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测试技术基础专业：机械工程授课学时数：36作者：王世军单位：西安理工大学机械及自动化系E-mail: wsjxaut@？本课程在培养计划中的地位（摘自培养计划）教学计划•计划学时40•讲课36•实验4•每周学时：4•考试时间：5月1日前教学要求•参考书–《工程测试技术及应用》郑建明班华主编，电子工业出版社–《机械工程测试技术基础》，第三版•熊诗波黄长艺主编，机械工业出版社–《测试技术与工程应用》•赵庆海主编化学工业出版社–《机械工程测试技术》•陈花玲主编，机械工业出版社–《工程测试技术基础》•何岭松，华中理工大学出版社–要求记笔记–成绩评定：–考试成绩（80%~85%）+ 平时成绩（15%~20%）–平时成绩：•日常考勤，一次不到扣一分，扣完为止•课堂提问，不到或者不会，扣一分，扣完为止•课堂练习，缺一次扣一分，扣完为止讲义的网上地址：reply2004@ Password: 205405•该信箱是用于教学的个人信箱；•请勿改动信箱的任何设置，只下载附件；•不会使用Email的同学，先。
•谢谢合作！我的信箱：wsjxaut@wsjxaut@上篇测试技术基础第一讲第一章绪论第一节测试技术概况第二节测量的基础知识？第一章绪论第一节测试技术概况一、测试技术的发展与重要性1. 测试是测量和试验的简称目的：获取被测对象基本属性与内在运行规律有用信息2.工程测量分为静态测量和动态测量静态测量是指对不随时间变化的物理量的测量动态测量是指对随时间变化的物理量的测量----本课的主要研究对象3.信息、信号、测试和测试系统之间的关系测试的目的是获取信息，信号是信息的载体，测试是通过测试系统得到被测参数信息并以信号的形式表现出来的技术手段。
4.测试技术的发展概况现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以下方面：（1）新原理新技术在测试技术中的应用激光多普勒效应----磁铁振动的测量激光扫描----大型结构的多点测振（2）新型传感器的出现MEMS技术进入，传感器与处理电路集成（3）计算机测试系统与虚拟仪器的应用测试系统引入计算机技术二、测试系统的一般组成三、测试技术的发展趋势1.测试仪器向高精度、高速度和多功能发展；2.传感器向新型、微型、智能型发展；3.测试范围向极端测量方向发展；4.参数测量与数据处理向自动化发展。
检测技术Measurement Technology主撰人：赵锴审核人：赵敏批准人：崔亚辉一、课程基本信息学分：3.5总学时：56学时讲课学时：48学时实验学时：8 学时课程A/B类归属：B类课程代码：02190650开课学期：第七学期先修课程：工程力学（08100190）、工程光学（02110470）、模拟电子技术基础（04100220）、数字电子技术基础（04100200）、控制工程基础A（021110131）、误差理论与数据处理（02111320）、传感器原理及应用（02112040）、信号分析与系统（02112150）二、课程介绍及教学目的、教学要求《检测技术》是测控技术与仪器专业一门实践性很强的专业课。
主要介绍机械量、几何量和流量测量的理论与方法，使学生掌握测试工作所需要的基本知识和技能，培养学生掌握常见物理量检测的方法，了解测量仪器的工作原理，训练根据具体测试对象、测试要求、测试环境选择合适测量原理和测量方法的能力，具备设计简单测试系统的能力。
为从事测试与测量工程技术工作与科学研究打下坚实的理论基础。
三、本课程与其他有关课程的联系本课程涉及知识面较宽，在开本课程之前应先修有关光学、机械、电子技术基础课，如电子技术、控制工程基础、误差理论与数据处理、工程光学、信号分析与系统、误差理论与数据处理等课程内容。
