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
测试技术的工程应用

在工程技术领域,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。特别是近代自动控制技术已越来越多地运用测试技术,测试装置已成为控制系统的重要组成部分。

  下面是几个典型的应用领域。

1.2.1产品质量测量
 
 在汽车、机床等设备和电机、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。 




 下图是汽车制造厂发动机测试系统原理框图,发动机测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、润滑油压力、燃油压力以及每分钟的转速等。通过对抽取的发动机进行彻底的测试,工程师可以了解产品的质量。

韩国汽车厂



1.2.2设备运行状态监控系统

 在电力、冶金、石化、化工等众多行业中,某些关键设备的工作状态关系到整个生产线正常流程,如:汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、电机、压缩机、风机、泵、变速箱等。对这些关键设备运行状态实施24小时实时动态监测,可以及时、准确地掌握它的变化趋势,为工程技术人员提供详细、全面的机组信息,是实现设备事后维修或定期维修向预测维修转变的基础。国内外大量实践表明,机组某些重要测点的振动信号非常真实地反映了机组的运行状态。由于机组绝大部分故障都有一个渐进发展的过程,通过监测振动总量级的变化过程,完全可以及时预测设备的故障的发生。结合其它综合监测信息(温度、压力、流量等),运用精密故障诊断技术甚至可以分析出故障发生的位置,为设备维修提供可靠依据,使因设备故障维修带来的损失降到最低程度。


 下面是某火力发电厂30MW汽轮发电机组的计算机设备运行状态监测系统原理框图

火力发电厂


1.2.3家电产品中的传感器
  在家电产品设计中,人们大量应用了传感器和测试技术来提高产品的性能和质量。例如全自动洗衣机以人们洗衣操作的经验作为模糊控制的依据,采用多种传感器将洗衣状态信息检测出来,并将这些信息送到微电脑中,经微电脑处理后,选择出最佳的洗涤参数,对洗衣全过程进行自动控制,达到最佳的洗涤效果。
    利用衣量传感器来检测洗衣时衣物量的多少,从而决定设定水位的高低。
    利用衣质传感器来检测衣物重量、织物种类,从而决定最优洗涤温度、洗涤时间。
    利用水温传感器来检测开机时的环境温度和注水结束时的水温,为模糊推论提供信息。
    利用水质传感器来检测水的硬度,进而决定添加洗衣粉的量以期达到最佳洗涤效果。
    利用光传感器来检测洗涤液的透光率,从而间接检测洗净程度。
    利用传感器监测漂洗过程中的肥皂沫的变化决定漂洗的次数。
    利用传感器监测干衣过程中衣物电阻值的变化,决定烘干时间。与传统的定时烘干相比,更具灵活性。
    利用压力传感器实现电信号与机械力信号的相互转换,以实现无级调水,从而达到省水、省电的目的。


全自动洗衣机中的滚筒液面高度自动检测

1.2.4 楼宇自动化

  楼宇自动化系统,或称建筑物自动化系统是将建筑物(或建筑群)内的消防、安全、防盗、电力系统、照明、空调、卫生、给排水、电梯等设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。它的目的是使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活环境和高效的工作环境,并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。
  下图是某公司总部的楼宇自动化系统。该系统分为七个子系统: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。

研华大楼

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1.2.5 身份认证

  Veridicom公司推出的固态指纹识别技术,包括固态指纹传感器芯片FPS110和专用软件包。传感器芯片采用固态电容传感的方法来获得指纹图像,有300×300的传感单元阵列,分辨率为500dpi,表面有专利的超硬保护涂层,内部集成8位带闪存的A/D转换器,还集成了温度传感器和电阻传感器,该芯片提供8位双向微处理器接口。该芯片的尺寸与邮票差不多,在27mm×27mm的芯片上,图像捕捉面积为16mm×16mm。
  下图是采用固态指纹传感器、IC卡和密码保护的三种具有身份认证功能的防盗锁。