第1章 现代测试技术的发展动向

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1、南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院南京理工大学机械工程学院机械电子工程系南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 通过测试技术的基础理论学习和实验，培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养学生能正确地选用测试装置, ,进行各种物理进行各种物理量的测量量的测量；初步掌握测试的方法和技能，为以后的生产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。实践和科学研究打下一定的基础。课程的目的课程的目的工程测试技术工程测试技术南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院第一章、绪论第一章、绪论本章学习要求：本章学习要求：1.掌握测试技术的概念及研究内容掌握

2、测试技术的概念及研究内容2.了解测试技术的应用情况了解测试技术的应用情况 3.了解测试技术的发展动态了解测试技术的发展动态 工程测试技术工程测试技术南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 概述：概述： 测试技术是研究有关测试方法、测试手段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，都离不科学技术到日常生活，从国防到民用，都离不开测试技术。开测试技术。第一章第一章 绪论绪论1.1 测试技术的地位及作用测试技术的

3、地位及作用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 不同的行业、专业，其测试的目的和规模、试验不同的行业、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。的相似性。 都关心都关心测试理论测试理论、测试方法测试方法、测试系统的架构测试系统的架构、测测试信号试信号及及实验数据的分析处理方法实验数据的分析处理方法； 都关心如何都关心如何控制实验条件

4、控制实验条件，减少干扰因素的影响减少干扰因素的影响； 都关心如何都关心如何选择测量系统选择测量系统，以获得合理的，以获得合理的效费比效费比，也即以较少的财力、人力和时间投入取得尽可能多也即以较少的财力、人力和时间投入取得尽可能多的有用信息。的有用信息。第一章第一章 绪论绪论南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1. 科学研究的重要手段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。依靠实验研究来解决实际问题。 示例: 例1:

5、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）第一章第一章 绪论绪论南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2. 产品检验的标准产品检验的标准 产品质量表现为一定的数量界限，要判断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。的范围内，必须通过测试。 示例示例: 尾气是否符合排放标准尾气是否符合排放标准 隔温涂料是否符合相关标准隔温涂料是否符

6、合相关标准 弹药验收弹药验收第一章第一章 绪论绪论南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用航天航天农业农业交通交通医学医学第一章第一章 绪论绪论南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.交通运输行业交通运输行业 高速公路上运输车辆的称重高速公路上运输车辆的称重不停车收费不停车收费 超速测量超速测量 交叉路口车辆越线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火车行驶中测重测速轴温测温 铁路轨道状态测量铁路轨道状态测量 倒车雷达倒车雷达 管道运输清管器跟踪测量仪管道运输清管器跟

7、踪测量仪 漏油盗油检测漏油盗油检测1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2. 医疗行业医疗行业 血压血压电子测压技术电子测压技术 血糖血糖化学光电测量化学光电测量 内窥镜内窥镜光学图像测量光学图像测量 B超超超声图像测量超声图像测量 体温和内脏温度体温和内脏温度电子测温电子测温 心电图心电图生物电测量生物电测量1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院3. 军军 事事 离地高度测量离地高度测量:空投装甲车空投装甲车 子母弹开仓高度子母弹开仓高度 炮口速度测量炮口速度测量:引信参数

8、炮口装定引信参数炮口装定 距离测量距离测量:坦克火炮坦克火炮 风速环境温度测量风速环境温度测量:射击参数修正射击参数修正 导弹姿态测量导弹姿态测量:导弹控制导弹控制1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 国产国产155毫米制导炮弹毫米制导炮弹南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院4. 科科 研研(1) 军品科研军品科研 火炮膛压火炮膛压 炮口速度炮口速度 弹丸姿态弹丸姿态 弹道测量弹道测量 射击精度和射频射击精度和射频 破片速度破片速度 火箭推力压力火箭推力压力1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院(2) 民品科研

9、民品科研 汽车性能测试汽车性能测试 民用爆炸品性能测试民用爆炸品性能测试 消防器材测试消防器材测试 材料性能测试材料性能测试 大桥的应力大桥的应力变形变形振振动动 大坝的裂缝大坝的裂缝变形变形内内应力应力1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院案例案例: :桥梁固频测量桥梁固频测量原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对原理：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。固有频率。注注: 亦可用火箭发动机作为激励

