥、难懂。信号分析理论部分深奥、难懂。教学方法:教学方法:理论教学理论教学案例教学案例教学 三者结合三者结合实践教学实践教学北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术
3、基础第一章第一章 绪论绪论本章学习要求:本章学习要求:1.1.掌握传感器及测试技术的基本概念掌握传感器及测试技术的基本概念2.2.了解传感器及测试技术的应用情况了解传感器及测试技术的应用情况 3.3.了解传感器及测试技术的发展动态了解传感器及测试技术的发展动态 4.4.了解主要传感器及测试仪器生产厂商了解主要传感器及测试仪器生产厂商 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制l测试系统的基本概念测试系统的基本概念l测试技术在国民经济中的地位和作用测试技术在国民经济中的地位和作用l工程测试技术涉及的内容工程测试技术涉及的内容l测试系统的组成测试系统的组成l传
4、感器及测试技术的发展趋势传感器及测试技术的发展趋势测试技术基础测试技术基础第一章第一章 绪论绪论北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制被测对象:被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体 )传感器、测试仪器、测试装置、测试系统传感器、测试仪器、测试装置、测试系统全部操作:全部操作:测试过程:测试过程:信号的采集、处理、显示、输出信号的采集、处理、显示、输出测试器具:测试器具:被测信息:被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、物理量(光、电、力、热、磁、声、)化学量(化学量(PHPH、成份、成份)生物量(酶、葡萄
5、糖、生物量(酶、葡萄糖、)测试测试系统(系统(测量测量系统系统/检测检测系统)系统)1.1 测试系统的基本概念测试系统的基本概念 定义:确定被测对象的定义:确定被测对象的属性属性和和量值量值为目的的全部操作为目的的全部操作北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试系统概念(测量系统测试系统概念(测量系统/检测系统)检测系统)测试技术是实验科学的一部分,主要研究各种测试技术是实验科学的一部分,主要研究各种物理量的测物理量的测试原理试原理和和信号分析处理信号分析处理方法。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测试技术是进行各种科学实验研究
6、和生产过程参数测量必不可少的手段,起着人类感官的作用。不可少的手段,起着人类感官的作用。为提高测量精度为提高测量精度和自动化程度,以便和自动化程度,以便于和其它环节一起构于和其它环节一起构成自动化装置,通常成自动化装置,通常先将被测物理量转换先将被测物理量转换为电量,再对电信号为电量,再对电信号进行处理和输出。进行处理和输出。简单的测试系统可以简单的测试系统可以只有一个模块,如玻璃管只有一个模块,如玻璃管温度计。它直接将被测温温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路,没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法很简单,但精度低,无法实现测量自动
7、化。实现测量自动化。1.1 测试系统的基本概念测试系统的基本概念 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制例:空调机测量控制室温例:空调机测量控制室温被测对象被测对象:被测信息被测信息:测试器具测试器具:操作过程操作过程:室内空气室内空气温度温度温度传感器温度传感器-热电阻、热电偶热电阻、热电偶空气空气 热敏电阻热敏电阻 电信号电信号 处理处理 显示显示1.1 测试系统的基本概念测试系统的基本概念 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 工业生产工业生产 倍增器倍增器 科学研究科学研究 先行官先行官 社社 会会
8、物化法官物化法官 军军 事事 战斗力战斗力1.2 测试技术在国民经济中的地位测试技术在国民经济中的地位北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术是带动国民经济增长的一个关键领域测试技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国:测试技术占在美国:测试技术占4%,拉动经济增长,拉动经济增长66%1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试系统的工程应用测试系统的工程应用 在工程领域,科学实验、产品开发、生产监督、质在工程领域,科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等,都离不开
9、测试技术。测试技术应用涉及到航量控制等,都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个领域。天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个领域。1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1)工业自动化中的应用工业自动化中的应用 机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转转动动/移移动动位位置置传传感感器器、力力传传感感器器、视视觉觉传传感感器器、听听觉觉传传感感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。在各种自动控制
10、系统中,测试环节起着系统感官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。的作用,是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 生产加工过程监测生产加工过程监测 切削力传感器,加切削力传感器,加工噪声传感器,超声波工噪声传感器,超声波测距传感器、红外接近测距传感器、红外接近开关传感器等。开关传感器等。密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化工厂1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大
11、学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制2)流程工业设备运行状态监控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小时在线监测系小时在线监测系统。统。石化企业输石化企业输油管道、储油罐油管道、储油罐等压力容器的破等压力容器的破损和泄漏检测。损和泄漏检测。1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制3)产品质量测量产品质量测量 在汽车
12、、机床等设备,电机、发动机等零部件出厂时,必在汽车、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。须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图,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。测试,工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥
13、永刚制在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位 检查轴承检查轴承滚珠是否脱漏滚珠是否脱漏检查容器内的液位检查容器内的液位3)产品质量测量产品质量测量 1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制4)PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器
14、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制5)测试技术在汽车中的应用日新月异测试技术在汽车中的应用日新月异发动机发动机:向发动机的电子控制单元(:向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工)提供发动机的工 作状况信息,作状况信息,对发动机工作状况进行精确控制。对发动机工作状况进行精确控制。温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传 感器等。感器等。汽车传感器汽车传感器:汽车电子控制系统的信息源,关键部件,核心技:汽车电子控制系统的信息源,关键部件,核心技 术内容。术内容。普通轿车:约安装几十到近百只传感
