第1章 现代测试技术的发展动向

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② 传感元件 凡是能将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度 等）直接变换为电量的器件称为传感元件（或称变换 元件）。 如应变计、压电晶体、压磁式器件、光电元件及热 电偶等。传感元件是利用各种物理效应或化学效应等 原理制成的。 说明: 并不是所有的传感器都包括敏感元件和传感元件两 部分。 如热敏电阻、光电器件等只有传感元件。另有一些 合二为一的传感器：如固态压阻式压力传感器等。
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2. 测量 (1）测量的定义
指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。
(2）测量的最基本形式
比较——将待测的未知量和特定的标准作比较。
(3）量值 由测量所得到的被测对象的量值表示为数值和计 量单位的乘积。 (4）测量的分类
分为直接测量和间接测量。
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1) 直接测量 定义：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪 器得到被测量值的测量为直接测量。 分类：可分为两种：直接比较和间接比较。 a.直接比较 定义：直接把被测物理量和标准作比较的测量方法 称为直接比较。
2) 间接测量 a.定义： 间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函 数关系，计算出所要测量的物理量的大小。 b.特点 被测物理量不能用现有仪表直接测量得到，需通 过数学关系计算得到。 如： y f ( x1 , x2 , x3 )
欲测量y, 首先测量x1, x2, x3, 才能得到 c.举例 ①用线圈靶测弹丸速度； ②测运动物体的动能。
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机械电子工程系
工程测试技术
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课程的目的
通过测试技术的基础理论学习和实验，培 养学生能正确地选用测试装置,进行各种物理 量的测量； 初步掌握测试的方法和技能，为以后的生产 实践和科学研究打下一定的基础。
工程测试技术
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第一章、绪论
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在线测量:钢板测厚\线材测径\产品计数 弹丸配重\偏心修正 药品食品灌装重量 热处理温度测量 井下瓦斯浓度\氧气含量 油井温度压力测量
1.2 测试技术在各行各业的应用 6. 日常生活
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水电气计量 空调\热水器\冰箱\煤气灶测温 图书馆\书店\机场\火车站\超市出门检查 图书馆\食堂\超市的条码\磁卡输入 气象水文测量 商场\厨房电子秤 电梯的超重\门口有人测量\平层\自动门 防盗防火烟雾测量器材
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4）模拟测量系统和数字测量系统的特点 模拟系统：信号随时间连续变化 数字系统：信号在时间上是不连续的，只发生 在一系列离散的瞬间，且数值的大小和增减变 化都是采用数字的形式。
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1.5 现代测试技术的发展动向
1. 量程范围更加宽广
例：在火炮膛压测试技术中，对常规火炮膛压 小于600MPa的测试，采用铜柱（或铜球）测压 器或压电传感器均可满足要求。为提高火炮射 程和射击精度，在高膛压火炮的研究中，膛压 可达到800～1000MPa，甚至1000MPa以上，并 伴随着的高冲击加速度，这就促使膛压测试技 术要相应的发展，研制测压范围更宽的压力传 感器以及配套的压力动态标定装置。
信号转换 信号调理
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1）传感器（一次仪表） 定义：将被测非电量通过某种原理转换成电信 号的装置 作用：将被测非电量转换成便于放大、记录的 电量。 传感器的组成
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① 敏感元件(或称预变换器，弹性敏感元件)
将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量 的非电量（例如应变或位移），然后再利用传感元 件，将这种非电量变换成电量。 弹性敏感元件是传感器的心脏部分，它常由金属 或非金属材料做成，当承受外力作用时，它会产生 弹性变形；当去除外力后，弹性变形消失并能完全 恢复其原来的尺寸和形状。
1.5 测试技术的发展趋势
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例：在火炮膛压测试技术中，对常规火炮膛压小 于600MPa的测试，采用铜柱（或铜球）测压器或 压电传感器均可满足要求。为提高火炮射程和射击 精度，在高膛压火炮的研究中，膛压可达到800～ 1000MPa，甚至1000MPa以上，并伴随着的高冲击 加速度，这就促使膛压测试技术要相应的发展，研 制测压范围更宽的压力传感器以及配套的压力动态 标定装置。