10、源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测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院4.3 测试系统的动态响应特性测试系统的动态响应特性 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。案例：案例：桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院5. 工业生产工业生产 在线测量在线测量:钢板测厚钢板测厚线材测径线材测径产品计数产品计数 弹丸配重弹丸配重偏心修正偏心修正 药品食品灌装重量药品食品灌装重量 热处理温度测量热

11、处理温度测量 井下瓦斯浓度井下瓦斯浓度氧气含量氧气含量 油井温度压力测量油井温度压力测量1.2 测试技术在各行各业的应用测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院6. 日常生活日常生活 水电气计量水电气计量 空调空调热水器热水器冰箱冰箱煤气灶测温煤气灶测温 图书馆图书馆书店书店机场机场火车站火车站超市出门检查超市出门检查 图书馆图书馆食堂食堂超市的条码超市的条码磁卡输入磁卡输入 气象水文测量气象水文测量 商场商场厨房电子秤厨房电子秤 电梯的超重电梯的超重门口有人测量门口有人测量平层平层自动门自动门 防盗防火烟雾测量器材防盗防火烟雾测量器材1.2 测试技术在各行各业的应用

12、测试技术在各行各业的应用 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.3 测试的基本概念测试的基本概念1. 概述概述测试测试 是具有试验性质的测量，或者可以理解为测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。量和试验的综合。测试技术测试技术 是测量技术及试验技术的总称是测量技术及试验技术的总称 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院试验与测量之间的关系试验与测量之间的关系例例1: 汽车碰撞汽车碰撞: 试验技术：试验技术： 何种方法更科学？何种方法更科学？ 以正面、侧面、多高的以正面、侧面、多高的车速、假人的数量、姿态、车速、假人的数量、姿态、系安全带否等。系安全带否等。 测量技术：

13、测量技术： 何种方法更准确、经济、方何种方法更准确、经济、方便？便？ 气囊打开的时间、假人气囊打开的时间、假人身体各部位承受的冲击力、身体各部位承受的冲击力、车辆变形的程度。车辆变形的程度。1.3 测试的基本概念测试的基本概念南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院例例2: 测量汽车刹车距离测量汽车刹车距离方法一方法一 以某一速度在某种道路条件下从某一标线开始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。刹车，车停后测量车与标线间距离。方法二方法二 当车速以某速度匀速行驶时，迅速刹车，测量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开始刹车至停车时的

14、速度(加速度加速度)变化曲线，变化曲线，积分计算出刹车距离积分计算出刹车距离 试论述上述方法中何为试验技术？何为测量技试论述上述方法中何为试验技术？何为测量技术？术？1.3 测试的基本概念测试的基本概念南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院例例3：打靶时弹着点的测量：打靶时弹着点的测量 光电靶光电靶 光电靶、激光靶光电靶、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口火焰、火箭羽焰、日光会干扰接收装置 声靶声靶 弹丸速度需高于音速，可用多只声传感器构成阵弹丸速度需高于音速，可用多只声传感器构成阵列测量列测量

15、地面反射、膛口波、环境温度地面反射、膛口波、环境温度 纸靶纸靶 试验时，场地、天气、温度、光线、试验火试验时，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处理技术测出弹着点坐标1.3 测试的基本概念测试的基本概念南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2. 测量测量(1 (1）测量的定义）测量的定义 指确定被测对象属性量值为目的的全部操作指确定被测对象属性量值为目的的全部操作。(2 (2）测量的最基本形式）测量的最基本形式 比较比较将待测的未知量和将待测的未知量和特特定的标准作比较。定的标准作比较。(3

16、 (3）量值）量值 由测量所得到的被测对象的量值表示为由测量所得到的被测对象的量值表示为数值数值和和计计量单位的乘积量单位的乘积。(4 (4）测量的分类）测量的分类 分为分为直接测量直接测量和和间接测量间接测量。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1) 1) 直接测量直接测量 定义：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪定义：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。器得到被测量值的测量为直接测量。 分类：可分为两种：分类：可分为两种：直接比较直接比较和和间接比较间接比较。a. a.直接比较直接比较 定义：直接把被测物理量和标准作比较的测量方法定义：直接把被测物