四、课程内容及课时分配（一）课程内容第一章绪论1、检测的基本概念2、检测技术研究的主要内容3、本课程任务以及与其它课程的关联4、检测技术的发展方向第二章测试系统1、测试系统的组成2、测试系统的数学模型及频率特性3、测试系统对瞬态激励的响应4、测试装置的主要性能指标第三章信号及其描述1、周期信号及其描述2、非周期信号及其描述3、离散傅立叶变换4、随机信号第五章长度及线位移测量1、长度单位和定义2、长度测量基本原则3、长度尺寸的测量4、形位误差和异形曲面的测量5、表面粗糙度误差的测量第六章角度及角位移测量1、角度单位及量值传递2、角度的圆周封闭原则3、单一角度尺寸的测量4、圆分度误差的测量5、角位移的测量第七章速度和转速的测量1、速度的测量2、转速的测量3、加速度的测量第八章力、力矩和压力的测量1、力的测量方法2、力的测量装置3、力值的检定和定度4、称重及称重装置第九章机械振动的测量1、机械振动的类型2、振动的激励和激振器3、测振传感器4、振动的测量第十一章流量的测量1、流量仪表的分类2、总量测量仪表3、差压流量计4、流体阻力式流量计5、测速式流量计第十二章现代测试系统1、智能仪器2、自动测试系统3、虚拟仪器五、实验环节内容实验内容(4个实验，每个实验2学时)：1、直线度误差的测量2、角度的测量（共两个选做实验：正弦规测量角度和双球测量内孔锥度中）3、单自由度系统自由衰减振动参数的测量4、拍振实验六、执行大纲应注意的问题1、课堂教学力求不断充实最新科学技术成果，拓展学生视野。
现在的位置：课程介绍 >> 理论部分 >> 电子讲稿第一章绪论1.1 测量学的任务与应用测量学定义美国学者史蒂文斯认为：测量就是依据某种法则给物体安排数字；如：铯原子的振动周期作为时间度量的基本单位，国际单位制定义1米是光在真空中1/299 792 458秒移动的距离，最初规定四千万分之一为 1 米，并按照这个长度用铂-铱合金铸成一根“米原器”。
测量的目的：就是进行可靠的定量比较，使我们的世界用同样的目光看同样的物体，进而为各行各业务。
本课程定义：测量学是研究地球的形状和大小，确定地面点位（包括空中、地下和海底），以及对于这理、存储、管理的科学。
测量学的分类：测量学按照研究范围和对象的不同，可分为以下几个分支学科：1、大地测量学：研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题的学科。
可分为常规大地测量学和卫星大地测量学。
2、摄影测量与遥感学：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的形状、大小和空间位置（影像或数字形式制地形图或获得数字化信息的理论和方法的学科。
可分为地面摄影测量学、航空摄影测量学、水下摄影测量学和航天摄影测量学。
（军事侦察、打击评估、地军事地图等更新）3、地图制图学：利用测量的成果来绘制地图的理论和方法。
4、海洋测绘学：研究对象为海洋和陆地水体。
5、普通测量学：研究地球表面小范围测绘的基本理论、技术和方法，不顾及地球曲率的影响，把地球局部测量学的基础。
6、工程测量学①研究内容有关城市建设、矿山工厂、水利水电、农林牧业、道路交通、地质矿产等领域各种工程的勘测设计，建设施营，变形监测等方面的测绘工作。
②主要工作测绘；测设；变形监测测量学在工程建设中的应用：测量学的应用非常广泛。
国防、军事、经济建设都离不开测量学，这里着重介绍一下测量学在工程建设中的应用1勘测设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供工程的设计使用。
如修公路，为了确定一条最经济合理的路线，必须预先测绘路线附近的地形图，在地形图上进行路线设计。
第一章绪论参考答案一、判断题（正确的打√，错误的打×）1.不经挑选，调整和修配就能相互替换，装配的零件，装配后能满足使用性能要求，就是具有互换性的零件。
（√）2.互换性原则中适用于大批量生产。
（╳）3.为了实现互换性，零件的公差应规定得越小越好。
（╳）4.国家标准中，强制性标准是一定要执行的，而推荐性标准执行与否无所谓。
（╳）5.企业标准比国家标准层次低，在标准要求上可稍低于国家标准。
（╳）6.厂外协作件要求不完全互生产。
（╳）7.装配时需要调整的零、部件属于不完全互换。
（√）8.优先数系包含基本系列和补充系列，而派生系列一定是倍数系列。
（╳）9.产品的经济性是由生产成本唯一决定的。
