1、中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院工程测试技术基础工程测试技术基础中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院课程内容：课程内容：本课程主要介绍工业自动化本课程主要介绍工业自动化,环境监测环境监测,楼宇控楼宇控制制,交通等领域中常见物理量交通等领域中常见物理量(压力、应变、位移、压力、应变、位移、加速度、温度等加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路）的传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法。原理和信号分析方法。内容如下内容如下工程测试技术基础工程测试技术基础中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 工程测试技术基础是一门与材料科学、工程测试技术
2、基础是一门与材料科学、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，在教学内容上我们采编了很多多展的问题，在教学内容上我们采编了很多多媒体素材和案例。媒体素材和案例。工程测试技术基础工程测试技术基础学习方法：学习方法：中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院工程测试技术基础工程测试技术基础 本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业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，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设
3、实验和仿真实验。实验和仿真实验。理论学习、理论学习、实践学习、实践学习、研究学习研究学习三元并重三元并重.只有通过足只有通过足够的实验和够的实验和仿真实验操仿真实验操作，才能得作，才能得到应有的实到应有的实际动手能力际动手能力培养和更好培养和更好的掌握书本的掌握书本知识。知识。中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院Project Based Learning：轨迹跟踪轨迹跟踪工程测试技术基础工程测试技术基础 培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习和解决问题的能力和解决问题的能力。仓储模型仓储模型机械手机械手AGV小车小车中南大学机电工程学院中南大学机
4、电工程学院以案例和实验为主线：以案例和实验为主线：工程测试技术基础工程测试技术基础教学方法：教学方法：煤气包高度测量煤气包高度测量 桥梁固频测量桥梁固频测量 机翼模态分析机翼模态分析 索道检测索道检测解决侧重课本教学存在的问题：解决侧重课本教学存在的问题：1.测试技术应用、发展部分空洞；测试技术应用、发展部分空洞；2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味；传感器部分没有实物对象、枯燥无味；3.信号分析理论部分深奥、难懂。信号分析理论部分深奥、难懂。中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院第一章、绪论第一章、绪论本章学习要求：本章学习要求：1.掌握测试技术的概念及研究内容掌握测试技术的概念及研究内容
5、2.了解测试技术的应用情况了解测试技术的应用情况 3.了解测试技术的发展动态了解测试技术的发展动态 4.了解主要测试仪器生产厂商了解主要测试仪器生产厂商 工程测试技术基础工程测试技术基础中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院第一章、绪论第一章、绪论1.1 测试技术的基本概念测试技术的基本概念 测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理物理量的测量原理和和测量信号分析处理测量信号分析处理方法。方法。测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程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。参数测量必不可少的手
6、段，起着人的感官的作用。简单的测试系统可简单的测试系统可以只有一个模块，以只有一个模块，如玻璃管温度计。如玻璃管温度计。它直接将被温度变它直接将被温度变化转化液面示值。化转化液面示值。没有电量转换和分没有电量转换和分析电路，很简单，析电路，很简单，但精度低，无法实但精度低，无法实现测量自动化。现测量自动化。为提高测量精度和为提高测量精度和自动化程度，以便自动化程度，以便于和其它环节一起于和其它环节一起构成自动化装置，构成自动化装置，通常先将被测物理通常先将被测物理量转换为电量，再量转换为电量，再对电信号进行处理对电信号进行处理和输出。如图所示和输出。如图所示的声级计。的声级计。中南大学机电工程
7、学院中南大学机电工程学院 一般说来，测试系统由传感器、中间变换装一般说来，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。置和显示记录装置三部分组成。1.1 测试技术的基本概念测试技术的基本概念 被测信号U、IR、L、CU、I信息转换信息转换信息提取信息提取中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 传感器传感器将被测物理量将被测物理量(如噪声如噪声,温度温度)检出并转换为电量，检出并转换为电量，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或经A/D变换后用软件进行变换后用软件进行信号分析
8、信号分析，显示记录装置则测量，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。结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。电量电量及及非电量非电量 在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的对象是在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可多种多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可大致分为两大类，即大致分为两大类，即电量电量与与非电量非电量。电电 量：量：电流电流I、电压、电压V、电荷、电荷Q、电功率、电功率W、电路参数、电路参数R、L、C和电信号频率和电信号频率f 等等；等等；非电量：非电量：除电量以外的一切
9、物理量，如高度、速度、重量、除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压力、温度等。压力、温度等。中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院非电量电测法的特点：非电量电测法的特点：使测量仪器统一化，规格化。不同的非电量转换使测量仪器统一化，规格化。不同的非电量转换成相同的电量，使后继仪器标准化。成相同的电量，使后继仪器标准化。便于信号长距离传输、远程监测及控制。便于信号长距离传输、远程监测及控制。对参数进行动态测量对参数进行动态测量（信号随时间变化）（信号随时间变化），可测，可测量其瞬时值及变化过程。量其瞬时值及变化过程。可测微小信号及瞬变信号可测微小
10、信号及瞬变信号（作用时间很短）（作用时间很短）。易于与计算机联接，分析处理方便。易于与计算机联接，分析处理方便。中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院第一章、绪论第一章、绪论1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 在工程领域，科学实验、产品开发、生产在工程领域，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。输等每一个工程领域。中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1、工业自动化中的应用、工业自动化中的应用 a)机械手、机