17、理量和标准作比较的测量方法称为直接比较。称为直接比较。 举例举例 天平测物体质量天平测物体质量 用米尺测量物体长度用米尺测量物体长度 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院b. b. 间接比较间接比较 定义定义 利用仪器仪表利用仪器仪表统称之为统称之为测量系统测量系统把原始形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。式，在测量系统的输出端显示出来。举例举例 水银温度计测体温水银温度计测体温 弹簧测物体的重量弹簧测

18、物体的重量南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2) 2) 间接测量间接测量a. a.定义：定义： 间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函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。数关系，计算出所要测量的物理量的大小。b. b.特点特点 被测物理量不能用现有仪表直接测量得到，需通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。过数学关系计算得到。 如：如： 欲测量欲测量y, , 首先测量首先测量x1, x2, x3, , 才能得到才能得到c. c.举例举例 用线圈靶测弹丸速度；用线圈靶测弹丸速度； 测运动物体的动能。测运动物体的动能。1

19、23( ,)yf x x x南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院3 3 要使测量具有普遍科学意义的条件要使测量具有普遍科学意义的条件(1) (1) 作比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；作比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；(2) (2) 进行比较的测量系统必须工作稳定，经得起检验。进行比较的测量系统必须工作稳定，经得起检验。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院4. 测试要求测试要求 (1) 测试方法合理测试方法合理 测试设备和环境条件等应能体现被测量的被测测试设备和环境条件等应能体现被测量的被测参数参数. 田径场和电子测时仪测百米速度田径场和电子测时仪测百米速度合理合理,表现

20、表现速度能力速度能力 (2) 精度符合要求精度符合要求 满足需要即可满足需要即可,不必追求过高精度不必追求过高精度 西瓜重量测量西瓜重量测量精度要求低精度要求低 (3)要有公信力要有公信力 可信可信:质量测量质量测量天平天平 参考参考:汽车发动机实验室油耗测量汽车发动机实验室油耗测量与路况相关与路况相关1.3 测试的基本概念测试的基本概念南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院5. 相关技术和人员素质要求相关技术和人员素质要求测试技术涉及面较广测试技术涉及面较广: : 机械机械-传感器和测试台架设计加工传感器和测试台架设计加工 化工化工-防腐防腐粘胶粘胶化学测试化学测试 光学光学-红外测温红外

21、测温CCD测速测速流场和温度场成像流场和温度场成像 无线电无线电-测速雷达测速雷达 电子电子-仪器仪器 计算机计算机-智能仪器智能仪器 各相关专业知识各相关专业知识-火炮火炮采油采油航天航天采矿采矿 测试人员应具有多方面专业知识和较强的测试人员应具有多方面专业知识和较强的动手能力动手能力1.3 测试的基本概念测试的基本概念南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.4 非电量电测系统的组成非电量电测系统的组成1 1、非电量测量的基本思想、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，最后以适当的形式必要的调节、转换

22、、运算，最后以适当的形式输出。输出。2 2、非电量电测系统的组成、非电量电测系统的组成 模拟式测量系统模拟式测量系统 数字式测量系统数字式测量系统南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置一般说来，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。和显示记录装置三部分组成。信号转换信号转换信号调理信号调理3 3、测量系统的组成、测量系统的组成南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1 1）传感器（一次仪表）传感器（一次仪表）u定义：定义：将被测非电量通过某种原理转换成电信将被测非电量通过某种原理转换成电信号的装置号的装置u作用：作用：将被测非电量转

23、换成便于放大、记录将被测非电量转换成便于放大、记录的的电量电量。传感器的组成传感器的组成南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 敏感元件敏感元件( (或称预变换器，弹性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。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，它会产生或非金属材料做成，当承受外力作

24、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。恢复其原来的尺寸和形状。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 传感元件传感元件 凡是能将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度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（或称变换等）直接变换为电量的器件称为传感元件（或称变换元件）。元件）。 如应变计、压电晶体、压磁式器件、光电元件及热如应变计、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。

