工程测试与信号分析第01讲绪论.ppt

工程测试与信号分析,主 讲 人：轩建平 华中科技大学 机械学院机电系,底盘部分,液压系统,电气系统,泵送系统,臂架系统,转塔结构,支腿,臂架系统,转塔系统,泵送系统,支腿系统,液压系统,发动机 底盘,泵车远程监控及维护,结构件建模与分析 力、形变、固有频率与振动模态 关键点信号检测方法 信号获取 多传感器信息融合 特征信号、安全评估,监测技术,课程内容：,本课程主要介绍工业自动化,环境监测,楼宇控制,交通等领域中常见物理量(压力、应变、位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法。,内容如下,学习方法：,本课程是一门培养学生解决实际工程测量问题的能力的专业技术基础课，课程具有很强的实践性。学习时应充分利用课程所开设实验和提供的仿真课件。只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的能力培养，才能更好的掌握书本知识和具备解决实际测量问题的能力。,理论学习、实践学习和研究学习三元并重.,第一章、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,第一章、绪论,1.1 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。它直接将被测对象温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析处理电路，很简单，但测量精度底，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。,为确定被测对象量值(Value)而进行的实验过程,对未知事物的探索性认识过程(Process)，是一个动态过程而非静止,Measurement&Test,第一章、绪论,测试技术定义,（1）测试技术含义：是研究客观事物变化规律的方法（手段），是从客观事物中摄取有关信息的认识过程。运用专门的设备，通过合适的实验方法和必要的数据处理，求得所研究的有关信息的量值。,（2）测试定义：是具有 试验 性质的 测量。,第一章、绪论,（3）测试的意义测试是人类认识自然、掌握自然规律的实践途径之一，是科学研究中获得感性材料、接受自然信息的途径，是形成、发展和检验科学理论的实践基础。测试属于信息科学范畴，因而被称为信息探测工程学。,温家宝：仰望星空,我仰望星空,它是那样寥廓而深邃；那无穷的真理，让我苦苦地求索、追随。,毕达哥拉斯从球形是最完美几何体的观点出发，认为大地是球形的，提出了太阳、月亮和行星作均匀圆运动的思想。,“For the things we have to learn before we can do them,we learn by doing them.”Aristotle(Author of Mechanics and Acoustics,384322 B.C.),勾股定理,第一章、绪论,信息(Information),较为典型和著名的几个定义：（1）美国科学家维纳(N.Wiener)在1948年出版的奠基性著作控制论-动物和机器中的通信与控制问题一书中指出：“信息就是信息，不是物质，也不是能量。”（2）美国科学家山农(C.E.Shanon)在1948年“通信的数学理论”一文中定义为：“能够用来消除不定性的东西。”（3）意大利学者郎格(G.Longer)在1975年出版的信息论：新趋势和未决问题一书中定义为：“事物之间的差异，而不是事物本身。”,广义的,广义的,相对稳定,运动变化,事物运动的两个基本侧面,注意：信息本身不是物质，不具有能量。“不是东西”,第一章、绪论,信息-信息的定义,从纯客观的角度，信息定义为：,事物 运动 的 状态 和 方式。,(a)信息是一种资源例1 隔离某人；例2 唐山地震；例3 地下工作者；例4 听课。(b)物质、能量、信息是物质世界的三大支柱。,第一章、绪论,信息的地位和作用,（1）可识别；（2）可转换；（3）可存储；（4）可传输；信息的传输依靠物质能量，一般来说，传输信息的载体称为信号(Signal)。信息 信号如：古代的烽火；防空警笛；门铃；哑语。,第一章、绪论,信息的基本性质,信号是事物运动状态和方式的表现。信号是物理性的，是物质，具有能量，它以各种形式存在。,第一章、绪论,信号,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(如噪声,温度)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。,1.1 测试技术的基本概念,信息转换,信息提取,第一章、绪论,1.2 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。,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。,1.2 测试技术的工程应用,在各种自动控制系统中，测试环节起着感官的作用，是其重要组成部分。,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。,1.2 测试技术的工程应用,c)生产加工过程监测,1.2 测试技术的工程应用,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。,1.2 测试技术的工程应用,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小时在线监测系统。,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,1.2 测试技术的工程应用,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、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。,图示为某公司楼宇自动化系统。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。,1.2 测试技术的工程应用,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,1.2 测试技术的工程应用,5、其他应用,航天,农业,交通,医学,1.2 测试技术的工程应用,鼠标:光电位移传感器,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,6、PC机中的测试技术应用,1.2.6 PC机中的测试技术应用,1.3 测试技术的发展趋势,第一章、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,第一章、绪论,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,1.3 测试技术的发展趋势,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,第一章、绪论,1.3主要传感器和测试仪器生产厂商,1.3主要测试仪器生产厂商,3、测量分析仪器,