機械測試技術(shù)

機械工程測試技術(shù)培黎工程技術(shù)學(xué)院機電工程系Tel:0931~7601138一、測試和測量測試：是人們認識客觀事物的方法。測試技術(shù)：測量技術(shù)和試驗技術(shù)的統(tǒng)稱。試驗是機械基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的重要環(huán)節(jié)。測量：以確定被測對象的量值為目的而進行的實驗過程；不僅工程試驗需要測量，在機器和生產(chǎn)過程的運行監(jiān)測、控制和故障診斷也需要在線測量。測量系統(tǒng)已經(jīng)成為機器和生產(chǎn)線的重要組成部分。本教材的主要內(nèi)容是測量技術(shù)和儀器，試驗技術(shù)不作討論。第一節(jié)測試與測試技術(shù)測試過程包括：

⑴信息的提取

⑵信息轉(zhuǎn)換存儲與傳輸

⑶信息的顯示和記錄⑷信號的處理與分析測量系統(tǒng)的一般構(gòu)成：敏感元件顯示或存儲轉(zhuǎn)換元件適調(diào)電路接口（數(shù)字化）計算機或控制系統(tǒng)分析結(jié)果反饋、控制或監(jiān)測診斷放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等輸出一般為電信號A/D轉(zhuǎn)換第二節(jié)測試技術(shù)的重要性測試是人類認識客觀世界的手段，是科學(xué)研究的基本方法。測試技術(shù)在科學(xué)探索，用定量關(guān)系和數(shù)學(xué)語言來表達科學(xué)規(guī)律和理論，檢驗科學(xué)理論和規(guī)律的正確性等方面具有重要作用。測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能試驗等具有重要作用。

測試技術(shù)的先進性是一個地區(qū)、一個國家科技發(fā)達程度的重要標志之一。第三節(jié)測試技術(shù)的工程應(yīng)用1、產(chǎn)品開發(fā)與性能實驗

●新產(chǎn)品開發(fā)必須經(jīng)過設(shè)計、試驗、市場檢驗、批量生產(chǎn)等過程?！癞a(chǎn)品零部件、整機的性能試驗，是檢驗設(shè)計正確與否的唯一依據(jù)?！裨S多產(chǎn)品都要經(jīng)過“設(shè)計--建立--測試”循環(huán)，即使已定型的產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中也需要對每一產(chǎn)品或其部份抽樣作性能試驗，以便控制產(chǎn)品質(zhì)量?！癞a(chǎn)品的性能試驗結(jié)果是用戶驗收產(chǎn)品的主要依據(jù)。滾動軸承壽命及可靠性試驗系統(tǒng)2、機械故障診斷

一、機械設(shè)備監(jiān)測與故障診斷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、冶金等行業(yè)的大型、高速旋轉(zhuǎn)機械。

二、機械系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)劃分為：

機械測量監(jiān)視與保護數(shù)據(jù)采集振動狀態(tài)分析數(shù)據(jù)傳輸

三、機械故障診斷意義●機械發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個生產(chǎn)停頓，造成巨大的經(jīng)濟損失。●在設(shè)備的運行狀態(tài)下，要了解、掌握其內(nèi)部狀況（如溫升、振動、噪聲、應(yīng)力應(yīng)變、潤滑油狀況、異味等）?！癖ＷC設(shè)備的安全運行，預(yù)防和減少惡性事故的發(fā)生，消除故障隱患，保障人身和設(shè)備安全，提高生產(chǎn)率?！駲C械故障診斷能夠滿足機器設(shè)備及其零件的高可靠性和高利用率要求。3、產(chǎn)品質(zhì)量控制與生產(chǎn)檢測

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。

圖示為汽車制造廠發(fā)動機檢驗原理框圖，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。第四節(jié)測試技術(shù)的發(fā)展概況1、傳感器方面的發(fā)展a)““物性型”傳感器大量涌現(xiàn)結(jié)構(gòu)型傳感器——依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。物性型傳感器——依靠敏感元件材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)變?？勺兇抛栉灰苽鞲衅魑镄孕蛡鞲衅鞯拈_發(fā)實質(zhì)是新材料的開發(fā)。例如：半導(dǎo)體、陶瓷、光導(dǎo)纖維、磁性材料、“智能材料”等等。F+b)集成、智能傳感器的開發(fā)集成化傳感器——同功能的敏感元件排成線型、面型；不同功能的敏感元件集成，測不同參量；傳感器與放大、運算、溫度補償?shù)入娐返募?。智能化傳感器＝傳感?嵌入式計算機智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進行補償，而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。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IC總線數(shù)字溫度傳感器c)生物、化學(xué)傳感器的開發(fā)利用新發(fā)現(xiàn)的生物、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量微生物/酶等敏感元件

氣體傳感器通常在大氣工況中使用，被測氣體分子附著于傳感器的功能材料表面且與之起化學(xué)反應(yīng)。氣體濃度的高低轉(zhuǎn)化為電信號的大小。2、計算機測試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用主要內(nèi)容：傳感器網(wǎng)絡(luò)及儀器總線技術(shù)、Internet網(wǎng)與遠程測試、測試過程與儀器控制技術(shù)，虛擬儀器及其編程等。

計算機虛擬儀器技術(shù)(1)傳統(tǒng)測量儀器：如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等，其功能主要由硬件實現(xiàn)，出廠時已由制造商定義，用戶無權(quán)修改。(2)虛擬儀器：虛擬儀器（VirtualInstrument，縮寫為VI）是基于計算機的儀器，是將儀器裝入計算機，以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的基本結(jié)構(gòu)的比較：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虛擬儀器就是在通用計算機上加上軟件和（或）硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設(shè)計的專用的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。

“軟件即儀器”傳統(tǒng)儀器虛擬儀器關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是軟件開發(fā)與維護的費用高開發(fā)與維護的費用低技術(shù)更新周期長(5-10年)技術(shù)更新周期短（0.5-1年）價格高價格低，并且可重復(fù)性與可配置性強生產(chǎn)商定義儀器功能用戶定義儀器功能系統(tǒng)封閉、固定系統(tǒng)開放、靈活、與計算機的進步同步不易與其他設(shè)備連接極易與其他設(shè)備連接

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：

（１）智能化程度高，處理能力強。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，將先進的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。

（３）可操作性強。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計不同的操作顯示界面。使用計算機的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量完后還可打印，顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高。（２復(fù)用性強，系統(tǒng)費用低。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費用更低。通過與計算機網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。

應(yīng)用舉例一、工業(yè)測控二、時序分析三、系統(tǒng)仿真四、遠程測量化工生產(chǎn)流量測控

濾波器頻響分析汽車引擎震動分析馬路路燈照度模擬

虛擬儀器的主要特點有盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器；用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LabVIEW。

二LabVIEW簡單介紹LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是美國國家儀器公司（NationalInstruments，NI）開發(fā)的一種圖形化的編程語言。圖形化的程序語言，又稱為“Ｇ”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念，使編程簡單直觀。用LabVIEW做的示波器，與真實的示波器有著相同的功能第五節(jié)測試技術(shù)研究的主要內(nèi)容緒論第一章信號描述第二章測試系統(tǒng)的基本特性第三章常用傳感器技術(shù)第四章信號的調(diào)理與記錄第五章信號分析與處理課程性質(zhì)：“機械工程測試技術(shù)”是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)完本課程后應(yīng)具有以下幾方面的知識：掌握信號的時域及頻域的描述方法，建立明確的信號的頻譜結(jié)構(gòu)的概念；掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法；掌握數(shù)字信號分析中的一些基本概念。掌握測試裝置基本特性的評定方法。包括