15、器,普通轿车:约安装几十到近百只传感器,豪华轿车:传感器数量可多达二百余只。豪华轿车:传感器数量可多达二百余只。底底 盘盘:控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防:控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防 抱死系统等抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温。车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温。车车 身身:提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等:提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、图象等。温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、图象等。1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚
16、刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制5)测试技术在汽车中的应用日新月异测试技术在汽车中的应用日新月异1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制科学研究的先行官科学研究的先行官 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说说“现代科学的进现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展步越来越依靠尖端仪器的发展”。俄国化学家门捷列夫指出俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始科学是从测量开始的的”。近近80年来,与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获年来,与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达得者达38人。人。1.2.2 科学研究先行官科学
17、研究先行官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术在军事上的应用测试技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术:非冷却红外传感器技术激光测距仪激光测距仪:可精确地定位目标。在发射:可精确地定位目标。在发射20mm20mm高爆弹时,激光高爆弹时,激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信,以测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信,以精确地设定引爆时间。精确地设定引爆时间。1.2.3 军事战斗力军事战斗力北京工业大学机电学院北京工业大学机
18、电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制中国神舟七号飞船内部结构中国神舟七号飞船内部结构 1.2.3 军事战斗力军事战斗力北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制嫦娥登月计划北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制物化法官物化法官 检查产品质量检查产品质量 监测环境污染监测环境污染 识别指纹、假钞识别指纹、假钞 查服违禁药物查服违禁药物 侦破刑事案件侦破刑事案件教学实验教学实验气象预报气象预报大地测绘大地测绘灾情预报灾情预报交通指挥交通指挥涵盖涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空吃穿用、农轻重、海陆空1.2.4 社会
19、的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术在日常生活中的应用与日俱增测试技术在日常生活中的应用与日俱增 家用电器:家用电器:数码相机、数码摄像机:自动对焦数码相机、数码摄像机:自动对焦-红外测距传感器红外测距传感器数字体温计:接触式数字体温计:接触式-热敏电阻,非接触式热敏电阻,非接触式-红外传感器红外传感器自动感应灯:亮度检测自动感应灯:亮度检测-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测空调、冰箱、电饭煲:温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风:话音转换电话、麦克风:话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感
20、器遥控接收:红外检测遥控接收:红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管办公商务:办公商务:可视对讲、可视电话:图像获取可视对讲、可视电话:图像获取-面阵面阵CCD扫描仪:文档扫描扫描仪:文档扫描-线阵线阵CCD红外传输数据:红外检测红外传输数据:红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管医疗卫生:医疗卫生:电子血压计:血压检测电子血压计:血压检测-压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪-离子传感器离子传感器1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制楼宇控制与安全
21、防护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、电梯运行状况监测等。度监测、电梯运行状况监测等。图示为某公司楼宇自动化图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为电源管理、系统。该系统分为电源管理、安全监测、照明控制、空调控安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水制、停车管理、水/废水管理和废水管理和电梯监控。电梯监控。烟雾传
22、感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器红外人体探测器红外人体探测器室内恒温器室内恒温器空气质量传感器空气质量传感器适度传感器适度传感器水压传感器水压传感器1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制家庭与办公自动化家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中,人们大量地应在家电产品和办公自动化产品设计中,人们大量地应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。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全自动洗衣机中的传感器:衣物重量传感器,衣质器:衣物重量传感器,衣质传感器,水温传感器,水质传感器,
23、水温传感器,水质传感器,透光率光电传感器传感器,透光率光电传感器(洗净度洗净度),液位传感器,电,液位传感器,电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制其它应用其它应用航天航天交通交通医学医学农业农业1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1)热工量:)热工量:温度温度t(、K、)压力(压强)压力(压强)
24、p(Pa)、压)、压 差差 p、真空度、流量真空度、流量q(m3)、流速)、流速 v(m/s)、)、物位、液位物位、液位 h(m)2)机械量:)机械量:直线位移直线位移x(m)、角位移)、角位移、速度、加速度、速度、加速度 a(m/s2)、转速转速 n(r/min)、应变)、应变(m/m)力矩力矩 T(Nm)、)、振动、噪声、质量(重量)振动、噪声、质量(重量)m(kg、t)3)几何量)几何量 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、硬度、材料缺陷等。材料缺陷等。1.3工程测试涉及的内容工程测试涉及的内容北京工业大学机电学院北京工业大学机电
25、学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制4 4)物体的性质和成分:)物体的性质和成分:空气的湿度(绝对、相对)、气体的化学成分、空气的湿度(绝对、相对)、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色5 5)状态量:)状态量:工作机械的运动状态(启停等)、生产设备的异工作机械的运动状态(启停等)、生产设备的异 常状态(超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞常状态(超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞 断裂等)断裂等)6)6)电工量电工量 (U、I、f、R、Z、E、B 在电工、电子等课在电工、电子等课 程中讲授,大多数不属于本课程的范围。)程中
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