25、原理制成的。说明说明: : 并不是所有的传感器都包括敏感元件和传感元件两并不是所有的传感器都包括敏感元件和传感元件两部分。部分。 如如热敏电阻、光电器件等热敏电阻、光电器件等只有传感元件只有传感元件。另有一些另有一些合二为一的传感器：如固态压阻式压力传感器等。合二为一的传感器：如固态压阻式压力传感器等。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2 2）调理电路）调理电路( (中间变换中间变换电路电路) )（二次仪表（二次仪表) ) 定义：将传感器输出的微弱信号进行放大，调理定义：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输出给记录仪器的装置。如。如： 直流放大器直流放大器 滤波器滤

26、波器 应变仪应变仪 电荷放大器电荷放大器 南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院3 3）显示记录设备（三次仪表）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：电流信号不失真地显示和记录出来。如： 存储示波器；存储示波器； 电压表；电压表； 磁带记录仪；磁带记录仪； 数字式瞬态波形存储器数字式瞬态波形存储器。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院4）模拟测量系统和数字测量系统的特点）模拟测量系统和数字测量系统的特点 模拟系统：模拟系统：信号随时间连续变化信号随时间连续变化 数字系统：数字系统：信号在时

27、间上是不连续的，只发生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。化都是采用数字的形式。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.5 现代测试技术的发展动向现代测试技术的发展动向1. 1. 量程范围更加宽广量程范围更加宽广 例：例：在火炮膛压测试技术中，对常规火炮膛压在火炮膛压测试技术中，对常规火炮膛压小于小于600MPa600MPa的测试，采用铜柱（或铜球）测压的测试，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

28、，膛压程和射击精度，在高膛压火炮的研究中，膛压可达到可达到8008001000MPa1000MPa，甚至，甚至1000MPa1000MPa以上，并以上，并伴随着的高冲击加速度，这就促使膛压测试技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。感器以及配套的压力动态标定装置。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 例：例：在火炮膛压测试技术中，对常规火炮膛压小在火炮膛压测试技术中，对常规火炮膛压小于于600MPa600MPa的测试，采用铜柱（或铜球）测压器或的测试，采用铜柱（或铜球）测压器或

29、压电传感器均可满足要求。为提高火炮射程和射击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，膛压可达到精度，在高膛压火炮的研究中，膛压可达到8008001000MPa1000MPa，甚至，甚至1000MPa1000MPa以上，并伴随着的高冲击以上，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。标定装置。1.5 测试技术的发展趋测试技术的发展趋势势南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2. 2.传感器向新型、微型、智

30、能型发展传感器向新型、微型、智能型发展 传感器是信号检测的器具。传感器是信号检测的器具。精度高精度高、灵敏阀值高灵敏阀值高而而测量范围大测量范围大及及小型化小型化是传感器的发展的一个重要方是传感器的发展的一个重要方向。向。 新的材料，特别是新的材料，特别是新型半导体材料方面新型半导体材料方面的成就，已的成就，已经促使很多对力、热、光、磁等物理量或气体化学经促使很多对力、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。传输，而且可作为物性型传感器。 另一个引人注目的发展是由于微电子的发展使得可另一个

31、引人注目的发展是由于微电子的发展使得可能把某些电路乃至微处理器和传感测量部分做成一能把某些电路乃至微处理器和传感测量部分做成一体，体，使使传感器具有放大、校正、判断和一定的信号传感器具有放大、校正、判断和一定的信号处理功能，组成所谓的处理功能，组成所谓的“智能传感器智能传感器”。1.5 测试技术的发展趋测试技术的发展趋势势南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院a) 利用新发现的材料和新发现的生物、物理、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化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生

32、物酶血样分析传感器热热/光光电量电量1.5 测试技术的发展趋测试技术的发展趋势势南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院b) 传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力网络智能压力网络传感器传感器智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度总线数字温度传感器传感器1.5 测试技术的发展趋测试技术的发展趋势势南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院3 3、测量仪器向高精度和多功能发展、测量仪器向高精度和多功能发展 在产品研制过程中要进行在产品研制过程中要进行( (相同条件下试验若干次相同条件下试验

