第一章 空测试系统概述.ppt

航航 空空 测测 试试 系系 统统1曾 捷E-mail:办公室：明故宫校区智能楼313手机：139518727012课程概况课程概况教材：教材：航空测试系统，樊尚春等编著，北京：北航出版社航空测试系统，樊尚春等编著，北京：北航出版社教学安排：教学安排：1-141-14周，每周一（周，每周一（3 3，4 4节）节）/10-211/10-211 每周三（每周三（5 5，6 6节）节）/10-210/10-210讲授内容：讲授内容：与飞机飞行有关的信息的传感、采集、处理、与飞机飞行有关的信息的传感、采集、处理、传输、显示等技术及系统。传输、显示等技术及系统。特殊性：特殊性：航空密切相关，使用环境条件恶劣，对可靠航空密切相关，使用环境条件恶劣，对可靠性等性能的要求苛刻性等性能的要求苛刻学生已学知识？传感器、单片机学生已学知识？传感器、单片机3目目 录录第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 引言：测试的作用、研究内容、组成和分类引言：测试的作用、研究内容、组成和分类 1.2 1.2 航空测试系统的特点航空测试系统的特点 1.3 1.3 航空测试技术中的传感器分类、重要性航空测试技术中的传感器分类、重要性第第2 2章章 测试系统的静态特性与数据处理测试系统的静态特性与数据处理 2.1 2.1 测试系统静态特性的定义和研究意义测试系统静态特性的定义和研究意义 2.2 2.2 测试系统静态误差的分类及定义：测试系统静态误差的分类及定义：误差形式、规律和原因误差形式、规律和原因 2.3 2.3 测试系统的静态标定意义、条件及过程测试系统的静态标定意义、条件及过程 2.4 2.4 测试系统的主要静态性能指标、计算方法及误差测试系统的主要静态性能指标、计算方法及误差合成合成 （灵敏度、分辨率、漂移、温漂、线性度（灵敏度、分辨率、漂移、温漂、线性度 迟滞、重复性等）迟滞、重复性等）4第章第章 测试系统的动态特性与数据处理测试系统的动态特性与数据处理 .1.1 概述：动态特性的定义和研究意义概述：动态特性的定义和研究意义 .2.2 动态无失真测试条件：幅频、相频特性；动态无失真测试条件：幅频、相频特性；.3.3 测试系统的动态特性方程：微分、传递及状态测试系统的动态特性方程：微分、传递及状态 .4.4 测试系统动态特性响应及动态性能指标测试系统动态特性响应及动态性能指标（时域频域动态性能指标）（时域频域动态性能指标）第章第章 压力测试系统压力测试系统 .1.1 概述：压力的定义、单位、分类及常用弹性元件概述：压力的定义、单位、分类及常用弹性元件 .2.2 液柱式压力计；液柱式压力计；.3.3 位移式压力计：电位计、磁阻式、电容式压力计位移式压力计：电位计、磁阻式、电容式压力计 .4.4应变式压力计（平膜片、非粘贴式）应变式压力计（平膜片、非粘贴式）.5.5 压阻式压力计（基于单晶硅的压阻效应）压阻式压力计（基于单晶硅的压阻效应）4.6 4.6 压电式压力计（正压电压电式压力计（正压电/逆压电效应）逆压电效应）5第章第章 压力测试系统压力测试系统 .7.7 谐振式压力计（利用被测压力改变敏感元件）谐振式压力计（利用被测压力改变敏感元件）石英、硅基、谐振膜、振动筒式石英、硅基、谐振膜、振动筒式 .8.8 动态压力测量的管道和容腔效应；（有无阻尼振动态压力测量的管道和容腔效应；（有无阻尼振动频率）动频率）.9.9 压力测量装置的静、动态标定压力测量装置的静、动态标定第第5 5章章 振动、加速度与冲击测试系统振动、加速度与冲击测试系统 5.1 5.1 振动测试原理、方案及运动特性分析（内容：振动测试原理、方案及运动特性分析（内容：振动位移、振动速度、振动加速度和振动频率）振动位移、振动速度、振动加速度和振动频率）5.2 5.2 位移式测振仪；位移式测振仪；5.3 5.3 磁电式测振速度仪；磁电式测振速度仪；5.4 5.4 应变式振动传感器；（直接测加速度应变式振动传感器；（直接测加速度 再积分得到再积分得到振动速度和振动位移）振动速度和振动位移）6第第5 