傳感器與測試技術(shù)課件第一章：測試的基礎(chǔ)知識1

1、第一篇 工程測試技術(shù)基礎(chǔ)1.掌握測試的基本概念 2.了解測量誤差的基本概念3.了解測量數(shù)據(jù)處理的基本方法第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.1 測試的基本概念 1.1.1測量、計量與測試 測量：以確定被測對象屬性和量值為目的的全部操作。單位被測量 基準(zhǔn)量比較倍數(shù)（結(jié)果數(shù)值.單位）直接/間接 計量：實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。 為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時，所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測量器具。 計量的三個特征：統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計量內(nèi)容包括：單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、量值傳遞、計量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。 測試：意義更為廣泛的測量具有試驗性質(zhì)的

2、測量。從信息獲取角度：信息提?。y量）信號轉(zhuǎn)換、信息識別（極為重要） 煤氣包高度測量 橋梁固頻測量 機翼模態(tài)分析 索道檢測間接測量對與未知待測量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x(或n個變量)進行直接測量，然后再通過函數(shù) ，計算出待測量y。1.1.2、測試方法的分類 直接測量和間接測量直接測量用已標(biāo)定的儀器，直接地測量出某一待測未知量的量值。 接觸式測量和非接觸式測量非接觸式測量避免了對被測對象的影響。 靜態(tài)測量：對不隨時間變化的（靜止的）被測量進行的測量。 動態(tài)測量：對隨時間變化的被測量進行的測量，需確定被測量的瞬時值 及其隨時間變化的規(guī)律。靜態(tài)測量和動態(tài)測量非電量電測技術(shù)非電量電測：把被測的非電

3、量，通過傳感器變換成電信號再進行傳輸、處理等。工程中大多數(shù)被測量非電量，為滿足測試的精度、速度、處理、傳輸?shù)囊?，常常將非電量轉(zhuǎn)換為電量。1.1.3測試系統(tǒng)的組成 一般來說，測試系統(tǒng)是由傳感器、中間變換裝置（信號調(diào)理和信號分析與處理）和顯示記錄裝置組成并具有獲取某種信息之功能的整體。信息轉(zhuǎn)換、分析信息提取 傳感器將被測物理量(如力,溫度) 檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行信號分析（提取特征參數(shù)、頻譜分析、相關(guān)分析等），顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。 1.1.4 測試技術(shù)的工程應(yīng)用 在工程領(lǐng)域，科學(xué)實

4、驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測試技術(shù)。測試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸?shù)让恳粋€工程領(lǐng)域。 （1）自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用 a) 機器人傳感器 轉(zhuǎn)動/移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。 在各種自動控制系統(tǒng)中，測試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。密歇根大學(xué)的機械手裝配模型b) AGV自動送貨車 超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運動軌跡和AGV小車位置識別；條形碼傳感器，貨品識別。香港理工AGV模型c) 生產(chǎn)過程監(jiān)測 切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、

5、紅外接近開關(guān)傳感器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠（2）流程工業(yè)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控 在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運行狀態(tài)關(guān)系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立24小時在線監(jiān)測系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。（3）產(chǎn)品質(zhì)量測量 在汽車、機床等設(shè)備，電機、發(fā)動機等零部件出廠時，必須對其性能質(zhì)量進行測量和出廠檢驗。 圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量機床加工精度測量（4）樓宇控制與安全防護 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運

6、行的經(jīng)濟性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運行狀況。 圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器（5）家庭與辦公自動化 在家電產(chǎn)品和辦公自動化產(chǎn)品設(shè)計中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。 洗衣機中的傳感器： 衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)， 液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。 電腦中的傳感器： 鼠標(biāo):光電位移傳感器 攝象頭:CCD傳感器 麥克風(fēng):電容傳聲器鼠標(biāo):光電位移

7、傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器（6）其他應(yīng)用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)1.1.5 測試技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）新型傳感器a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量b) 小型化和集成化傳感器c) 智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器 振動網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計算機智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傾角RS232傳感器數(shù)字溫度傳感器（2）測量信號處理方面 a) 計算機虛擬儀器技術(shù) b) 基于網(wǎng)絡(luò)的遠程測試技術(shù)用PC機儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機軟件 代替硬件分析電路優(yōu)點1.1.6主要傳感器和測試儀器生產(chǎn)廠商（2）振動/噪聲傳感器 丹麥B&K（振動測量、聲學(xué)測量領(lǐng)域最富盛名）http:/ 美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心） http:/ 美國國家儀器公司(全球最大的計算機虛擬儀器生產(chǎn)商)http:/ 本課程主要介紹一般工業(yè)領(lǐng)域中常見物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度、流量等）的測量原理、測量電路原理和信號分析方法。緒論誤差分析信號分析基礎(chǔ)測試系統(tǒng)特性傳感器原理信號處 理 工程應(yīng)用虛擬儀器技術(shù) 課程主