11、器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转动转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听移动位置传感器、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、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。嗅觉传感器。1.2 测试技术的工程应用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。用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院b)AGV自动送货车自动送货车
12、超声波测距传感器、判断超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位建筑物内人和物所在位置置；红外线色彩传感器运动轨迹和红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置小车位置识别；识别；条形码传感器，条形码传感器，货品货品识别。识别。1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 香港理工香港理工AGV模型模型中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院c)生产加工过程监测生产加工过程监测 1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 切削力传感器，加切削力传感器，加工噪声传感器，超工噪声传感器，超声波测距传感器、声波测距传感器、红外接近开关传感红外接近开关传感器等。器等。密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化
13、工厂中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 2、流程工业设备运行状态监控、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。通常建立设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在小时在线监测系统。线监测系统。石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄露检测。和泄露检测。扬子石化扬子石化50MW热电机组监测系统热电机组监测系统阳逻电厂阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统汽轮机组监测系统荆门电厂荆门电厂20
14、0MW机组监测系统机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询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沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢宝钢30KW以上风机监测系统以上风机监测系统宝钢精轧宝钢精轧F2轧机网络化监测系统轧机网络化监测系统宝钢冷轧带钢振动纹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武钢风机状态监测系统中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 3、产品质量测量、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，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
15、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，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。工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 4、楼宇控制与安全防护、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、工为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的
16、经济性和管理的智能化。在作环境，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。度监测、电梯运行状况。图示为某公司楼宇自动化系图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水控制、停车管理、水/废水管废水管理和电梯监控。理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 5、家庭与办公自动化、家庭与办公自动
17、化 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用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。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：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器传感器，透光率光传感器(洗净度洗净度)液位传感器，电液位传感器，电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 测试技术的工程
18、应用测试技术的工程应用 5、其他应用、其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服6、PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.2.6 PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用测控实验测控实验DIY1.鼠标测位移实验鼠标测位移实验2.麦克风测声音麦克风测声音2.声卡
19、声卡 采样频率采样频率 信号分析信号分析 频率合成与分解频率合成与分解3.简易声级计制作简易声级计制作4.CCD图象分析图象分析.个人测试实验室个人测试实验室中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势第一章、绪论第一章、绪论1、传感器方面、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应开发出的新型传感器光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量中南大学机电工程学院中南大学机电工程
20、学院第一章、绪论第一章、绪论b)传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 振动网络传感器振动网络传感器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中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院1.3 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势2、测量信号处理方面、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术 用用PC机仪器板卡机仪器板卡 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优优点点我们的工作我们的工作中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院第一章、绪论第一章、绪论1.3主要传感器和测试仪器生产厂商主要传感器和测试仪器生产厂商2、振动、振动/噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名振动测量、声学测量领域最富盛名）http:/ 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技术研究中心）http:/ 美国国家仪器公司美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商全球最大的计算机虚拟仪器生产商)http:/
