机械工程测试技术及应用

乔玉晶,张洪鑫,孙桂涛

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 什么是测试技术
    • 1.2 测试技术的工程应用
    • 1.3 测试技术的发展概况
    • 1.4 课程的学习要求
  • 2 信号描述与频谱分析
    • 2.1 信号的分类与描述
    • 2.2 周期信号与离散频谱
    • 2.3 瞬变非周期信号与连续频谱
    • 2.4 几种典型信号的频谱
  • 3 测试系统的基本特性
    • 3.1 概述
    • 3.2 测试系统的静态特性
    • 3.3 测试系统的动态响应特性
    • 3.4 系统不失真测试条件
    • 3.5 测试系统动态特性参数的测试
    • 3.6 负载效应
  • 4 第三章 常用传感器
    • 4.1 概述
    • 4.2 参数式传感器
    • 4.3 发电式传感器
    • 4.4 传感器的选用原则
  • 5 信号调理与显示
    • 5.1 概述
    • 5.2 电桥
    • 5.3 调制与解调
    • 5.4 滤波器
    • 5.5 本章小结
  • 6 信号处理初步
    • 6.1 概述
    • 6.2 随机信号
    • 6.3 相关分析及其应用
    • 6.4 功率谱分析及应用
    • 6.5 数字信号处理基础
    • 6.6 新建课程目录
什么是测试技术

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和测量信号的分析处理方法。

测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段,它起着类似人的感觉器官的作用。通过测试可以揭示事物的内在联系和发展规律,从而去利用它和改造它,推动科学技术的发展。科学技术的发展历史表明,科学上很多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时,其它领域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方法和装备,促进了测试技术的发展。

在工程技术领域中,工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能实验等,都离不开测试技术。在工程技术中广泛应用的自动控制技术也和测试技术有着密切的关系,测试装置是自动控制系统中的感觉器官和信息来源,对确保自动化系统的正常运行起着重要作用。

  测试技术几乎涉及任何一项工程领域,无论是生物、海洋、气象、地质、通信以及机械、电子等工程,都离不开测试与信息处理。在日常生活中,随处可见测试技术应用的例子。例如,空调、电冰箱中的温度测量和压缩机起/停控制装置,洗衣机中的液位测量和洗衣电机起/停控制装置等。
简单的测试系统可以只有一个模块,如下图所示的玻璃管温度计。它直接将被测对象温度的变化转化为温度计液面示值,这中间没有电量的转换和分析处理电路,很简单,但测量精度底,同时也很难实现测量自动化。

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图1.1-1 温度计

  为提高测量精度、增加信号传输、处理、存储、显示的灵活性和提高测试系统的自动化程度,以利于和其它控制环节一起构成自动化测控系统,在测试中通常先将被测对象输出的物理量转换为电量,然后再根据需要对变换后的电信号进行处理,最后以适当的形式显示、输出。如下图所示

测试系统构成

                                   图1.1-2 测量系统

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。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量(如压力、加速度、温度等)检出并转换为电量,然后传输给中间变换装置;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变换后用软件进行计算,再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置;最后由显示记录装置将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。

  根据测试任务复杂程度的不同,测试系统中传感器、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个模块组成。例如,下图所示的机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换和计算机中的FFT分析软件三部分组成。测试系统中传感器为加速度计,它负责将机床轴承振动信号转换为电信号;带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大,A/D信号采集卡用于对放大后的测量信号进行采样,将其转换为数字量;FFT(快速傅里叶变换)分析软件则对转换后的数字信号进行FFT变换,计算出信号的频谱;最后由计算机显示器对频谱进行显示。另外,测试系统的测量分析结果还可以和生产过程相连,当机床振动信号超标时发出报警信号,防止加工废品的产生。

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                                图1.1-3 轴承振动信号测量