测试技术与信号处理 第1部分 绪论.ppt

华中科技大学机械学院测试技术与信号处理机电工程系 何炳蔚（mebwhe@）测试技术与信号处理华中科技大学机械学院教材：机械工程测试技术基础（第3版） 熊诗波、黄长艺，机械工 业出版社，2006参考书： 1.《机械工程测试技术基础》（第2版） 黄长艺 、严普强,机械工业出版社，1996 2.《机械工程测试技术》 周生国 北京理工大学出版社，1993 3.《测试技术与测试信号处理》吴正毅清华大学出版社，1991 4.《旋转机械故障机理及诊断技术》 韩捷，机械工业出版社，1997 5.《传感器》 强锡富， 机械工业出版社，1999 6.《LabVIEW7.1 测试技术与仪器应用》 邓焱、王磊，机械工业出版社,2004 7.《虚拟仪器》 秦树人， 中国计量出版社，2004年 等，与测试技术或传感器相关的图书资料 华中科技大学机械学院课程内容： 本课程主要介绍工业自动化等领域中常见物理 量(位移、振动、应力、应变、温度等）的传感器 工作原理、测量电路原理和信号分析方法绪绪 论论信信 号号 分分 析析 基基 础础常常 用用 传传 感感 器器测测 试试 系系 统统 特特 性性信信 号号 调调 理理 电电 路路信信 号号 处处 理理 初初 步步 虚虚 拟拟 仪仪 器器 技技 术术 工工 程程 应应 用用主要内容如下：4910868理论学习共45学时，2.5学分，必修。

←学时数分配测试技术与信号处理位移振动应力应变1—12周华中科技大学机械学院测试技术与信号处理是一门与材料科学、微电子 技术、信息技术密切相关的快速发展的学科为 弥补书本教材内容滞后于学科发展的问题，在教 学内容上加入了一些多媒体素材和案例学习方法： 以教材为主，参考电子教材等资料测试技术与信号处理华中科技大学机械学院本课程学习要求：(1) 掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信 号频谱的概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原 理和方法，掌握数字信号分析中的基本概念测试技术与信号处理(2) 掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试 条件，并能正确运用于测试装置的分析和选择掌握 一阶、二阶线性系统动态特性和测试方法3) 掌握常用传感器、常用信号调理电路的工作原理 和性能，并能正确选用4) 对测试技术有一个完整的概念，并能初步应用于 产品设计、性能评定和实验工作中 华中科技大学机械学院本课程是培养学生解决实际工程测量问 题能力的专业基础课，具有很强的实践性 学习时应充分利用课程所开设动手实验和仿 真实验 只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能 培养应有的实际动手能力和更好地掌握书本 知识。

测试技术与信号处理理论学习、实践学习、研究学习三元并重拟开设实验如下： ⑴ 信号合成 ⑵ 实现不失真测试的条件 ⑶ 应变片与电桥 ⑷ 滤波器华中科技大学机械学院绪 论本章学习要求：1.掌握测试技术的概念及研究内容2.了解测试技术的应用情况 3.了解测试技术的发展动态 4.了解主要测试仪器生产厂商5.掌握测量的基础知识（定义、概念等） 测试技术与信号处理绪论华中科技大学机械学院绪论一、 测试和测量系统 测试技术是测量和试验技术的统称，主要研究 各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参 数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用简单的测试系统可 以只有一个模块， 如玻璃管温度计 它直接将被温度变 化转化液面示值 没有电量转换和分 析电路，很简单， 但精度低，无法实 现测量自动化 为提高测量精度和 自动化程度，以便 于和其它环节一起 构成自动化装置， 通常先将被测物理 量转换为电量，再 对电信号进行处理 和输出如图所示 的声级计 测试技术与信号处理第一节 测试技术概况 测试的基本任务是获取有用的信息华中科技大学机械学院分析结果反馈、控制 或监测诊断物理量一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置 和显示记录装置三部分组成。

传感器将被测物理量(如温度、噪声) 检出并转换为电量一、 测试和测量系统 信息转换信息提取测试技术与信号处理计算机或 控制系统敏感元件转换元件被测 物理量适调电路适调电路（中间变换装置）对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置测量结果的利用华中科技大学机械学院工 程 测 量静态测量：不随时间变化的物理量的测量如被加工零件的尺寸测量制成品的尺寸和误差动态测量：随时间变化的物理量的测量本课程的主要学习内容一、 测试和测量系统 测试技术与信号处理测 量 系 统 的 用 途产品开发与工程试验过程产品开发与工程试验测试装置处理与分析参数设计过程与系统控制被控制量输入过程或系统测试装置控制装置监测与诊断运行中的机器或系统测试装置分析与诊断被监测量华中科技大学机械学院绪论 测试技术的工程应用 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开测试技术测试技术 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域 测试技术与信号处理华中科技大学机械学院1、工业自动化中的应用 a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器 、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热 觉传感器、嗅觉传感器。