举例
⊙天平测物体质量 ⊙用米尺测量物体长度
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b. 间接比较 定义
利用仪器仪表——统称之为测量系统——把原始形 态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系 的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接受的形 式，在测量系统的输出端显示出来。
举例
⊙水银温度计测体温
⊙弹簧测物体的重量
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第一章 绪论
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不同的行业、专业，其测试的目的和规模、试验 研究的对象，以及使用的仪器设备都会有一定的差 异。但是，不论是复杂的宇航实验还是常规的医疗 化验，操作者所关心的问题和使用的方法都有很大 的相似性。
都关心测试理论、测试方法、测试系统的架构、测 试信号及实验数据的分析处理方法； 都关心如何控制实验条件，减少干扰因素的影响；
1.3 测试的基本概念
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5. 相关技术和人员素质要求
测试技术涉及面较广: • 机械-传感器和测试台架设计加工 • 化工-防腐\粘胶\化学测试 • 光学-红外测温\CCD测速\流场和温度场成像 • 无线电-测速雷达 • 电子-仪器 • 计算机-智能仪器 • 各相关专业知识-火炮\采油\航天\采矿 测试人员应具有多方面专业知识和较强的 动手能力
都关心如何选择测量系统，以获得合理的效费比， 也即以较少的财力、人力和时间投入取得尽可能多 的有用信息。
第一章 绪论
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1. 科学研究的重要手段 工程技术中的研究对象往往十分复杂。有许多 问题至今还难以进行完善的理论分析和计算，必须 依靠实验研究来解决实际问题。
示例: 例1: 推进剂燃速的测量 例2: 运载火箭发动机装药安装方法的确定（螺纹 或焊接） 例3: 武器毁伤效能的评估（穿甲、破障） 例4: 故障的捕捉和判断（飞机的黑匣子） 例5: 零件内部裂纹的检查(飞机转轴、火箭推进剂）
1.2 测试技术在各行各业的应用 2. 医疗行业 • • • • • • 血压—电子测压技术 血糖—化学光电测量 内窥镜—光学图像测量 B超—超声图像测量 体温和内脏温度—电子测温 心电图—生物电测量
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1.2 测试技术在各行各业的应用 • • • • • • 3. 军 事 离地高度测量:空投装甲车 子母弹开仓高度 炮口速度测量:引信参数炮口装定 距离测量:坦克火炮 风速环境温度测量:射击参数修正 导弹姿态测量:导弹控制
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试验与测量之间的关系
1.3 测试的基本概念
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例2: 测量汽车刹车距离 方法一 • 以某一速度在某种道路条件下从某一标线开始 刹车，车停后测量车与标线间距离。 方法二 • 当车速以某速度匀速行驶时，迅速刹车，测量 开始刹车至停车时的速度(加速度)变化曲线， 积分计算出刹车距离 • 试论述上述方法中何为试验技术？何为测量技 术？
1.3 测试的基本概念
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例3：打靶时弹着点的测量 • 光电靶 光电靶、激光靶 弹丸速度较低时空气的波动会影响测速精度，炮 口火焰、火箭羽焰、日光会干扰接收装置 • 声靶 弹丸速度需高于音速，可用多只声传感器构成阵 列测量 地面反射、膛口波、环境温度 • 纸靶 试验时，场地、天气、温度、光线、试验火 炮等应满足试验的规定。可用摄像及计算机图像 处理技术测出弹着点坐标
1.5 测试技术的发展趋势 2.传感器向新型、微型、智能型发展
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传感器是信号检测的器具。精度高、灵敏阀值高而 测量范围大及小型化是传感器的发展的一个重要方 向。 新的材料，特别是新型半导体材料方面的成就，已 经促使很多对力、热、光、磁等物理量或气体化学 成分敏感的器件的发展。光导纤维不仅可用来信号 传输，而且可作为物性型传感器。
• • • • •
汽车性能测试 民用爆炸品性能测试 消防器材测试 材料性能测试 大桥的应力\变形\振 动 • 大坝的裂缝\变形\内 应力
1.2 测试技术在各行各业的应用 案例:桥梁固频测量
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原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对 桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁 固有频率。
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2）调理电路(中间变换电路)（二次仪表)