33、若干次) )大量试验，然后对所测数据进行统计分析。仪器精大量试验，然后对所测数据进行统计分析。仪器精度的提高，可减少试验次数，从而减少试验经费，度的提高，可减少试验次数，从而减少试验经费，降低产品成本，在提高测量仪器精度的同时应扩大降低产品成本，在提高测量仪器精度的同时应扩大仪器的功能。仪器的功能。 计算机技术的发展也使测试技术产生了革命化的计算机技术的发展也使测试技术产生了革命化的变化，在许多测试系统中利用计算机而使仪器的测变化，在许多测试系统中利用计算机而使仪器的测量精度更高，功能更全。量精度更高，功能更全。1.5 测试技术的发展趋测试技术的发展趋势势南京理工大学机械学院南京理工大学机械学

34、院4 4、参数测量与数据处理、参数测量与数据处理向向自动化发展自动化发展 一个产品的大型综合性试验，准备时间长，待测一个产品的大型综合性试验，准备时间长，待测参数多，靠人工检查，耗费时间长；众多的数据参数多，靠人工检查，耗费时间长；众多的数据依靠手工去处理，不仅精度低，处理周期也太长。依靠手工去处理，不仅精度低，处理周期也太长。 现代测试技术的发展，使采用以计算机为核心的现代测试技术的发展，使采用以计算机为核心的自动测试系统成为可能，该系统一般能实现自动自动测试系统成为可能，该系统一般能实现自动校准、自动修正、故障诊断、信号调制、多路采校准、自动修正、故障诊断、信号调制、多路采集、自动分析处理

35、并能打印输出测试结果。集、自动分析处理并能打印输出测试结果。 1.5 测试技术的发展趋测试技术的发展趋势势南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.6 现代测试技术的典型应用现代测试技术的典型应用1.1.气体驱动二级轻气炮气体驱动二级轻气炮 太空航天器陨石防护、飞机防撞、高压物太空航天器陨石防护、飞机防撞、高压物理以及动能武器等的研究都需要发展超高速弹理以及动能武器等的研究都需要发展超高速弹丸驱动技术。二级轻气炮因为能发射各种形状丸驱动技术。二级轻气炮因为能发射各种形状的弹丸，其质量、尺寸和材料有较宽的适应范的弹丸，其质量、尺寸和材料有较宽的适应范围，是超高速弹丸驱动中应用最广泛的技术之围，

36、是超高速弹丸驱动中应用最广泛的技术之一。一。南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院1.1.气体驱动二级轻气炮气体驱动二级轻气炮 工作原理工作原理 下图是该气炮的结构示意图。它由压缩气下图是该气炮的结构示意图。它由压缩气炮（首级驱动）、弹丸发射装置（二级驱动）、炮（首级驱动）、弹丸发射装置（二级驱动）、真空靶室和回收室组成。图中虚线框内为首级真空靶室和回收室组成。图中虚线框内为首级驱动的压缩气炮，弹丸发射装置（二级驱动）驱动的压缩气炮，弹丸发射装置（二级驱动）由二级气室、隔离膜片及其装夹机构、发射管由二级气室、隔离膜片及其装夹机构、发射管等五部分组成。真空靶室中有弹丸脱壳器、测等五部分组成。真

37、空靶室中有弹丸脱壳器、测速系统、用于闪光光照相和高速摄影的光学观速系统、用于闪光光照相和高速摄影的光学观察窗口、靶架等。察窗口、靶架等。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院气体驱动二级轻气炮气体驱动二级轻气炮1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 其工作原理为：其工作原理为： 泵管（一级炮发射管）抽真空后注入一定气压泵管（一级炮发射管）抽真空后注入一定气压的轻质气体，高速运动的活塞绝热压缩该气体使其的轻质气体，高速运动的活塞绝热压缩该气体使其在泵管末端形成一个新的高压气室，当该气室的气在泵管末端形成一个新的高压气室，当该气室的气

38、压超过隔离膜片的承受能力后则破膜发射弹丸。高压超过隔离膜片的承受能力后则破膜发射弹丸。高压气室的气压可压气室的气压可高达高达kMPakMPa，气温可达，气温可达2000-40002000-4000摄摄氏度，声速可达氏度，声速可达4000-8000m/S4000-8000m/S，所以由这种动高压，所以由这种动高压气室发射的弹丸速度是静压气室（单级气炮气室）气室发射的弹丸速度是静压气室（单级气炮气室）远不能比拟的。远不能比拟的。1.6 现代测试技术的典型应用气体驱动二级轻气炮气体驱动二级轻气炮南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院轻气炮轻气炮1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京