5章章 振动、加速度与冲击测试系统振动、加速度与冲击测试系统 5.5 5.5 压阻式振动传感器压阻式振动传感器 5.6 5.6 压电式振动加速度传感器；特点：质量小频带宽压电式振动加速度传感器；特点：质量小频带宽5.7 5.7 振动传感器标定；振动传感器标定；5.8 5.8 冲击测量；特点、危害冲击测量；特点、危害 5.9 5.9 线加速度测量原理和力学基础线加速度测量原理和力学基础 5.10 5.10 典型线位移式速度传感器典型线位移式速度传感器 5.11 5.11 加速度传感器的静态标定（重力加速度计和加速度传感器的静态标定（重力加速度计和离心转台）离心转台）7第第6 6章章 温度测量（人机环境）温度测量（人机环境）6.1 6.1 概述：温度概念、温标、概述：温度概念、温标、温度计标定与校正、测温方法和分类温度计标定与校正、测温方法和分类 6.2 6.2 热电阻测温：金属热电阻、半导体热敏电阻热电阻测温：金属热电阻、半导体热敏电阻 热电阻测温电桥热电阻测温电桥6.3 6.3 半导体半导体P-NP-N结测温；结测温；6.4 6.4 热电耦测温：热电效应、热电耦工作原理、热电耦测温：热电效应、热电耦工作原理、热电耦误差和补偿、热电耦组成、分类及特点热电耦误差和补偿、热电耦组成、分类及特点 6.5 6.5 非接触式温度测量系统非接触式温度测量系统 全辐射测温系统、亮度式测温系统、比色测量全辐射测温系统、亮度式测温系统、比色测量 8第第7 7章章 流量测量系统流量测量系统 7.1 7.1 概述：流量概念、分类、应用概述：流量概念、分类、应用 体积体积/质量质量 7.2 7.2 节流式流量计节流式流量计 利用改变流通管道截面，使得管道静压发生变化利用改变流通管道截面，使得管道静压发生变化7.3 7.3 涡轮流量计：涡轮转动，计数脉冲涡轮流量计：涡轮转动，计数脉冲 7.4 7.4 电磁流量计：被测导电流体、达拉第效应电磁流量计：被测导电流体、达拉第效应 7.5 7.5 超声波流量计超声波流量计:超声波在流体中传输速度超声波在流体中传输速度 7.6 7.6 流量标准与标定流量标准与标定 分流体、气体分流体、气体 9第第8 8章章 转速测量系统转速测量系统 8.1 8.1 概述：转速概念、应用（发动机、旋翼）分类概述：转速概念、应用（发动机、旋翼）分类 8.2 8.2 接触式转速表接触式转速表 8.3 8.3 测速发电机：直流、交流测速发电机：直流、交流 8.4 8.4 数字式转速表：磁电式、电涡流式、霍尔式、光电数字式转速表：磁电式、电涡流式、霍尔式、光电 8.5 8.5 转速表标定转速表标定第第9 9章章 扭矩测量系统扭矩测量系统 9.1 9.1 概述：力矩概念、扭矩、静态、直升机、发动机概述：力矩概念、扭矩、静态、直升机、发动机 9.2 9.2 扭矩传感器变换原理扭矩传感器变换原理 应变式应变式 角位移式（扭角）角位移式（扭角）9.3 9.3 扭矩传感器的电源、信号传输方式扭矩传感器的电源、信号传输方式10第第1010章章 空速管、迎角及总温测量系统空速管、迎角及总温测量系统 10.1 10.1 迎角测量迎角测量*10.2 10.2 静压管及其特性静压管及其特性 第第1111章章 飞行高度及升降速度测量飞行高度及升降速度测量 11.1 11.1 飞行高度的测量飞行高度的测量 绝对绝对/相对相对 11.2 11.2 气压测高的原理和方法气压测高的原理和方法 11.3 11.3 高度偏差的测量高度偏差的测量 11.4 11.4 高度变化率的测量（升降速度）高度变化率的测量（升降速度）11第第1212章章 飞行速度测量系统飞行速度测量系统 12.1 12.1 地速测量地速测量 12.2 12.2 空速测量理论空速测量理论 12.3 Ma12.3 Ma速测量速测量第第1313章章 飞行姿态测量飞行姿态测量 13.1 13.1 概述概述 姿态角和姿态角速度姿态角和姿态角速度 俯仰角、倾斜角俯仰角、倾斜角 13.2 13.2 机电型陀螺仪机电型陀螺仪 13.3 13.3 其他类型陀螺其他类型陀螺 扰性扰性/激光激光/光纤型光纤型第第1414章章 航向测量航向测量 14.1 14.1 航向及航线航向及航线 飞机机头方向飞机机头方向 与参考的角度与参考的角度 14.2 14.2 磁罗盘与航向传感器磁罗盘与航向传感器 13.3 13.3 其他类型陀螺其他类型陀螺 扰性扰性/激光激光/光纤型光纤型12第第1 1章章 绪论绪论11.1 1 引言引言1.1.1 测试的作用与地位测试的作用与地位A.A.