工程测试技术基础(绪论)

同学们好，从今天开始我就要为大家介绍一门新的课程，名字叫测试技术基础。

测是机械工程相关专业一门非常重要的学科基础课。

我们正处于一个信息技术飞速发展的时代，而测试技术的出现正是这个时代的产物之一。

所谓它山之石，可以攻玉，微电子技术，特别是微计算机技术的迅速发展，给机械工程、机械工业带来了极其深刻的变化。

机械产品由以往取代、延伸与放大人的体力的作用，跃变到还能取代、延伸、与加强人的部分脑力的作用，比如机电一体化产品的蓬勃兴起于发展正是这一跃变的体现。

机械产品的制造过程也发生了飞跃，制造过程不仅包括物质流与能量流，而且还包含了信息流，制造过程正在走向柔性化、集成化、智能化，FMS（柔性制造系统）、CIMS（计算机集成制造系统）的出现与发展正是这一趋势的体现。

这一切技术的关键问题，都在于信息的获取、传输、储存、处理与分析、信息的利用。

而这些正是测试技术、信息理论在机械工程这一传统学科领域的新应用。

1988年4月28日，阿罗哈航空（243号班机为）一架波音737型客机，从希洛前往檀香山途中，因金属疲劳导至驾驶室后方一直到机翼附近的一大块机舱天花板撕裂飞脱，一名空服员（卡拉芭尼·兰辛（Clarabelle Lansing））不幸被吸出机舱外，至今仍失踪，65人受伤。

这个灾难性的断裂事件震惊了整个世界，更加震惊了美国。

所以美国国会当时形成一个议案，要求3年内拿出一个SMART飞机的概念设计，SMART的含义就是具有自诊断和预警系统。

正是这一事件推动了世界各国对智能材料的研究，也推动了各个领域里的监测、诊断、自控制、自适应的研究工作的蓬勃兴起和发展。

另外，这次事件也告诫人们，对一些重要的设备、重要的设施、关键的零部件，对其进行有效的诊断和监控是非常重要的。

比如在我国的三峡大坝里，我们填入了光纤传感器，在长江大桥的悬索大桥的悬索里嵌入了光纤传感器，以自动监测和控制大坝和桥梁的受载情况，以免由于材料的疲劳强度和过载发生灾难性的损害事故。

第一章绪论1、测试的概念目的：获取被测对象的有用信息。

测试是测量和试验的综合。

测试技术是测量和试验技术的统称。

2、静态测量及动态测量静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。

动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。

3、课程的主要研究对象研究机械工程中动态参数的测量4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达第二章信号分析及处理一、信号的分类及其描述1、分类2、描述时域描述：幅值随时间的变化频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点1、周期信号数学工具：傅里叶级数方法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性收敛性（见表1-2）周期的确定：各谐波周期的最小公倍数基频的确定：各谐波频率的最大公约数2、瞬变信号（不含准周期信号）数学工具：傅里叶变换方法：求信号傅里叶变换频谱特点：连续性、收敛性3、随机信号数学工具：傅里叶变换方法：求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点：连续性三、典型信号的频谱1、δ(t)函数的频谱及性质△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”采样性质：积分特性：卷积特性：2、正、余弦信号的频谱（双边谱）欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。

解决了周期信号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。

3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）四、信号的特征参数1、均值：静态分量（常值分量）正弦、余弦信号的均值？2、均方值：强度（平均功率）均方根值：有效值3、方差：波动分量4、概率密度函数：在幅值域描述信号幅值分布规律五、自相关函数的定义及其特点1、定义：2、特点3、自相关图六、互相关函数的定义及其特点1、定义2、特点3、互相关图七、相关分析的应用八、相关系数及相干函数相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系；相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。

课程教学大纲课程的性质、目的和任务工程测试技术基础是机械大类专业的平台课程.通过本课程的学习可以获得传感器测量原理、测量信号处理方法和计算机测量系统等方面的基础知识，并掌握温度、力、压力、噪声等常见物理量的测量和应用方法。

基本要求本课程分为概论、信号分析基础、传感器测量原理、测试系统基本特性、计算机化测试系统和常见物理量测量与应用几部分。

学完本课程应具有下列几方面的知识:（1）掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取解读测量信息的能力。

（3）掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。

(4)掌握温度、压力、位移等常见物理量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用。

（5)了解计算机测试系统的构成，知晓用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题. 课程内容与学时安排第一部分绪论（2学时）介绍测试技术在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势.第二部分信号分析基础(8）包括信号的分类,信号波形分析、频谱分析、相关分析原理与应用。

第三部分传感器测量原理（8)介绍电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光学传感器、热电式传感器、化学传感器、生物传感器等常用传感器的工作原理和应用。