39、理工大学机械学院轻气炮轻气炮1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院轻气炮轻气炮(NASA)1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院2. 火箭橇火箭橇 用火箭发动机作动力并沿专门轨道运行的滑车，可以用火箭发动机作动力并沿专门轨道运行的滑车，可以用来进行空气动力学试验，也可进行导弹制导和控制系用来进行空气动力学试验，也可进行导弹制导和控制系统的试验。试验时，模型安置在滑车上，随同滑车一起统的试验。试验时，模型安置在滑车上，随同滑车一起运行，达到试验所要求的速度和加速度。试验后，用刹运行，达到试验所要求的速度和加速度。试验后，用刹车装置减

40、小滑车速度，回收试验模型，对所得数据进行车装置减小滑车速度，回收试验模型，对所得数据进行分析。气动试验的主要项目有：在气动载荷作用下结构分析。气动试验的主要项目有：在气动载荷作用下结构的完整性试验；颤阵试验和抖振试验；弹射和救生伞试的完整性试验；颤阵试验和抖振试验；弹射和救生伞试验；火箭发动机喷气流试验；气动加热试验；激波干扰验；火箭发动机喷气流试验；气动加热试验；激波干扰和爆炸波影响试验以及举力、阻力、压力分布、铰链力和爆炸波影响试验以及举力、阻力、压力分布、铰链力矩等气动特性试验。此外，还可以进行跨声速高雷诺数矩等气动特性试验。此外，还可以进行跨声速高雷诺数试验等。试验速度的范围可以从低亚

41、声速到接近高超声试验等。试验速度的范围可以从低亚声速到接近高超声速，而试验模型的重量可以从几克到几吨。速，而试验模型的重量可以从几克到几吨。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 火箭橇的滑轨有单轨和双轨两种。单轨火箭橇的滑轨有单轨和双轨两种。单轨滑车负载较轻，但成本低滑车负载较轻，但成本低,操作方便操作方便,可达到较可达到较高速度。火箭发动机早期采用固体燃料火箭，高速度。火箭发动机早期采用固体燃料火箭，优点是负载重、操作简单。但随着试验次数和优点是负载重、操作简单。但随着试验次数和滑轨长度的增加，多采用寿命较长的液体燃料滑轨长度的增加，多采用寿命较长的液体燃料

42、火箭。刹车装置一般用水制动。作试验时，通火箭。刹车装置一般用水制动。作试验时，通常用光电系统测定火箭橇的速度，并通过遥测常用光电系统测定火箭橇的速度，并通过遥测系统和摄影设备获取模型的试验数据。系统和摄影设备获取模型的试验数据。 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 19世纪末期就已提出利用滑轨进行空气动力世纪末期就已提出利用滑轨进行空气动力学试验的原理，并利用以蒸汽发动机作为动力学试验的原理，并利用以蒸汽发动机作为动力的滑车进行低速试验。第二次世界大战期间，的滑车进行低速试验。第二次世界大战期间，德国首先提出关于现代火箭橇的设想。德国首先提出关于现代火箭橇的

43、设想。1945年年在美国爱德华空军基地建成第一段长在美国爱德华空军基地建成第一段长670米的滑米的滑轨。随后轨。随后,美国以及英、法、苏等国都相继建成美国以及英、法、苏等国都相继建成许多不同类型的火箭橇。美国新墨西哥州霍洛许多不同类型的火箭橇。美国新墨西哥州霍洛曼空军基地导弹发展中心的滑轨全长曼空军基地导弹发展中心的滑轨全长16公里，公里，1968年进行高雷诺数气动力试验时，单轨试验年进行高雷诺数气动力试验时，单轨试验马赫数达马赫数达6.5。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 火箭弹射座椅由骨火箭弹射座椅由骨架、椅盆、头靠伞架、椅盆、头靠伞箱、射伞装置、座箱