（╳）10.保证互换的基本原则是经济地满足使用要求。
（√）11.直接测量必为绝对测量。
( ×) （绝对、相对测量：是否与标准器具比较）12.为减少测量误差，一般不采用间接测量。
( √)13.为提高测量的准确性，应尽量选用高等级量块作为基准进行测量。
( ×)14.使用的量块数越多，组合出的尺寸越准确。
(×)15.0~25mm千分尺的示值范围和测量范围是一样的。
( √)16.用多次测量的算术平均值表示测量结果，可以减少示值误差数值。
( ×)17.某仪器单项测量的标准偏差为σ=0.006mm，若以9次重复测量的平均值作为测量结果，其测量误差不应超过0.002mm。
( ×误差＝X－X0)18.测量过程中产生随机误差的原因可以一一找出，而系统误差是测量过程中所不能避免的。
( ×)19.选择较大的测量力，有利于提高测量的精确度和灵敏度。
( ×)20.对一被测值进行大量重复测量时其产生的随机误差完全服从正态分布规律。
( √)四问答题1什么叫互换性？为什么说互换性已成为现代机械制造业中一个普遍遵守原则？列举互换性应用实例。
（至少三个）。
答：（1）互换性是指机器零件（或部件）相互之间可以代换且能保证使用要求的一种特性。
《精密工程测量》教学大纲课程编码：课程名称：精密工程测量英文名称：Precision Engineering Surveying开课学期：8学时/学分：20 /1 (其中实验4学时)课程类型：学科专业选修课开课专业：测绘工程选用教材：吴翼麟、孔祥元，《特种精密工程测量》，测绘出版社，1992主要参考书：1、张正禄，《工程测量学》，武汉大学出版社，20022、李青岳、陈永奇，《工程测量学》，测绘出版社，19953、黄声享、尹晖等，《变形监测数据处理》，武汉大学出版社，20034、冯文灏，《工业测量》，武汉大学出版社，2004……执笔人：王凤艳一、课程性质、目的与任务《精密工程测量学》是测绘工程本科专业选修专业课之一，本教学大纲适用于测绘工程专业的本科教学。
通过本课程教学，使学生了解国内外精密工程测量的发展现状；掌握精密工程测量的理论、技术、仪器和方法。
二、教学基本要求1、了解精密工程测量的研究内容和发展趋势2、掌握精密工程测量的基本理论、方法和技术3、掌握精密工程测量的数据处理方法三、各章节内容及学时分配第一章绪论（2学时）一、精密工程测量的定义和领域二、大型工程建筑物的结构特点及其对测量精度的要求三、国内外特种精密工程测量的现状及发展教学提示：在这一章的教学中，主要让同学们了解精密工程测量的研究内容、应用领域及发展现状。
第二章精密工程测量的基本原理（2学时）一、精密工程测量的工作内容和特点二、常规方法的改进、专用测量仪器的研制三、内外部环境因素的排除和处理四、自动观测系统五、精密工程测量中数据处理的特点教学提示：通过本章教学，使同学们了解精密工程测量的工作内容和特点，常规方法的改进及研制专用仪器，在精密工程测量中，要注意内外部环境因素的排除和处理，掌握精密工程测量中数据处理的特点。
第三章精密长度测量（2学时）精密长度测量的各种方法教学提示：要求同学们掌握精密长度测量的各种方法。
第四章精密角度测量（2学时）精密角度测量的各种方法和仪器教学提示：通过教学，使同学们掌握精密角度测量的各种方法。
第一章：绪论1.名词解释：测量学、测定、测设、大地水准面、地球椭球面、绝对高程、相对高程、6°带、高斯平面直角坐标、参心坐标系、地心坐标系、正高、大地高。
(1)测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面、水下及空间点位的科学。
（2）测定是指用测量仪器对被测点进行测量、数据处理，从而得到被测点的位置坐标，或根据测量得的数据绘制地形图。
（3）测设是指把设计图纸上规划设计好的工程建筑物、构筑物的位置通过测量在实地标定出来。
（4）大地水准面是由静止海水面并向大陆、岛屿延伸而形成的不规则的闭合曲面。
（5）地球椭球面是把拟合地球总形体的旋转椭球面。
（6）绝对高程是指地面点沿垂线方向至大地水准面的距离。
