機械工程測試與信號分析緒論

電子測量與傳感器技術(shù)

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

信息化是科學技術(shù)發(fā)展的必然……

人與機器的機能對應(yīng)關(guān)系：一、檢測的地位和作用2.信息流是客觀世界的一個主流物料流能流信息流客觀世界一、檢測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、檢測的地位和作用

獲取信息是儀器科學的基本任務(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賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。一、檢測的地位和作用

一、檢測的地位和作用傳感技術(shù)與信息技術(shù)、計算機技術(shù)并列成為支撐整個信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。3檢測儀器儀表的作用一、檢測的地位和作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器科學研究先行官社會物化法官軍事戰(zhàn)斗力一、檢測的地位和作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測技術(shù)是帶動國民經(jīng)濟增長的一個關(guān)鍵領(lǐng)域在美國：檢測技術(shù)占4%，拉動經(jīng)濟增長66%檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用一、檢測的地位和作用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….一、檢測技術(shù)的作用和地位檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用離線檢測：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，

檢測環(huán)節(jié)的成本約占

50~70%檢測技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異一、檢測技術(shù)的作用和地位發(fā)動機：向發(fā)動機的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機的工作狀況信息，對發(fā)動機工作狀況進行精確控制溫度、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)量可多達二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動機轉(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、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增一、檢測技術(shù)的作用和地位

家用電器：數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：自動對焦---紅外測距傳感器數(shù)字體溫計：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動感應(yīng)燈：亮度檢測---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對講、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---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器一、檢測技術(shù)的作用和地位科學研究的先行官諾貝爾獎獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學的進步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”俄國化學家門捷列夫指出“科學是從測量開始的”近80年來，與科學儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎獲得者達38人一、檢測技術(shù)的作用和地位軍事戰(zhàn)斗力

1991年海灣戰(zhàn)爭精確制導炸彈和導彈占8%

2003年伊拉克戰(zhàn)爭90%

1994年美國防部建立自動測試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)一、檢測技術(shù)的作用和地位檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準機系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測距儀：可精確的定位目標。在發(fā)射20毫米高爆彈時，激光測距儀可將目標的距離信息自動傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時間。美國國家導彈防御計劃---NMD一、檢測技術(shù)的作用和地位檢測技術(shù)在國防領(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）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(fā)現(xiàn)敵人導彈的發(fā)射并追蹤導彈的飛行軌道；攔截器：能識別真假彈頭，敵友方檢測技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重一、檢測技術(shù)的作用和地位飛行器測控---檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機工況，控制與操縱

火箭測控---檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

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

監(jiān)測環(huán)境污染識別指紋假鈔查服違禁藥物偵破刑事案件一、檢測技術(shù)的作用和地位……教學實驗、氣象預(yù)報、大地測繪、災(zāi)情預(yù)報、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)全部操作：檢測過程：確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作二、檢測的基本概念信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具：化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……例：空調(diào)機測量控制室溫二、檢測的基本概念空氣被測對象：被測信息：檢測器具：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處理顯示空調(diào)機三、檢測系統(tǒng)的構(gòu)成接口總線存儲顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構(gòu)成：信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的轉(zhuǎn)換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調(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、監(jiān)控、決策三、檢測系統(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體存儲器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實時信號分析儀

電子計算機

被測對象

傳感器

中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實驗結(jié)果處理裝置

激發(fā)裝置

智能電子警察監(jiān)測系統(tǒng)號圖像分辨率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10-200公里/小時技術(shù)指標四、檢測方法分類1.

直接測量（絕對測量、相對測量）間接測量組合測量2.

開環(huán)測量與閉環(huán)測量3.

偏差法、零位法、微差法四、檢測方法分類1、直接測量與間接測量直接測量：直接將被測量與標準量進行比較標準量標準計量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對測量定值標準量（如某一固定尺寸）

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

間接測量如測導線的導電率ρ：測量與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測量由計算獲得四、檢測方法分類2、開環(huán)測量與閉環(huán)測量開環(huán)測量：反饋測量：特點：簡單、直觀、明了；測量精度不高特點：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、檢測方法分類3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用測量儀表的指針相對于刻度的偏差位移直接表示測量的數(shù)值利用指零機構(gòu)的作用，使用被測量和已知標準量兩者達到平衡，根據(jù)指零機構(gòu)示值為零來確定被測量等于標準量值微差法：偏差法和零位法的結(jié)合被償測量被測量余數(shù)被償測量大值與標準量大體平衡四、檢測方法分類思考：桿秤、磅秤和天平分別屬于何種檢測方法？五、現(xiàn)代檢測技術(shù)發(fā)展趨勢智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化軟測量技術(shù)智能儀器工作過程1、微處理器接收來自鍵盤或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試電路，以規(guī)定功能、啟動測量、改變工作方式等，3、當測試電路完成一次測量后，微處理器讀取測量數(shù)據(jù)，進行必要的加工、計算、變換等處理，最后以各種方式輸出。虛擬儀器（VirtualInstrument簡稱VI）是計算機技術(shù)同儀器