测试技术的工程应用 在各种自动控制系统中，测试环节起着系统 感官的作用，是其重要组成部分广州中鸣数 码的机器狗测试技术与信号处理华中科技大学机械学院b) AGV自动送货车 超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所 在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车 位置识别；条形码传感器，货品识别香港理工AGV模型测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院c) 生产加工过程监测 切削力传感器，加 工噪声传感器，超 声波测距传感器、 红外接近开关传感 器等密歇根大学数字化工厂测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院 2、流程工业设备运行状态监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生 产线上设备运行状态关系到整个生产线流程通常 建立24小时监测系统 石化企业输油管 道、储油罐等压 力容器的破损和 泄露检测扬子石化50MW热电机组监测系统 阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统 荆门电厂200MW机组监测系统 青山热电厂生产信息实时查询系统 沙角电厂生产信息实时查询系统 宝钢30KW以上风机监测系统 宝钢精轧F2轧机网络化监测系统 宝钢冷轧带钢振动纹监测系统 武钢风机状态监测系统测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院3、产品质量测量 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。

图示为汽车出厂检验原理框图，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 过对抽样汽车的测试，工程师可以 了解产品质量汽车扭距测量机床加工精度测量测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院4、楼宇控制与安全防护为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生 活或工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理 的智能化在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入 监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况 图示为某楼宇自动化系统 该系统分为：电源管理、安 全监测、照明控制、空调控 制、停车管理、水/废水管理 和电梯监控烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院5、家庭与办公自动化在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量 的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量全自动洗衣机中的传感器： 衣物重量传感器，衣质传感 器，水温传感器，水质传感 器，透光率光传感器(洗净度 ) 液位传感器，电阻传感器( 衣物烘干检测)指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院6、其他应用航天农业交通医学测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院鼠标:位移传感器 摄象头:CCD传感器 声位笔:超声波传感器麦克风:电容传声器 声卡:A/D卡 + D/A卡 软驱:速度,位置伺服7、PC机中的测试技术应用测试技术与信号处理测试技术的工程应用 华中科技大学机械学院二、测试技术的发展概况绪论1、传感器方面 a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效 应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料 制作的电 子鼻传感 器生物酶血样分析传感器热/光电量测试技术与信号处理华中科技大学机械学院二、 测试技术的发展概况b)传感器+嵌入式计算机  智能传感器 振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网 络传感器智能倾角 RS232传感器IC总线数字 温度传感器测试技术与信号处理华中科技大学机械学院2、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术 用PC机＋仪器板卡  代替传统仪器用计算机软件  代替硬件分析电路优点?我们的工作测试技术与信号处理二、 测试技术的发展概况华中科技大学机械学院仪器定义和功能的转变传统仪器:厂商定义虚拟仪器:用户定义计算机虚拟仪器技术用户定义虚拟仪器的优点：费用性能• 用户定义 • 低费用 • 灵活 • 可再用性 • 可重新配置测试技术与信号处理华中科技大学机械学院测试技术与信号处理计算机虚拟仪器技术虚拟仪器技术的优点虚拟仪器传统仪器软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短(1～2年)技术更新周期长(5～10年 ) 关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，计算机技术同步发展封闭、固定与网络及其它周边设备互联功能单一的独立设备华中科技大学机械学院虚拟仪器技术的主要应用领域通讯 – AT 加速度→ m/s2；角速度→ rad/s扭矩→ N·m （ kg·m ）华中科技大学机械学院测试技术与信号处理绪论—测量的基础知识三、测量、计量、测试是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。

如果测量涉及实现单位统一和量值准确可靠则成为计量计量学研究测量、保证测量统一和准确的科学计量一词只用做某些专门术语的限定语，如 计量单位、计量管理、计量标准等所组成 的新术语都与单位统一和量值准确有关测量的意义 则更为广泛 、普遍一个完整的测量过程必定涉及到被测对 象、计量单位、测量方法和测量误差指具有试验性质的测量， 或测量和试验的综合测量的四要素华中科技大学机械学院测试技术与信号处理绪论—测量的基础知识四、基准和标准是用来保存、复现计量单位的计量器具； 具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具基 准 的 分 类在特定的计量领域内，用来保存和复现该 领域计量单位并具有最高的计量特性通过与国家基准对比或校准来确定其量 值，地位仅低于国家基准通过与国家基准或副基准对比或校准， 用来检定计量标准的计量器具；地位仅 低于国家基准和副基准目的是避免频繁使用国家基准和副基准；国家基准副基准工作基准是用于检定工作计量器具的计量器具是用于现场测量而不用于检定工作的计量器具华中科技大学机械学院测试技术与信号处理绪论—测量的基础知识五、量值的传递和计量器具检定检定规程：是指检定计量器具时必须遵守的法定文件。

分为国家、部门和地方三种通过对计量器具实施检定或 校准，将国家基准所复现的 计量单位经过各级计量标准 传递到工作计量器具是指为评定计量器的计 量特性，确定其是否符 合法定要求所进行的全 部工作按检定规程对计量器具实施检定的工作对量值的准确和一 致起着最重要的保证作用，是量值传递的关键步骤所有的计量器具都必须实施定点定期的强制检定，合格的计量 器具被授予检定合格证书和在计量器具上加盖检定标记华中科技大学机械学院按比较方法间接比较测试技术与信号处理绪。