44、、射伞装置、座式救生包、弹射筒式救生包、弹射筒与火箭包的组合动与火箭包的组合动力装置、程序控制力装置、程序控制机构以及座椅操纵机构以及座椅操纵系统等组成系统等组成 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 采用电子程控器，通过采集弹射时飞行的速度采用电子程控器，通过采集弹射时飞行的速度及高度，由电脑确定最佳射出救生伞时间，缩及高度，由电脑确定最佳射出救生伞时间，缩短从弹射启动到救生伞张满的时间，从而提高短从弹射启动到救生伞张满的时间，从而提高座椅救生性能（尤其是低空、不利姿态下救生座椅救生性能（尤其是低空、不利姿态下救生性能）。性能）。 TY-5型火箭弹射座椅安全

45、救生性能指标：型火箭弹射座椅安全救生性能指标： 飞行最大表速：飞行最大表速：1100km/h 飞行最小表速：飞行最小表速：0km/h 飞行最大高度：飞机升限飞行最大高度：飞机升限 飞行最小高度：飞行最小高度：0km 机动飞行性能：满足美军标机动飞行性能：满足美军标 MIL-S-1847IF（AS）要求）要求 座椅装机重量：座椅装机重量： 107kg 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院弹射救生座椅试验弹射救生座椅试验 装载着全状态的火箭弹射救生座椅的飞机装载着全状态的火箭弹射救生座椅的飞机前机身前机身,喷射着火焰在喷射着火焰在火箭橇火箭橇上飞驶起来，当上飞驶起

46、来，当时速达到指标规定的最大速度时时速达到指标规定的最大速度时,弹射座椅瞬弹射座椅瞬间弹出舱盖升向天空间弹出舱盖升向天空,随即完成了人、椅分离随即完成了人、椅分离后，降落伞带着试验假人安稳地降落地面。后，降落伞带着试验假人安稳地降落地面。 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院降落伞释放试验降落伞释放试验（神舟六号）（神舟六号）1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 性能指标性能指标: 测试通道测试通道: 19路路 精度精度: 1%F.S. 采样频率采样频率: 200k 存储容量存储容量:17Mbyte 保持时间保持时间: 3个月

47、个月 尺寸尺寸:80651.6 现代测试技术的典型应用3 弹载电子测试仪器弹载电子测试仪器南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院弹载测试仪弹载测试仪 采样频率采样频率: 100k1MHz 存储容量存储容量: 8128kbyte 触发方式触发方式: 负延时自动触发负延时自动触发,延延时点数时点数0.532k 抗过载抗过载: 15万万g 保持数据时间保持数据时间: 大于大于7天天 尺寸尺寸: 2650mm1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院4. 汽车碰撞试验1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院碰撞测试中的车速有何规定？碰撞测试中

48、的车速有何规定？ 目前欧洲目前欧洲ECE所要求的前方碰撞测试速度所要求的前方碰撞测试速度为为56公里小时，美国联邦标准（公里小时，美国联邦标准（FM VSS208）要求为要求为48公里小时，而公里小时，而E u roNCAP更将其测更将其测试速度提高至试速度提高至64公里小时，目前国内实行的公里小时，目前国内实行的碰撞测试标准，正面碰撞的速度标准为碰撞测试标准，正面碰撞的速度标准为50公里公里小时。在测试过程中，测试车驾驶座及前乘小时。在测试过程中，测试车驾驶座及前乘客座均放置测试用人偶，并在测试后评估人偶客座均放置测试用人偶，并在测试后评估人偶的头、颈、胸、大腿、膝盖及小腿所受到的伤的头、颈

49、、胸、大腿、膝盖及小腿所受到的伤害指数，借以了解当发生前方碰撞时车体能否害指数，借以了解当发生前方碰撞时车体能否提供足够的乘员保护。提供足够的乘员保护。 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院碰撞壁的结构是怎样的？ 碰撞壁都是由水泥混凝土构成，重达碰撞壁都是由水泥混凝土构成，重达180吨（欧洲标准是吨（欧洲标准是70吨），而且为了增加碰撞强吨），而且为了增加碰撞强度把一半都深埋在了地下，即使几十吨载重的度把一半都深埋在了地下，即使几十吨载重的卡车以卡车以40Kmh速度撞上去，它都不会动。速度撞上去，它都不会动。 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院

