机械工程测试技术（韩建海、尚振东、郭爱芳图书）_百科资料

基本信息

书名：机械工程测试技术

书号：9787302222750

作者：韩建海、尚振东、郭爱芳等

定价：29.8元

出版日期：2010-5-1

内容简介

本书以典型案例教学为主线，贯穿整个理论教学和实验教学的全过程，强化工程实际应用，突出学生能力培养，重点介绍如何根据具体测试任务制定和优化测试方案、恰当选择器件和部件、合理设计测试系统各模块、构建满足特定功能和技术指标的测试系统、正确处理测试数据等，力求体现先进性、实用性，注意反映当今测试技术发展的新成果和新动向。

本教材适应普通高等院校机械类、近机械类各专业测试技术课程使用，同时可供有关工程技术人员参考。

前言

教育部高等学校机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员会于2007年会同中国机械工程学会、清华大学出版社组成“中国机械工程学科教程研究组”。研究组构造了机械工程本科专业教育的知识体系和框架，建立了良好的课程知识体系，出版了《中国机械工程学科教程》。

本书采用测试知识边界再设计的方法，根据机械类、近机械类专业“测试技术”教材大纲编写，体现了《中国机械工程学科教程》中的思想，是“中国机械工程学科教程配套系列教材编审委员会”的立项项目。

本书定位为面向普通院校机械类、近机械类各专业测试技术课程的教材。按照应用型高级人才的培养目标和强化工程实际应用能力培养的要求，本书更加注重测试技术的系统应用，从工程应用角度审视信号测试的整体问题。随着测试技术的发展，许多测试器件都已商品化，而无需重新设计。因此，尽量删减元器件的内部工作原理，而将测试方案的制定和优化、器件的选择和应用等内容作为重点进行讲解。

本书以学生能力培养为目标，组织安排相关的教学内容，以典型工程实际案例教学为主线，贯穿整个理论教学和实验教学的全过程。在内容的编排上遵循由浅入深、由具体到抽象、循序渐进的规律。按传感器、调理电路、信号分析与处理、测试系统特性等顺序安排内容，依次对测试系统各组成部分的原理、功能、应用等做了介绍，重点放在原理和应用，然后针对机械工程中常见的被测量的测试方法进行讲解，使教材的整体章节系统与工程实际中的测试系统紧密地结合起来。在内容的具体编写上，立足于测试技术理论知识和工程实际应用的恰当结合，强化工程实际应用，内容全面、丰富，重点突出，层次清楚，既注重基础理论，又强调知识的综合应用，力求体现先进性、实用性，注意反映当今测试技术发展的新成就和新动向。

全书共分8章。首先从我们身边的测试技术谈起，介绍了测试系统的基本概念、基础理论和应用技术，然后围绕着测试系统的组成，讲述了常用传感器的原理与应用、测试信号调理电路、信号分析与处理、计算机测试系统、测试系统的特性、测试系统的干扰及其抑制、机械工程中常见量的测试等内容，每章均附有习题。

本书由河南科技大学的教师编写。第1章由韩建海执笔，第2、5章和8.3节、8.4节由郭爱芳执笔，第4章和第6章由尚振东执笔，第3章由王恒迪执笔，第7章由韩红彪执笔，8.1节、8.2节由蔡海潮执笔，马伟在大纲制定、内容安排、实验教学等方面做了大量工作。全书由韩建海、马伟担任主编，负责统稿，尚振东、郭爱芳、王恒迪和韩红彪担任副主编，协助统稿。

全书由清华大学的王伯雄教授主审。王教授对书稿的编写提出了不少宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢。

本书在编写过程中参阅了同行专家学者和一些院校的教材、资料和文献，在此向文献作者致以诚挚的谢意。由于编者水平有限，书中难免存在不足之处和错误，敬请广大读者不吝指正。

