機(jī)械工程測(cè)試與信號(hào)分析緒論

電子測(cè)量與傳感器技術(shù)

宋春華QQ:78808474TELMAIL:sch217628@163.com緒論一、檢測(cè)的作用與意義二、檢測(cè)的基本概念三、檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成四、檢測(cè)方法的分類五、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)歷史時(shí)代：手工化時(shí)代機(jī)械化時(shí)代自動(dòng)化時(shí)代信息化時(shí)代生產(chǎn)方式：人與簡(jiǎn)單工具動(dòng)力機(jī)與機(jī)械自動(dòng)測(cè)量控制智能機(jī)械裝置緒論一、檢測(cè)的地位和作用1.

信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然……

人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系：一、檢測(cè)的地位和作用2.信息流是客觀世界的一個(gè)主流物料流能流信息流客觀世界一、檢測(cè)的地位和作用信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…信息獲取是信息流的一環(huán)一、檢測(cè)的地位和作用

獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的源頭又是信息社會(huì)賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。一、檢測(cè)的地位和作用

一、檢測(cè)的地位和作用傳感技術(shù)與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并列成為支撐整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。3檢測(cè)儀器儀表的作用一、檢測(cè)的地位和作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器科學(xué)研究先行官社會(huì)物化法官軍事戰(zhàn)斗力一、檢測(cè)的地位和作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域在美國(guó)：檢測(cè)技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)66%檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用一、檢測(cè)的地位和作用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用離線檢測(cè)：零件參數(shù)、尺寸與形位公差、品質(zhì)參數(shù)作用：現(xiàn)代工程裝備中，

檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占

50~70%檢測(cè)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦---紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)---壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀---離子傳感器一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位科學(xué)研究的先行官諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來(lái)越依靠尖端儀器的發(fā)展”俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫指出“科學(xué)是從測(cè)量開始的”近80年來(lái)，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)38人一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位軍事戰(zhàn)斗力

1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占8%

2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)90%

1994年美國(guó)防部建立自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射20毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時(shí)間。美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng):探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；攔截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位飛行器測(cè)控---檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱

火箭測(cè)控---檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器，檢測(cè)參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)、神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位“物化法官”檢查產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測(cè)環(huán)境污染識(shí)別指紋假鈔查服違禁藥物偵破刑事案件一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位……教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空定義：被測(cè)信息：傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)全部操作：檢測(cè)過程：確定被測(cè)對(duì)象的屬性和量值為目的的全部操作二、檢測(cè)的基本概念信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測(cè)對(duì)象：宇宙萬(wàn)物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體……）檢測(cè)器具：化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫二、檢測(cè)的基本概念空氣被測(cè)對(duì)象：被測(cè)信息：檢測(cè)器具：操作過程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶熱敏電阻電信號(hào)處理顯示空調(diào)機(jī)三、檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成接口總線存儲(chǔ)顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構(gòu)成：信號(hào)檢出┇信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號(hào)檢出：功能---將被測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號(hào)轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件---信號(hào)調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環(huán)節(jié)：存儲(chǔ)、監(jiān)控、決策三、檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運(yùn)算器

阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀

電子計(jì)算機(jī)

被測(cè)對(duì)象

傳感器

中間變換測(cè)量裝置

顯示及記錄裝置

實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置

激發(fā)裝置

智能電子警察監(jiān)測(cè)系統(tǒng)號(hào)圖像分辨率700x560真彩色16MbitCCD鏡頭最低照度<0.4lux鏡頭分辨率>560線焦距12～48mm記錄模式3張/每車存儲(chǔ)圖像容量>14000張電源功率<250W供電電壓220VAC50Hz車型類別5種超速檢測(cè)10-200公里/小時(shí)技術(shù)指標(biāo)四、檢測(cè)方法分類1.

直接測(cè)量（絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)測(cè)量）間接測(cè)量組合測(cè)量2.

開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量3.

偏差法、零位法、微差法四、檢測(cè)方法分類1、直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量：直接將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對(duì)測(cè)量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸）

相對(duì)測(cè)量四、檢測(cè)方法分類--絕對(duì)測(cè)量：采用儀器、設(shè)備、手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值測(cè)量結(jié)果：20.1mm--相對(duì)測(cè)量：將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高基準(zhǔn)量：20.00mm測(cè)量值：+0.08mm結(jié)果：20.08mm特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高四、檢測(cè)方法分類

間接測(cè)量如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率ρ：測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量由計(jì)算獲得四、檢測(cè)方法分類2、開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開環(huán)測(cè)量：反饋測(cè)量：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高傳感器輸入量x輸出量y傳感器輸入量x輸出量y放大反向傳感器四、檢測(cè)方法分類3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用測(cè)量?jī)x表的指針相對(duì)于刻度的偏差位移直接表示測(cè)量的數(shù)值利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量?jī)烧哌_(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來(lái)確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值微差法：偏差法和零位法的結(jié)合被償測(cè)量被測(cè)量余數(shù)被償測(cè)量大值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡四、檢測(cè)方法分類思考：桿秤、磅秤和天平分別屬于何種檢測(cè)方法？五、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化軟測(cè)量技術(shù)智能儀器工作過程1、微處理器接收來(lái)自鍵盤或GPIB接口命令，解釋并執(zhí)行這些命令；2、微處理器通過接口發(fā)出各種控制信息給測(cè)試電路，以規(guī)定功能、啟動(dòng)測(cè)量、改變工作方式等，3、當(dāng)測(cè)試電路完成一次測(cè)量后，微處理器讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的加工、計(jì)算、變換等處理，最后以各種方式輸出。虛擬儀器（VirtualInstrument簡(jiǎn)稱VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)同儀器