定义：将传感器输出的微弱信号进行放大，调理 输出给记录仪器的装置。如：
① 直流放大器
② 滤波器
③ 应变仪
④ 电荷放大器
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3）显示记录设备（三次仪表） ▲ 作用：把中间变换与测量电路送来的电压或 电流信号不失真地显示和记录出来。如： ①存储示波器； ②电压表； ③磁带记录仪； ④数字式瞬态波形存储器。
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1.3 测试的基本概念
1. 概述
测试
Байду номын сангаас
是具有试验性质的测量，或者可以理解为测
量和试验的综合。
测试技术
是测量技术及试验技术的总称
1.3 测试的基本概念 例1: 汽车碰撞: • 试验技术： 何种方法更科学？ 以正面、侧面、多高的 车速、假人的数量、姿态、 系安全带否等。 • 测量技术： 何种方法更准确、经济、方 便？ 气囊打开的时间、假人 身体各部位承受的冲击力、 车辆变形的程度。
第一章 绪论 2. 产品检验的标准
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产品质量表现为一定的数量界限，要判断 产品质量，要确定产品的质量参数是否在允许 的范围内，必须通过测试。
示例: 尾气是否符合排放标准 隔温涂料是否符合相关标准 弹药验收
第一章 绪论
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1.2 测试技术在各行各业的应用
航天 农业
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
第一章 绪论
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1.1 测试技术的地位及作用
概述： 测试技术是研究有关测试方法、测试手段 和测试理论的科学，它应用于不同的领域并在 各个自然科学研究领域起着重要作用。从尖端 科学技术到日常生活，从国防到民用，都离不 开测试技术。
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国产155毫米制导炮弹
1.2 测试技术在各行各业的应用 4. 科 (1) 军品科研 • 火炮膛压 研
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• • • • • •
炮口速度 弹丸姿态 弹道测量 射击精度和射频 破片速度 火箭推力压力
1.2 测试技术在各行各业的应用
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(2) 民品科研
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1.4 非电量电测系统的组成
1、非电量测量的基本思想
首先要将输入物理量转换成电量，然后再进行 必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式 输出。 2、非电量电测系统的组成
① 模拟式测量系统
② 数字式测量系统
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3、测量系统的组成
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。
注: 亦可用火箭发动机作为激励源
1.2 测试技术在各行各业的应用 案例：桥梁固有频率测量 4.3 测试系统的动态响应特性
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原理：在桥中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃 激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有 频率。
1.2 测试技术在各行各业的应用 5. 工业生产
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交通
医学
1.2 测试技术在各行各业的应用 1.交通运输行业 • • • • • • • • •
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高速公路上运输车辆的称重\不停车收费 超速测量 交叉路口车辆越线测量 驾驶员倒桩考试车辆越界测量 火车行驶中测重测速轴温测温 铁路轨道状态测量 倒车雷达 管道运输清管器跟踪测量仪 漏油盗油检测
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3 要使测量具有普遍科学意义的条件 (1) 作比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；
(2) 进行比较的测量系统必须工作稳定，经得起检验。
1.3 测试的基本概念
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4. 测试要求
• (1) 测试方法合理 测试设备和环境条件等应能体现被测量的被测 参数. 田径场和电子测时仪测百米速度—合理,表现速 度能力 (2) 精度符合要求 满足需要即可,不必追求过高精度 西瓜重量测量—精度要求低 (3)要有公信力 可信:质量测量—天平 参考:汽车发动机实验室油耗测量—与路况相关