第四部分测试系统特性（4）介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量的条件.测试系统特性的评定方法. 第五部分计算机化测试系统（10）包括传感器信号的放大、滤波、调制与解调，等信号调理方法、A/D、D/A转换过程和采样定理，常用的数字信号处理算法，计算机虚拟仪器技术。

实验 8学时1.波形合成与分解，波形图、谱图的识图2.输送线模型多传感器综合应用(红外、光电、铁磁等）3.环境监测(烟雾、酒精、温度、湿度、亮度、噪声等）4.转子实验台模型转速和振动测量、现场动平衡合计 32+8学时。

机械工程测试技术试题库机械工程测试技术试题库绪论第一章一、选择题 1.描述周期信号的数学工具是（ B ）。

A.相关函数 B.傅氏级数 C.傅氏变换 D.拉氏变换 2.傅氏级数中的各项系数是表示各谐波分量的（ C ）。

A.相位 B.周期 C.振幅 D.频率 3.复杂的信号的周期频谱是（ A ）。

A.离散的 B.连续的 C.δ函数 D.sinc函数 4.如果一个信号的频谱是离散的。

则该信号的频率成分是（ C ）。

A.有限的 B.无限的 C.可能是有限的，也可能是无限的 D.不能确定 5.下列函数表达式中，（ B ）是周期信号。

A.B.， C.， D.， 6.多种信号之和的频谱是（ C ）。

A.离散的 B.连续的C.随机性的 D.周期性的 7.描述非周期信号的数学工具是（ C ）。

A.三角函数 B.拉氏变换 C.傅氏变换 D.傅氏级数 8.下列信号中，（ C ）信号的频谱是连续的。

A.B.C.D.9.连续非周期信号的频谱是（ C ）。

A.离散、周期的 B.离散、非周期的 C.连续非周期的 D.连续周期的 10.时域信号，当持续时间延长时，则频域中的高频成分（ C ）。

A.不变B.增加C.减少D.变化不定 11.将时域信号进行时移，则频域信号将会（ D ）。

A.扩展 B.压缩C.不变 D.仅有移项 12.已知，为单位脉冲函数，则积分的函数值为（ C ）。

A.6 B.0 C.12 D.任意值 13.如果信号分析^p 设备的通频带比磁带记录下的信号频带窄，将磁带记录仪的重放速度（ A ），则也可以满足分析^p 要求。

A.放快 B.放慢 C.反复多放几次 D.不能 14.如果，根据傅氏变换的（ A ）性质，则有。

A.时移 B.频移 C.相似 D.对称 15.瞬变信号_(t)，其频谱_(f)，则|_(f)|2表示（ B ）。

A.信号的一个频率分量的能量 B.信号沿频率轴的能量分布密度 C.信号的瞬变功率 D.信号的功率 16.不能用确定函数关系描述的信号是（ C ）。

工程测试技术基础教学大纲适用专业：机械设计制造及自动化课程学时：40（理论学时：34，实验学时：6 ）一、课程性质、目的与任务机械工程测试技术是机械工程类本科生的一门重要专业基础课。

本课程主要教学内容有：机械工程测试中常用的传感器和相应的调理电路的工作原理；测量装置(仪器及系统)静态、动态特性的评价方法；动态信号的描述、分析处理；常见机械制造工程领域中各类静态、动态物理信号的测试分析方法。

通过本课程的学习，使学生了解信号的特征；能较正确地选用传感器等测试元件构成测试仪器及系统；掌握测试的基本理论、基本方法及基本试验技能，为进一步学习和研究测试领域的实际问题打下基础，为机械制造自动化工程服务。

二、课程教学内容（有☆号者为选讲）(一)理论教学第一部分绪论（2学时）介绍测试技术在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。

第二部分信号分析基础（4学时）介绍信号的分类，信号时域分析、幅值域分析、频谱分析、相关分析原理及应用。

包括：1. 基本概念：信号的分类、信号的描述方法、信号分析的内容2. 周期信号与离散频谱：正弦信号表示法、复杂周期信号的分解、周期信号的强度分析、周期信号的频谱分析3. 非周期信号与连续频谱：傅里叶变换简述、非周期信号的频谱分析、几种典型非周期信号的频谱4. 相关分析第三部分传感器及应用原理（8学时）介绍电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、半导体传感器等常用传感器的工作原理、测量电路和传感器的特性以及在制造业中的应用。

