1、传感器与测试技术第1章 测试的基础知识第一篇第一篇 工程测试技术基础工程测试技术基础1.1.掌握测试的基本概念掌握测试的基本概念 2.2.了解测量误差的基本概念了解测量误差的基本概念3.3.了解测量数据处理的基本方法了解测量数据处理的基本方法第第1章章 测试的基础知识测试的基础知识传感器与测试技术第1章 测试的基础知识1.1 测试的基本概念测试的基本概念 1.1.1.1.1 1测量、计量与测试测量、计量与测试 测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作。测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作。单位单位被测量被测量 基准量基准量比较比较倍数（结果数值倍数（结果数值.单位）单位）直接直
2、接/间接间接 图11 测量的比较原理(a)天平直接比较（b）弹簧称间接比较传感器与测试技术第1章 测试的基础知识计量：实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量：实现单位统一和量值准确可靠的测量。为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测统一的单位、基准、标准和测量器具。量器具。计量的三个特征：统一性、准确性和法制性。计量的三个特征：统一性、准确性和法制性。计量内容包括：单位的统一、基准和标准的建立、计量内容包括：单位的统一、基准和标准的建立、量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段
3、的量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。研究等。传感器与测试技术第1章 测试的基础知识测试：意义更为广泛的测量测试：意义更为广泛的测量具有试验性质的测具有试验性质的测量。量。从信息获取角度从信息获取角度：信息提取（测量）信息提取（测量）信号转换、信息识别（极为重要）信号转换、信息识别（极为重要）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 索道检测索道检测传感器与测试技术第1章 测试的基础知识间接测量间接测量对与未知待测量对与未知待测量y y有确切函数关系的其他变量有确切函数关系的其他变量x(x(或或 n n 个 变 量个 变 量)进 行 直 接
4、 测 量，然 后 再 通 过 函进 行 直 接 测 量，然 后 再 通 过 函数数 ，计算出待测量，计算出待测量y y。1.1.1.1.2 2、测试方法的分类、测试方法的分类 n直接测量和间接测量直接测量和间接测量直接测量直接测量用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。知量的量值。12()(,)nyf xyf x xx或n接触式测量和非接触式测量接触式测量和非接触式测量非接触式非接触式测量测量避免了对被测对象的影响。避免了对被测对象的影响。传感器与测试技术第1章 测试的基础知识静态测量静态测量：对不随时间变化的（静止的）被测量进行的测量。：对不随
5、时间变化的（静止的）被测量进行的测量。动态测量动态测量：对随时间变化的被测量进行的测量，需确定被测量：对随时间变化的被测量进行的测量，需确定被测量的瞬时值的瞬时值 及其随时间变化的规律。及其随时间变化的规律。n静态测量和动态测量静态测量和动态测量n非电量电测技术非电量电测技术非电量电测非电量电测：把被测的非电量，通过传感器变换成电信号：把被测的非电量，通过传感器变换成电信号再进行传输、处理等。再进行传输、处理等。工程中大多数被测量工程中大多数被测量非电量，非电量，为满足为满足测试的精度、速度、测试的精度、速度、处理、传输的要求，常常将非电量转换为电量。处理、传输的要求，常常将非电量转换为电量。
6、传感器与测试技术第1章 测试的基础知识1.1.1.1.3 3测试系统的组成测试系统的组成 一般来说，测试系统是由传感器、中间变换装置一般来说，测试系统是由传感器、中间变换装置（信号调理和信号分析与处理）和显示记录装置组成（信号调理和信号分析与处理）和显示记录装置组成并具有获取某种信息之功能的整体。并具有获取某种信息之功能的整体。信息转换、分析信息转换、分析信息提取信息提取 传感器传感器将被测物理量将被测物理量(如力如力,温度温度)检出并转换为电量，中检出并转换为电量，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或经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
7、变换后用软件进行信号分析（提取特征参数、频谱分析、信号分析（提取特征参数、频谱分析、相关分析等）相关分析等），显示记录装置则测量结果显示出来，提供给，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。观察者或其它自动控制装置。传感器与测试技术第1章 测试的基础知识1.1.1.1.4 4 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。
8、输等每一个工程领域。传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（1）自动化领域中的应用）自动化领域中的应用 a)机器人传感器机器人传感器 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。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传感器与测试技术第1章 测试的基础知识b)AGV自动送货车自动送
9、货车 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置建筑物内人和物所在位置；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；条形识别；条形码传感器，码传感器，货品货品识别。识别。香港理工香港理工AGV模型模型传感器与测试技术第1章 测试的基础知识c)生产过程监测生产过程监测 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工厂传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（2）流程工业设备运行状态监控）流程工业设备运行状态监
10、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。传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（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
11、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传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（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
12、、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传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（5）家庭与办公自动化）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
13、术来提高产品性能和质量。洗衣机中的传感器：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，透光率光传感器率光传感器(洗净度洗净度)，液位传感器，电阻传感器液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。电脑中的传感器：电脑中的传感器：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 麦克风麦克风:电容传声器电容传声器鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（6）其他应用）其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学传感器与测
14、试技术第1章 测试的基础知识1.1.1.1.5 5 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势（1）新型传感器）新型传感器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/光光电量电量传感器与测试技术第1章 测试的基础知识b)小型化和集成化传感器小型化和集成化传感器c)智能传感器和网络传感器智能传感器和网络传感器 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
15、传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器数字温度传感器数字温度传感器传感器与测试技术第1章 测试的基础知识（2）测量信号处理方面）测量信号处理方面 a)计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术 b)基于网络的远程测试技术基于网络的远程测试技术用用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传感器与测试技术第1章 测试的基础知识1.1.1.1.6 6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
16、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:/ 测试的基础知识（3）测量分析仪器）测量分析仪器 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:/ 测试的基础知识传感器与测试技术第1章 测试的基础知识1.1.1.1.7 7课程内容：课程内容：本课程主要介绍一般工业领域中常见物理量本课程主要介绍一般工业领域中常见物理量(压力、应变、位移、加速度、温度、流量等压力、应变、位移、加速度、温度、流量等）的）的测量原理、测量电路原理和信号分析方法。测量原理、测量电路原理和信号分析方法。课程主要内容组成课程主要内容组成传感器与测试技术第1章 测试的基础知识 测试技术是一门与材料科学、测试技术是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。快速发展的学科。本课程是培养学生解决实际工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，具程测量问题能力的专业基础课，具有很强实践性。有很强实践性。1.1.8课程学习方法：书本、电子书本、电子教材并重教材并重.理论学习理论学习/实实践学习践学习/研究研究学习三元并学习三元并重。重。