（7）相对高程是指选定一个任意的水准面作为高程基准面，地面点至此水准面的铅垂距离。
（8）6°带，即从格林尼治首子午线起每隔经差6°划分为一个投影带。
（9）高斯平面直角坐标：经投影所得的影响平面中，中央子午线和赤道的投影是直线，且相互垂直，因此以中央子午线投影为X轴，赤道投影为Y轴，两轴交点为坐标原点，即得高斯平面直角坐标系。
（10）参心坐标系是以参考椭球的几何中心为基准的大地坐标系。
（11）地心坐标系是以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。
（12）正高是指地面点到大地水准面的铅垂距离。
（13）大地高是指地面点沿法线至地球椭球面（或参考椭球面）的距离，称为该点的大地高。
2. 测量学主要包括哪两部分内容？二者的区别是什么？测量学主要包括测定和测设两部分内容；区别：测定是用测量仪器对被测点进行测量根据测量得的数据绘制地形图，而测设是指把设计图纸上设计好的坐标实地标定出来。
3. 简述Geomatics的来历及其含义。
来历：自20世纪90年代起，世界各国将大学里的测量学专业、测量学机构好测量学杂志都纷纷改名为Geomatics。
Geomatics是一个新造出来的英文名词，以前的英文词典中找不到此词，因此也没有与之对应的汉译名词。
精密测量技术主讲人：蒋永刚jiangyg@现代制造的内涵微/纳机械系统E0512 机构学与机器人E0501 E0502传动机械学机械测试 理论与技术 E0511制造系统与自动化E0510 E0503机械动力学零件加工制造E0509 E0504机械结构强度学机械摩擦学与表面技术E0505E0508 零件成形制造 E0507 E0506机械仿生学机械设计学可观测性是制造的前提！测量的概念测量技术的发展•精密测量技术是机械工业发展的先决条件之一。
•从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的。
–由于有了千分尺类量具，使加工精度达到了0.01mm；–有了测微比较仪，使加工精度达到了1μm左右；–有了圆度仪等；测量仪器、使加工精度达到了0.1μm;–有了激光干涉仪，使加工精度达到了0.01μm。
•目前国际上机床的加工水平已能稳定地达到1μm的精度，正在向着稳定精度为纳米级的加工水平发展，表面粗糙度的测量则向亚纳米级的水平发展。
纳米技术正在形成新的技术热点。
•材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密机械工程的三大支柱。
•目前在基础工业的某些领域，例如研究切削速度与进刀量对加工误差的影响、摩擦磨损等，精密测量已成为不可分割的重要组成部分。
• X射线干涉仪的工作台能在10 nm的分辨力下连续移动，而且在50 mm的位移行程上的角偏量为千分之几的秒级。
•在高纯度单晶硅的晶格参数测量中，以及对生物细胞、空气污染微粒、纳米材料等基础研究中，无不需要精密测量技术。
•激光直写 DWL2000•计量技术发展的趋向有以下几个方面：• 1、从实物基准到自然基准•米的定义的沿革：“米”作为长度计量单位起源于1790年，当时法国国民议会采纳了达特兰提出的“以经过巴黎的地球子午线自北极至赤道这段弧长的一千万分之一为一米”的建议。
• 1799年，巴黎科学院完成了从法国的敦科尔克经过巴黎到西班牙的巴尔雪隆纳这一段子午线的实测工作，并按照测量结果所得的1米的长度制作了一把米尺，作为长度计量基准。
这就是•档案米尺经过近一百年的时间，由于损坏严重，于1880年国际计量局又制作了30多根(34) 铂铱合金的高精度米尺：经过比对，以第6号尺取代档案米尺，作为国际长度计量基准，由国际计量局保存，并命名为“国际米原器”。
其余的米尺则在1889年第一届国际计量大会上分发给缔约国，作为各国的长度基准器。
•当时米的定义为：米的长度等于在冰点温度下，米原器两端刻线间的距离。
•国际米原器• 1960年第11届国际计量大会通过了“米”的新86定义，以氦的同位素86K( )的波长作为长度r计量的自然基准，即原子在真空中的能2p -5d10 5级跃迁时辐射光波的波长0.60578021m，一米为波长的1650763.73倍。