1.概述：传感器的作用及组成、传感器的分类、对传感器性能的要求简介2.电阻式传感器：电位器式电阻传感器、电阻应变式电阻传感器。

3.电感式传感器：自感型电感传感器、变压器式电感传感器、涡流式传感器4.电容式传感器：电容式传感器的类型及变换原理、实际测量电路5.压电式传感器：压电效应、压电式传感器及其等效电路、测量电路6.磁电式传感器：动圈式磁电传感器、磁阻式磁电传感器7.热电式传感器：热电偶、热电阻传感器8.半导体传感器：磁电转换元件、光电转换元件☆9.其它新型传感器简介第四部分测试系统特性（4学时）介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量条件，滤波器及应用，测试系统特性的评定方法。

机械工程测试技术基础》-第三版 -熊诗波等著绪论0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。

解答：教材P4~5，二、法定计量单位。

0-2 如何保证量值的准确和一致？解答：(参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定)1、对计量单位做出严格的定义；2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备；3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。

3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。

0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？解答：(教材P8~10,八、测量误差)0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。

①土卩V②土g2③土g/cm解答：-6 6①7.8 10-6/1.0182544 7.6601682/10 6②0.00003/25.04894 1.197655/106③0.026/5.482 4.74%0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980) 》的要点是什么？解答：(1) 测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。

(2) 要点：见教材P11。

0-6 为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V的级电压表和量程为30V的级电压表分别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？解答：(1) 因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的(例如，精度等级为级的电表，其引用误差为%)，而引用误差=绝对误差/引用值其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。

量程越大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。

《绪论》0-1叙述我国法定计量单位的基本内容。

答：我国的法定计量单位是以国际单位制(SI)为基础并选用少数其他单位制的计量单位来组成的。

1．基本单位根据国际单位制(SI)，七个基本量的单位分别是：长度——米(Metre)、质量——千克(Kilogram)、时间——秒(Second)、温度——开尔文(Kelvn)、电流——安培(Ampere)、发光强度——坎德拉(Candela)、物质的量——摩尔(Mol>。

它们的单位代号分别为：米(m))、千克(kg)、秒(s)、开(K)、安(A)、坎(cd)、摩(mol)。

国际单位制(SI)的基本单位的定义为：米(m)是光在真空中，在1／299792458s的时间间隔内所经路程的长度。

千克(kg)是质量单位，等于国际千克原器的质量。

秒(s)是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射9192631770个周期的持续时间。

安培(A)是电流单位。

在真空中，两根相距1m的无限长、截面积可以忽略的平行圆直导线内通过等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10-7N，则每根导线中的电流为1A。

开尔文(K)是热力学温度单位，等于水的三相点热力学温度的1／273．16。

摩尔(mol)是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0．012kg碳-12的原子数目相等。

使用摩尔时，基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。

坎德拉(cd)是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1／683W／sr。

2．辅助单位在国际单位制中，平面角的单位——弧度和立体角的单位——球面度未归入基本单位或导出单位，而称之为辅助单位。

辅助单位既可以作为基本单位使用，又可以作为导出单位使用。

它们的定义如下：弧度(rad)是一个圆内两条半径在圆周上所截取的弧长与半径相等时，它们所夹的平面角的大小。

机械工程测试技术基础知识点第一章绪论1. 测试技术是测量和试验技术的统称。

2. 工程测量可分为静态测量和动态测量。

3. 测量过程的四要素分别是被测对象、计量单位、测量方法和测量误差。

4. 基准是用来保存、复现计量单位的计量器具5. 基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。

6. 测量方法包括直接测量、间接测量、组合测量。

7. 测量结果与被测量真值之差称为测量误差。

8. 误差的分类:系统误差、随机误差、粗大误差。

第二章信号及其描述1. 由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号称为一般周期信号。

2. 周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。

1．信号的时域描述，以时间为独立变量。

4．两个信号在时域中的卷积对应于频域中这两个信号的傅里叶变换的乘积。

5信息传输的载体是信号。

6一个信息，有多个与其对应的信号；一个信号，包含许多信息。

7从信号描述上：确定性信号与非确定性信号。

8从信号幅值和能量：能量信号与功率信号。

9从分析域：时域信号与频域信号。

10从连续性：连续时间信号与离散时间信号。

11从可实现性：物理可实现信号与物理不可实现信号。

12可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。

13不能用数学关系式描述的信号称为随机信号。

14周期信号。

按一定时间间隔周而复始出现的信号15一般周期信号:由多个乃至无穷多个不同频率的简单周期信号叠加而成，叠加后存在公共周期的信号。

16准周期信号:由多个简单周期信号合成，但其组成分量间无法找到公共周期。

或多个周期信号中至少有一对频率比不是有理数。

17瞬态信号（瞬变非周期信号）:在一定时间区间内存在，或随着时间的增加而幅值衰减至零的信号。

18非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。

19一般持续时间无限的信号都属于功率信号。

20一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号（可以理解成能量衰减的过程）。