机械工程测试技术课件绪论.ppt

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1、山东理工大学机械学院绪论机械工程测试技术机械工程学院仪器系Tel:2786982山东理工大学机械学院绪论一、测试和测量一、测试和测量l测试：是人们认识客观事物的方法。测试：是人们认识客观事物的方法。l测试技术：测量技术和试验技术的统称。测试技术：测量技术和试验技术的统称。l试验是机械基础研究和产品设计研发的重要环节。试验是机械基础研究和产品设计研发的重要环节。l测量：以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程；测量：以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程；l不仅工程试验需要测量，在机器和生产过程的运行监测、不仅工程试验需要测量，在机器和生产过程的运行监测、控制和故障诊断也需要在线测量。测量

2、系统已经成为机器控制和故障诊断也需要在线测量。测量系统已经成为机器和生产线的重要组成部分。和生产线的重要组成部分。l本教材的主要内容是本教材的主要内容是测量技术和仪器，测量技术和仪器，试验技术不作讨论。试验技术不作讨论。第一节第一节 测试与测试技术测试与测试技术山东理工大学机械学院绪论l测试过程包括：测试过程包括：信息的提取信息的提取信息转换存储与传输信息转换存储与传输信息的显示和记录信息的显示和记录信号的处理与分析信号的处理与分析山东理工大学机械学院绪论l测量系统的一般构成：测量系统的一般构成：敏感元件显示或存储转换元件适调电路接口（数字化）计算机或控制系统分析结果反馈、控制或监测诊断放大、

3、滤波、调制解调等输出一般为电信号A/D转换山东理工大学机械学院绪论山东理工大学机械学院绪论第二节第二节测试技术的重要性测试技术的重要性l测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。l测试技术在科学探索，用定量关系和数学语言来表达科学测试技术在科学探索，用定量关系和数学语言来表达科学规律和理论，检验科学理论和规律的正确性等方面具有重规律和理论，检验科学理论和规律的正确性等方面具有重要作用。要作用。l测试技术在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产测试技术在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等具有重要作用。

4、监督、质量控制和性能试验等具有重要作用。l测试技术的先进性是一个地区、一个国家科技发达程度的测试技术的先进性是一个地区、一个国家科技发达程度的重要标志之一重要标志之一。山东理工大学机械学院绪论第三节第三节测试技术的工程应用测试技术的工程应用1、产品开发与性能实验、产品开发与性能实验 新产品开发必须经过设计、试验、市场检验、批量生产新产品开发必须经过设计、试验、市场检验、批量生产等过程。等过程。产品零部件、整机的性能试验，是检验设计正确与否的产品零部件、整机的性能试验，是检验设计正确与否的唯一依据。唯一依据。许多产品都要经过许多产品都要经过“设计设计-建立建立-测试测试”循环，即使已定循环，即使

5、已定型的产品，在生产过程中也需要对每一产品或其部份抽样型的产品，在生产过程中也需要对每一产品或其部份抽样作性能试验，以便控制产品质量。作性能试验，以便控制产品质量。产品的性能试验结果是用户验收产品的主要依据。产品的性能试验结果是用户验收产品的主要依据。山东理工大学机械学院绪论滚动轴承寿命及可靠性试验系统滚动轴承寿命及可靠性试验系统山东理工大学机械学院绪论2、机械故障诊断机械故障诊断 一、机械设备监测与故障诊断技术被广泛应用于电力、一、机械设备监测与故障诊断技术被广泛应用于电力、石油化工、冶金等行业的大型、高速旋转机械。石油化工、冶金等行业的大型、高速旋转机械。二、机械系统故障诊断系统划分为：二

6、、机械系统故障诊断系统划分为：机械测量机械测量监视与保护监视与保护数据采集数据采集振动状态分析振动状态分析数据传输数据传输山东理工大学机械学院绪论三、机械故障诊断意义三、机械故障诊断意义机械发生故障，将导致整个生产停顿，造成巨大的经济损机械发生故障，将导致整个生产停顿，造成巨大的经济损失。失。在设备的运行状态下，要了解、掌握其内部状况（如温升、在设备的运行状态下，要了解、掌握其内部状况（如温升、振动、噪声、应力应变、润滑油状况、异味等）。振动、噪声、应力应变、润滑油状况、异味等）。保证设备的安全运行，预防和减少恶性事故的发生，消除保证设备的安全运行，预防和减少恶性事故的发生，消除故障隐患，保障

7、人身和设备安全，提高生产率。故障隐患，保障人身和设备安全，提高生产率。机械故障诊断能够满足机器设备及其零件的高可靠性和高机械故障诊断能够满足机器设备及其零件的高可靠性和高利用率要求。利用率要求。山东理工大学机械学院绪论3、产品质量控制与生产检测、产品质量控制与生产检测 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车制造厂图示为汽车制造厂发动机检验原理框图发动机检验原理框图，测量参数包括润，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过滑油温度、冷

8、却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。山东理工大学机械学院绪论第四节第四节测试技术的发展概况测试技术的发展概况1、传感器方面的发展、传感器方面的发展a)“物性型”传感器大量涌现结构型传感器依靠传感器结构参量的变化实现信号转变。物性型传感器依靠敏感元件材料本身的物理化学性质的变化实现信号的转变。可变磁阻位移传感器山东理工大学机械学院绪论物性型传感器的开发实质是新材料的开发。例如：半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料、“智能材料”等等。F+山东理工大学机械学院绪论b)集成、智能传感器的开发集成化传感器同功能的敏感元件排