这一自然标准是米的复现精度提高到。
• 1983年第17届国际计量大会通过了以光速常数为媒介的激光辐射的稳定波长作为长度基准，使长度基准的复现精度从10-9提高到10-11。
•米是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内所行进的路程长度。
• 2、从静态到动态目前多数计量基准和标准是在静态条件下传递量值的。
由于生产发展的要求，许多精密测量和校准工作要求在生产过程中进行，计量技术由静态向动态发展是必然趋势。
例如，激光干涉自动量块检测仪可以实现对实物基准的动态检测。
近年来，激光、光栅和感应同步器等新技术的推广和应用，产生了各种类型的机、光、电相结合的自动检测仪器。
特别是近年来微处理器的应用，为计量的自动化和智能化展示了广阔的背景。
• 3、从中间向两端扩展激光技术和量子学在测量中的应用，使测量从常规的中等长度向两端扩展。
•现在已能测量几百米的特大尺寸，其测量误差不超过几十微米。
•单晶金刚石刀具的圆弧半径、原子力显微镜的前端曲率半径测量现在也不成问题。
• 4、从手动向自动化扩展•电子技术和计算机的广泛普及，不仅实现了自动显示和自动数据处理，而且实现了程序控制测量，从而改变了过去那种手摇、目测和笔算的落后局面。
精密测量的分类• 1、按照测量过程中是否接触分为：• (1)接触式：测量过程中容易对被测对象产生干扰；• (2)非接触式：测量过程中不对被测对象产生干扰，但是容易受到外界因素的干扰。
接触式测量非接触式测量例：雷达测速车载电子警察•⑴接触测量测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。
如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。
为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。
•⑵非接触测量测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。
属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。
如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。
• 2、按被测工件在测量时所处状态分类•⑴静态测量测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。
例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。
•⑵动态测量测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。
例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。
静态测量动态测量地震测量振动波形• 3、按测量方法分类•测量的基本概念是把一个未知的被测量和一个已知的标准量相比较，按照比较的方法可分为两类，即直接测量法和间接测量法。
•即(1)直接测量• (2)间接测量直接测量电子卡尺间接测量•例如用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长S 与弦高H 的测量结果，可求得直径D 的 实际值，如图所示。
由图可得S 2 DH 4H •对上式微分后，得到测量结果•的测量误差为S S2 4HdD 2H dS 1 dH2 •式中dS ——弦长S 的测量误差• dH ——弦高H 的测量误差。
4、按照测量过程是否在生产现场分为：(1)离线测量(2)在线测量离线测量在线测量在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。
• 5、按测量结果的读数值不同分类•⑴绝对测量从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。