编者

2010年4月

部分章节

第1章绪论机械工程测试技术第1章绪论1. 理解测试与测试技术的概念； 2. 掌握测试系统的组成和测试技术的发展趋势； 3. 了解本课程的主要内容与学习方法。测试技术属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱（测试控制技术、计算机技术和通信技术）之一。测试技术是用来检测和处理各种信息的一门综合技术，在科学研究、工业生产、医疗卫生、文化教育等各个领域都起着相当重要的作用。本章主要介绍测试技术的基本概念，包括测试技术和测试系统；介绍了测试技术的应用和发展趋势、测试系统的组成；同时简要介绍了本书的主要内容、编写特点和学习要求。1.1测试技术概述1. 生活中的测试技术测试技术并不神秘，在我们生活中，就会遇到许多应用测试技术的实例。例如：电子血压计中人体血压和心跳的测量、全自动洗衣机中衣服的重量和水位的测量、指纹门锁中对人手指纹的检测、电子体温计对人体温度的检测、电冰箱和电饭煲中的温度测试、数码相机中的自动对焦、自动门的人体检测、超市中商品的条形码扫描、汽车中的燃料量和速度测试等，不胜枚举。相信随着科学技术的发展和人们对物质文化生活需求的增长，运用测试技术的机电产品，将在我们的日常生活中扮演更加重要的角色。2. 计量、测量、试验和测试为了准确理解测试技术的概念，需要先搞清楚下面几个密切关联的基本概念。计量（metrology）是实现单位统一、量值准确可靠的活动（JJF—1001—1998通用计量术语及定义4.2）。测量（measurement）是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。一个完整的测量过程必定涉及被测对象、计量单位、测量方法和测量误差四要素。试验（test）是对未知事物探索认识的过程。测试（measurement and test）是测量和试验的综合。工程测试可分为静态测量和动态测试。静态测量是指不随时间变化的物理量的测量，例如抽样测量辊压后钢板厚度的尺寸。动态测试是指随时间变化的物理量的测量，例如数控辊压机中，为保证生产出厚度合格的钢板，作为调整滚轮间距的依据，对加工出的钢板进行的实时连续测量。本书主要是关于如何用技术的手段实现动态测试，涉及测试原理、测试方法、测试系统、测试数据处理等。3. 测试技术测试技术（measurement and test technique）是测量和试验技术的统称，是关于将被测量转换为可检测、传输、处理、显示或记录的量，再与标准量比较的过程技术。人类认识和改造客观世界是以测试为基础的，进入以知识经济为特征的信息时代后，测试控制技术、计算机技术与通信技术一起构成了现代信息的三大基础。测试技术的水平在相当程度上影响着科学技术发展的速度和深度。许多新的发明制造都与测试技术的创新分不开。科学技术上的某些突破，也是以某一测试方法的突破为基础的。在现代科学研究和新产品设计中，为了掌握事物的规律性，人们需测试许多有关参数，用以检验是否符合预期要求和事物的客观规律。我们的祖先很早就设计出计时仪器——日晷。17世纪开普勒发明的望远镜可观测到数亿天体。利用现代航天、遥感、遥测技术，处在数万米高空的测试设备，能够识别地面1m2的平面轮廓；扫描隧道电子显微镜的分辨力达0.1nm。这些强有力的观测工具在为人类揭开物质世界奥秘的同时，也对电子技术、材料科学的发展做出了突出贡献。机械工程领域中的科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。作为自动化或控制系统中的一个环节，在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用。工业自动化生产过程中，为了保证正常、高效的生产，对生产过程自动化的程度提出了愈来愈高的要求，无论是产品的性能、品质参数还是加工过程中的在线测量，以及产品的包装等。例如数控机床中为了精确控制主轴转速，需要对机床主轴转速进行测试。机器人为了获得手臂末端在作业空间中的位置、姿态和手腕作用力等信息，需要对各个关节的位移、速度和手腕受力进行实时的测试。自动生产线上常需应用测试技术对零件进行分类和计数。图1.1为机械工程中几种典型的测试技术应用例子。图1.1机械工程中几种典型的测试技术应用例子（a）机器人中的力、角度等的测试；（b）自动生产线上的零件计数器；（c）齿轮故障测试系统图1.1（续）测试技术的应用涉及每一个工程领域。本书主要以机械工程领域中各种物理量的检测为研究对象和教学案例，来讲解各种物理量的测量原理和测量信号的分析处理方法。1.2测试系统的组成1. 测试系统与测试信号对被测量的测试需要由一套专门的设备来完成。完成对被测量测试的专门设备称为测试系统。测试系统是通过某种技术方法，从被测对象的运动状态中提取所需的信息。这个信息从物理的角度讲，是以某种信号的形式反映出来的。信息本身不具有能量及物质，信息的传递必须借助于某种中间媒介，而这个包含特定信息的媒介即为信号。信号一般表现为声、光、电、磁等物理量。在工程实际中，测试系统包括信号的获取、加工、处理、显示、反馈、计算等，因此测试系统对被测参量测试的整个过程都是信号的流程。2. 测试系统的组成测试系统可以是某个大型设备中的一部分，例如图1.1（a）所示的机器人力、角位移测试系统是机器人系统中的一部分。测试系统也可以是专门研制的一种测试仪器，例如图1.1（b）所示生产线上的零件计数器。测试系统还可以是一系列仪器的组合，例如图1.1（c）所示的齿轮故障测试系统。虽然测试系统可大可小，其组成仪器可多可少，但都由一些最基本的、功能相同的部分所组成。机器人中的力测试系统由传感器（力传感器）、中间调理电路（整形电路等）和数据输出器件（数据线等）组成。齿轮故障测试系统由传感器（压电传感器）、中间调理电路（电荷放大器、信号调理器、数据采集器等）和信号分析、处理、显示单元（计算机）等组成。可见，测试系统一般主要由传感器、中间调理电路、显示存储和输出装置三部分组成。这三部分及其与被测对象之间的关系如图1.2所示。图1.2测试系统的组成传感器是“感知”被测量信息的工具，就像人们为了从外界获取信息，必须借助的感觉器官一样。传感器是将外界信息按一定规律转换成电量的装置，它是测试系统的首要环节。传感器的输出信号一般很微弱，需要通过滤波、放大、调制解调、阻抗变换、线性化、将电阻抗变换为电压或电流等。调理电路将传感器输出的信号转换成便于传输处理、适于观察记录的信号。