人的身体的状态测试；（定性）人的身体的状态测试；（定性）B.B.人的体重的测量；（定量）人的体重的测量；（定量）测试定义：测试定义：通过实验认识客观世界，取得实验对象的定性或定量信息的通过实验认识客观世界，取得实验对象的定性或定量信息的一种基本方法，认识自然界的主要工具。一种基本方法，认识自然界的主要工具。作用与地位：作用与地位：A A 信息的源头，分析、评估、判断、控制的依据，信息的源头，分析、评估、判断、控制的依据，B B 各种现代装备设计和制造的首位，生产率、制造水平、实用性水各种现代装备设计和制造的首位，生产率、制造水平、实用性水平的重要标志，国家科技水平标志平的重要标志，国家科技水平标志 C C 信息技术三大重要组成：测试、计算机及通信技术信息技术三大重要组成：测试、计算机及通信技术13测试系统：把被测参数自动转换为可直接观测测试系统：把被测参数自动转换为可直接观测的指示值或等效信息的系统。的指示值或等效信息的系统。传感器：由敏感元件直接感受被测量，并将其传感器：由敏感元件直接感受被测量，并将其转换为可测量转换为可测量(电流、电压电流、电压)的一套完整装置。的一套完整装置。141.1.2 测试技术的内容测试技术的内容测试原理、方法、系统和测试信号的分析和处理测试原理、方法、系统和测试信号的分析和处理 测量就是测量就是借助仪器将待测量与同类标准量进行比较，确借助仪器将待测量与同类标准量进行比较，确定待测量是该同类单位量的多少倍的过程称作测量。测量定待测量是该同类单位量的多少倍的过程称作测量。测量数据要写明数值的大小和计量单位。数据要写明数值的大小和计量单位。测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。数值的测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。数值的测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。数值的测量的结果包括数值大小和测量单位两部分。数值的大小可以用数字表示，也可以是曲线或者图形。无论表现大小可以用数字表示，也可以是曲线或者图形。无论表现大小可以用数字表示，也可以是曲线或者图形。无论表现大小可以用数字表示，也可以是曲线或者图形。无论表现形式如何，在测量结果中必须注明单位。否则，测量结果形式如何，在测量结果中必须注明单位。否则，测量结果形式如何，在测量结果中必须注明单位。否则，测量结果形式如何，在测量结果中必须注明单位。否则，测量结果是没有意义的。是没有意义的。是没有意义的。是没有意义的。15测试原理：测试原理：进行测试所依据的原理进行测试所依据的原理测试方法：测试方法：根据测试原理所采用的测量方法根据测试原理所采用的测量方法 直接直接/间接间接 动态动态/静态静态 等精度等精度按方法分类：按方法分类：按条件分类：按条件分类：n直接测量直接测量n间接测量间接测量 n n等精度测量等精度测量n非等精度测量非等精度测量16.直接测量用事先分度或标定好的测量仪表，直接读取被测量测量结果的方法称为直接测量。例如，用温度计测量温度，用电压表测量电压等。直接测量是工程技术中大量采用的方法，其优点是直观、简便、迅速，但不易达到很高的测量精度。.间接测量首先，对和被测量有确定函数关系的几个量进行测量，然后，再将测量值代入函数关系式，经过计算得到所需结果。这种测量方法，属于间接测量。例如，测量直流电功率时，根据PIU的关系，分别对I、U进行直接测量，再计算出功率P。