例如用游标卡尺测量零件轴径值。
•⑵相对测量将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。
例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。
教学内容• 0绪论（2学时）• 1、几何测量:（2学时）：• 2、位移测量:（3学时）：• 3、速度、转速、加速度(3学时）• 4、力学测量：（2学时）：力、扭矩、应力、• 5、压力测量：（2学时）：• 6、流体测量：（2学时）：• 7、温度测量：（2学时）：• 8、磁场测量：（2学时）：• 9、时间、频率测量：（2学时）• 10、湿度与化学测量（2学时）：• 11、材料测量（4学时）• 12、生物测量技术（2学时）：细胞、蛋白质等。
考核方式：大报告（80%）＋平时20％参考书：•《Measurement Systems Application and Design》Ernest O. Doebelin 著(测量系统应用与设计) •《精密测量技术》蒋建强、曹志宏主编，北京师范大学出版社。
教学内容• 0绪论（2学时）• 1、几何测量:（2学时）：• 2、位移测量:（3学时）：• 3、速度、转速、加速度(3学时）• 4、力学测量：（2学时）：力、扭矩、应力、• 5、压力测量：（2学时）：• 6、流体测量：（2学时）：• 7、温度测量：（2学时）：• 8、磁场测量：（2学时）：• 9、时间、频率测量：（2学时）• 10、湿度与化学测量（2学时）：• 11、材料测量（4学时）• 12、生物测量技术（2学时）：细胞、蛋白质等。
第一章几何测量1.几何精密测量的基础理论2.形位误差的评定3.直线度的测量；4.平面度的测量；5.圆度的测量；加工精度的预测Taniguchi 1983（狭义）精密测量技术几何精密测量的发展趋势①高精度：精度由微米级向纳米级发展，同时提高分辨率要求。
②大尺寸：测量几米至几百米范围内物体的空间坐标(位置)、尺寸、形状、运动。
③高速度高效率：Renishow ML10激光干涉仪测量范围80m，测量速度1m/s、分辨率0.001μm；点测量向面测量过渡。
④利用微制造技术、纳米技术、计算机技术、新材料等新技术，研究智能化、集成化、标准化、小型化仪器。
——数字化、网络化、自动化、虚拟仪器、傻瓜型⑤实现各种溯源的要求。
如自标定、自校准，特别是纳米溯源问题。
———测量的可靠性•高斯分布NN( X X)2X i is i1实际上：i1误差与精度的关系•精密度(Repeatability)与准确度(Accuracy) Low Accuracy Low Accuracy High Accuracy Low repeatability High repeatability High repeatability测量原则：•两个重要的测量原则•在几何量测量中，有两个重要的原则，即长度测量中的阿贝原则和圆周分度测量的封闭原则。
•（1）阿贝测长原则•在长度测量中，测量过程就是将被测工件的尺寸与作为标准量的线纹尺、量块等的尺寸进行比较的过程：由于在测量时，测量装置需要移动，而移动方向的正确性通常由导轨来保证：由于导轨制造和安装等误差，使测量装置在移动过程中产生方向偏差。
为了减小这种方向偏差对测量结果的影响，1890年德国人艾恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)提出了以下指导性的原则：•被测尺寸与作为标准的尺寸应在同一条直线上，即按串联的形式排列。
并联的形式stan s串联的形式l(1cos)0.5l•（2）圆周封闭原则在圆周分度器件(如刻度盘、圆柱齿轮等)的测量中，利用在同一圆周上所有分度夹角之和等于360°，亦即所有夹角误差之和等于零的这一自然封闭特性，在没有更高精度的圆分度基准器件的情况下，采用“自检法”也能达到高精度测量的目的。
热传导快，测量值偏低1.几何精密测量的基础理论2.表面粗糙度测量3.直线度的测量4.平面度的测量5.圆度的测量二、表面粗糙度测量表面轮廓。
