測量技術(shù)基礎(chǔ)緒論-測量技術(shù)基礎(chǔ)-01

測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ)任課教師：焦敬品辦公室：基礎(chǔ)樓604測試技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容：

主要介紹工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、樓宇控制、交通等領(lǐng)域中常見物理量(應變、位移、加速度、溫度、壓力等）的測量原理和信號分析方法。信號分析基礎(chǔ)測試系統(tǒng)特性信號調(diào)理電路數(shù)字信號處理綜合訓練主要內(nèi)容誤差與數(shù)據(jù)處理傳感器原理緒論測試技術(shù)基礎(chǔ)實踐性強課程特點：

期望逐步解決側(cè)重課本教學中存在的一些問題：1.測試技術(shù)應用、發(fā)展部分空洞；2.傳感器部分沒有實物對象、枯燥無味；3.信號分析理論部分深奧、難懂。教學方法：

理論教學案例教學三者結(jié)合實踐教學測試技術(shù)基礎(chǔ)第一章緒論本章學習要求：1.掌握傳感器及測試技術(shù)的基本概念2.了解傳感器及測試技術(shù)的應用情況3.了解傳感器及測試技術(shù)的發(fā)展動態(tài)4.了解主要傳感器及測試儀器生產(chǎn)廠商

測試系統(tǒng)的基本概念測試技術(shù)在國民經(jīng)濟中的地位和作用工程測試技術(shù)涉及的內(nèi)容測試系統(tǒng)的組成傳感器及測試技術(shù)的發(fā)展趨勢測試技術(shù)基礎(chǔ)第一章緒論被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）傳感器、測試儀器、測試裝置、測試系統(tǒng)全部操作：測試過程：信號的采集、處理、顯示、輸出測試器具：被測信息：物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……測試系統(tǒng)（測量系統(tǒng)/檢測系統(tǒng)）§1.1測試系統(tǒng)的基本概念定義：確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作測試系統(tǒng)概念（測量系統(tǒng)/檢測系統(tǒng)）測試技術(shù)是實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的測試原理和信號分析處理方法。測試技術(shù)是進行各種科學實驗研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人類感官的作用。為提高測量精度和自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動化裝置，通常先將被測物理量轉(zhuǎn)換為電量，再對電信號進行處理和輸出。簡單的測試系統(tǒng)可以只有一個模塊，如玻璃管溫度計。它直接將被測溫度變化轉(zhuǎn)化為液面示值。沒有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡單，但精度低，無法實現(xiàn)測量自動化。

§1.1測試系統(tǒng)的基本概念例：空調(diào)機測量控制室溫被測對象：被測信息：測試器具：操作過程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶空氣

熱敏電阻

電信號

處理

顯示§1.1測試系統(tǒng)的基本概念

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§1.2測試技術(shù)在國民經(jīng)濟中的地位測試技術(shù)是帶動國民經(jīng)濟增長的一個關(guān)鍵領(lǐng)域在美國：測試技術(shù)占4%，拉動經(jīng)濟增長66%§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器測試系統(tǒng)的工程應用

在工程領(lǐng)域，科學實驗、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)應用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸?shù)让恳粋€領(lǐng)域?！?.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器1)工業(yè)自動化中的應用

機械手、機器人中的傳感器

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。密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機器狗§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器生產(chǎn)加工過程監(jiān)測

切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感器等。密歇根大學數(shù)字化工廠§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器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漏檢測?！?.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器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§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位…檢查軸承滾珠是否脫漏檢查容器內(nèi)的液位3)產(chǎn)品質(zhì)量測量§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器4)PC機中的測試技術(shù)應用鼠標:光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風:電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器5)測試技術(shù)在汽車中的應用日新月異發(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。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、圖象等?！?.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器5)測試技術(shù)在汽車中的應用日新月異§1.2.1工業(yè)生產(chǎn)倍增器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。§1.2.2科學研究先行官測試技術(shù)在軍事上的應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：可精確地定位目標。在發(fā)射20mm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，以精確地設(shè)定引爆時間?！?.2.3軍事戰(zhàn)斗力中國神舟七號飛船內(nèi)部結(jié)構(gòu)

§1.2.3軍事戰(zhàn)斗力物化法官檢查產(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……教學實驗氣象預報大地測繪災情預報交通指揮……涵蓋

吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空§1.2.4社會的物化法官測試技術(shù)在日常生活中的應用與日俱增家用電器：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：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§1.2.4社會的物化法官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)運行的經(jīng)濟性和管理的智能化。在樓宇中應用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運行狀況監(jiān)測等。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室內(nèi)恒溫器空氣質(zhì)量傳感器適度傳感器水壓傳感器§1.2.4社會的物化法官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，人們大量地應用了傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光電傳感器(洗凈度)，液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器§1.2.4社會的物化法官其它應用航天交通醫(yī)學農(nóng)業(yè)§1.2.4社會的物化法官1）熱工量：溫度t（℃、K、℉）壓力（壓強）p（Pa）、壓差Δp、真空度、流量q（m3）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）2）機械量：直線位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、轉(zhuǎn)速n（r/min）、應變ε（

m/m）力矩T（Nm）、振動、噪聲、質(zhì)量（重量）m（kg、t）3）幾何量長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等?！?.3工程測試涉及的內(nèi)容4）物體的性質(zhì)和成分：空氣的濕度（絕對、相對）、氣體的化學成分、濃度、液體的粘度、濁度、透明度、物體的顏色5）狀態(tài)量：工作機械的運動狀態(tài)（啟停等）、生產(chǎn)設(shè)備的異常狀態(tài)（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞斷裂等）6)電工量（U、I、f、R、Z、E、B……在電工、電子等課程中講授，大多數(shù)不屬于本課程的范圍。）§1.3工程測試涉及的內(nèi)容一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。

傳感器將被測物理量(如噪聲,溫度)檢測出并轉(zhuǎn)換為電信號，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，顯示記錄裝置則將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。測試系統(tǒng)組成§1.4測試系統(tǒng)的組成信息轉(zhuǎn)換信息提取§1.4測試系統(tǒng)的組成國家標準（GB7665-87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義：

能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務；②輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；③輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量。傳感器名稱：變送器、變換器、探測器、敏感元件、換能器、一次儀表、探頭等傳感器功用：一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去?！?.5.1傳感器的定義輔助電源敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測量電量敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入量轉(zhuǎn)換成電路參量?；巨D(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出?！?.5.2傳感器的組成由于空間的限制或者其他原因,轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。然而，因為不少傳感器要在通過轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電信號，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。

最簡單的傳感器由一個敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊m是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。熱電偶壓電加速度傳感器氣體壓力傳感器§1.5.2傳感器的組成外界刺激人類五官傳感器大腦計算機骨骼和肌肉執(zhí)行機構(gòu)神經(jīng)機器人通訊神經(jīng)通訊現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)：

信息采集、傳輸與處理技術(shù)分別應用到：

傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機