9、成线型、面型；不同功能的敏感元件集成，测不同参量；传感器与放大、运算、温度补偿等电路的集成。智能化传感器传感器+嵌入式计算机智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器山东理工大学机械学院绪论c)生物、化学传感器的开发利用新发现的生物、化学效应开发出的新型传感器利用新发现的生物、化学效应开发出的新型传感器

10、生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量微生物微生物/酶等酶等敏感元件敏感元件山东理工大学机械学院绪论气体传感器通常在大气工况中使用，被测气体分子附气体传感器通常在大气工况中使用，被测气体分子附着于传感器的功能材料表面且与之起化学反应。气体浓度着于传感器的功能材料表面且与之起化学反应。气体浓度的高低转化为电信号的大小。的高低转化为电信号的大小。山东理工大学机械学院绪论2、计算机测试系统与虚拟仪器的应用、计算机测试系统与虚拟仪器的应用主要内容：传感器网络及仪器总线技术、主要内容：传感器网络及仪器总线技术、Internet网网与远程测试、测试过程与仪器控制技术，虚拟仪器及其与远程

11、测试、测试过程与仪器控制技术，虚拟仪器及其编程等。编程等。计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术(1)传统测量仪器传统测量仪器：如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，其功能主要由硬件实现，出厂时已由制造商定义，用户其功能主要由硬件实现，出厂时已由制造商定义，用户无权修改。无权修改。山东理工大学机械学院绪论(2)虚拟仪器虚拟仪器：虚拟仪器（Virtual Instrument，缩写为VI）是基于计算机的仪器，是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器和传统仪器的基本结构的比较：用用PC机仪器板卡机仪器

12、板卡代替传统仪器代替传统仪器用计算机软件用计算机软件代替硬件分析电路代替硬件分析电路虚拟仪器就是在通用计算机上加上软件和（或）硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模。“软件即仪器”山东理工大学机械学院绪论山东理工大学机械学院绪论 山东理工大学机械学院绪论与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的

13、技术优势，具体表现为：比、可操作性等方面都具有明显的技术优势，具体表现为：（）智能化程度高，处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。山东理工大学机械学院绪论（）可操作性强。虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印，显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高。（复用性强，

14、系统费用低。应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。山东理工大学机械学院绪论应用举例一、工业测控一、工业测控二、时序分析二、时序分析三、系统仿真三、系统仿真四、远程测量四、远程测量山东理工大学机械学院绪论化工生产流量测控化工生产流量测控山东理工大学机械学院绪论滤波器频响分析滤波器频响分析山东理工大学机械学院绪论汽车引擎汽车引擎震动分析震动分析山东理工大学机械学院绪论马路

15、路灯照度模拟马路路灯照度模拟山东理工大学机械学院绪论虚拟仪器的主要特点有尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件；可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器；用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。山东理工大学机械学院绪论二LabVIEW简单介绍LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是美国国家仪器公司（）是美国国

16、家仪器公司（NationalInstruments，NI）开发的一种图形化的编程语言。）开发的一种图形化的编程语言。图形化的程序语言，又称为图形化的程序语言，又称为“”语言。使用这种语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，使编程简单直观。师所熟悉的术语、图标和概念，使编程简单直观。山东理工大学机械学院绪论用LabVIEW做的示波器，与真实的示波器有着相同的功能山东理工大学机械学院绪论第五节第五节测试技术研究的主要内容测

17、试技术研究的主要内容绪论绪论第一章第一章信号描述信号描述第二章第二章测试系统的基本特性测试系统的基本特性第三章第三章常用传感器技术常用传感器技术第四章第四章信号的调理与记录信号的调理与记录第五章第五章信号分析与处理信号分析与处理山东理工大学机械学院绪论课程性质课程性质：“机械工程测试技术机械工程测试技术”是一门技术基础课是一门技术基础课。学完本课程后应具有以下几方面的知识学完本课程后应具有以下几方面的知识：掌握信号的时域及频域的描述方法，建立明确的信号的频谱结构的掌握信号的时域及频域的描述方法，建立明确的信号的频谱结构的概念；概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法；掌握频谱分析和相关分析

18、的基本原理和方法；掌握数字信号分析中的一些基本概念。掌握数字信号分析中的一些基本概念。掌握测试装置基本特性的评定方法。包括测试装置传递特性的时掌握测试装置基本特性的评定方法。包括测试装置传递特性的时域、频域描述，脉冲响应函数和频率响应函数，一阶、二阶系统的域、频域描述，脉冲响应函数和频率响应函数，一阶、二阶系统的动态特性及其参数的测量方法和不失真的测试条件。动态特性及其参数的测量方法和不失真的测试条件。掌握常用传感器原理、结构及性能参数以及传感器的典型应用。掌握常用传感器原理、结构及性能参数以及传感器的典型应用。掌握电桥电路、信号调制与解调、信号的滤波。掌握电桥电路、信号调制与解调、信号的滤波。了解信号的模了解信号的模/数和数数和数/模转换。模转换。了解常用显示与记录仪器的工作原理及结构，它们的动态性能及应了解常用显示与记录仪器的工作原理及结构，它们的动态性能及应用。用。了解虚拟仪器的基本构成。了解虚拟仪器的基本构成。