在间接测量中，测量结果y和直接测量值xi(i1，2，3)之间的关系式可用下式表示yf(x1x2x3)(1-3-1)间接测量手续多，花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直接测量的仪表时才采用。测量测量直接测量直接测量间接测量间接测量数值数值单位单位17等精度测量等精度测量：在保持测量条件不变的情况下，对同一被测在保持测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次测量的过程称为等精度测量。量进行多次测量的过程称为等精度测量。这里所说测量条这里所说测量条件包括所有对测量结果产生影响的主客观因素：使用的仪器、件包括所有对测量结果产生影响的主客观因素：使用的仪器、方法、步骤、心情、检测环境等方法、步骤、心情、检测环境等非等精度测量非等精度测量：如果在同一被测量的多次重复测量中，不如果在同一被测量的多次重复测量中，不是所有测量条件都维持不变是所有测量条件都维持不变如改变某些主客观因素：使用如改变某些主客观因素：使用的仪器、方法、步骤、疲劳因素、检测环境等的仪器、方法、步骤、疲劳因素、检测环境等 等精度测量更为普遍；而有时为验证某个结论、某种新的测等精度测量更为普遍；而有时为验证某个结论、某种新的测量方法，某种新仪器的性能也会采用非等精度测量。量方法，某种新仪器的性能也会采用非等精度测量。18测试系统：测试系统：根据测试原理和测试方法构建系统；根据测试原理和测试方法构建系统；功能：自动测量功能：自动测量 量程选择量程选择 分析分析分析：分析：获得信号的特征获得信号的特征 类别类别 构成构成 特征参数特征参数处理：处理：滤波、变换、调制、解调、识别、估值滤波、变换、调制、解调、识别、估值等，以便于更容易获取信号的有用信息等，以便于更容易获取信号的有用信息 确定性信号确定性信号vsvs随机信号的分析与处理？随机信号的分析与处理？1 1191.1.3 测试系统组成与分类测试系统组成与分类组成：组成：Fig 1.1.1 Fig 1.1.1（一般测试系统）（一般测试系统）Fig 1.1.2 Fig 1.1.2（模拟式测量系统）（模拟式测量系统）Fig 1.1.3 Fig 1.1.3（数字式测量系统）（数字式测量系统）测试系统：测量和分析试验对象各种信息所需要的全部测试系统：测量和分析试验对象各种信息所需要的全部软件和硬件。完成采集、加工处理、分析软件和硬件。完成采集、加工处理、分析 显示等多种自显示等多种自动化功能。动化功能。数字式测量优点：抗干扰能力、速度快、精度高、数字式测量优点：抗干扰能力、速度快、精度高、功能多功能多在设计、配置测试系统时，应考虑的因素？在设计、配置测试系统时，应考虑的因素？201.2 航空测试技术的特点航空测试技术的特点A A：被测参数种类繁多被测参数种类繁多B B：随时间变化规律复杂随时间变化规律复杂C C：一个参数多种用途一个参数多种用途D D：需要综合显示需要综合显示(飞机座舱综合显示飞机座舱综合显示)平视显示器(HUD)，头盔综合显示器（F35）(HMD)E E：环境恶劣（振动、冲击、温度、湿度、压力、腐蚀、环境恶劣（振动、冲击、温度、湿度、压力、腐蚀、电磁）电磁）F F：对能耗、散热、体积、重量等有严格要求对能耗、散热、体积、重量等有严格要求 G G：对可靠性、热备份、余度等有严格要求对可靠性、热备份、余度等有严格要求21F35F35221.3 航空测试技术中的传感器航空测试技术中的传感器传感器作用：传感器作用：测试系统中的主导地位测试系统中的主导地位 应用范围应用范围 飞行中飞行中：飞行姿态、飞行状态、导航定位参数、动力装：飞行姿态、飞行状态、导航定位参数、动力装置、燃置、燃/滑油系统、武器、火控、飞控、液压、电源、起落滑油系统、武器、火控、飞控、液压、电源、起落架、环控、救生、安全等架、环控、救生、安全等 地面：地面：各种试验检测各种试验检测 分类：分类：P11P11，T1.3.1-1.3.5T1.3.1-1.3.523例：发动机需用的传感器例：发动机需用的传感器2 224