50、南京理工大学机械学院正面正面100%重叠刚性壁障碰撞试验简介重叠刚性壁障碰撞试验简介 试验车辆试验车辆100%重叠正面冲击重叠正面冲击固定刚性壁障。碰撞速度为固定刚性壁障。碰撞速度为50km/h51km/h（试验速度不得（试验速度不得低于低于50km/h）。试验车辆到达壁）。试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过轨迹均不得超过150mm。在前排。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个驾驶员和乘员位置分别放置一个Hybrid III型第型第50百分位男性假人，百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最右侧

51、座位上放置一个第二排座椅最右侧座位上放置一个Hybrid III型第型第5百分位女性假人，百分位女性假人，用以考核安全带性能。用以考核安全带性能。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院正面正面40%重叠可变形壁障碰撞试验重叠可变形壁障碰撞试验 试验车辆试验车辆40%重叠正面冲击固重叠正面冲击固定可变形吸能壁障。碰撞速度为定可变形吸能壁障。碰撞速度为56km/h57km/h（试验速度不得（试验速度不得低于低于56km/h），偏置碰撞车辆与），偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在可变形壁障碰撞重叠宽度应在40%车宽车宽20mm的范围内。在前的范围内。在前排驾驶员

52、和乘员位置分别放置一排驾驶员和乘员位置分别放置一个个Hybrid III型第型第50百分位男性假百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最左侧座位上况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个放置一个Hybrid III型第型第5百分位百分位女性假人，用以考核安全带性能。女性假人，用以考核安全带性能。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院可变形移动壁障侧面碰撞试验可变形移动壁障侧面碰撞试验 移动台车前端加装可变形吸能移动台车前端加装可变形吸能壁障冲击试验车辆驾驶员侧。移壁障冲击试验车辆驾驶员侧。移动壁障行驶方向与试验车辆垂直，

53、动壁障行驶方向与试验车辆垂直，移动壁障中心线对准试验车辆移动壁障中心线对准试验车辆R点，点，碰撞速度为碰撞速度为50km/h51km/h(试验试验速度不得低于速度不得低于50km/h)。移动壁障。移动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅碰撞侧前排座椅R点的横断垂面之点的横断垂面之间的距离应在间的距离应在25mm内。在驾驶内。在驾驶员位置放置一个员位置放置一个EuroSID II型假人型假人,用以测量驾驶员位置受伤害情况。用以测量驾驶员位置受伤害情况。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院碰撞测试用模拟人各部位作用介绍碰撞测试

54、用模拟人各部位作用介绍 Hybrid III和和EuroSID II它们不是一它们不是一般的驾驶员及乘客，它们是由钢铁般的驾驶员及乘客，它们是由钢铁骨架支撑，橡胶皮肤覆盖，身体里骨架支撑，橡胶皮肤覆盖，身体里装满各种测试仪器和感应器，因此装满各种测试仪器和感应器，因此每个模拟人的造价高达每个模拟人的造价高达1万欧元。万欧元。 模拟人每部分作用：模拟人每部分作用： 头部：头部： 模拟人的头部是铝制骨架，橡模拟人的头部是铝制骨架，橡胶做为胶做为“皮肉皮肉”将其覆盖，里面安将其覆盖，里面安装了装了3个加速度传感器，用来在碰个加速度传感器，用来在碰撞中测试头部受到的加速度和冲击撞中测试头部受到的加速度

55、和冲击力。力。1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院 腹部：腹部： EuroSIDEuroSID II II的腹部里装备了一个可以测试撞击力度的的腹部里装备了一个可以测试撞击力度的传感器，以测试多大的撞击力会造成腹部的伤害。传感器，以测试多大的撞击力会造成腹部的伤害。 骨盆：骨盆： 在腰部装了一个传感器，以记录碰撞中多大的力会造成在腰部装了一个传感器，以记录碰撞中多大的力会造成关节脱臼及骨盆破碎。关节脱臼及骨盆破碎。 大腿：大腿： 测试使用测试使用Hybrid IIIHybrid III模拟人，这一测试的区域包括骨盆、模拟人，这一测试的区域包括骨盆、大腿、膝部组

56、成。装在大腿内的传感器负责收集受到正面冲大腿、膝部组成。装在大腿内的传感器负责收集受到正面冲击时的数据和记录受到伤害的区域及程度，在较为严重的撞击时的数据和记录受到伤害的区域及程度，在较为严重的撞击下股骨遭到撕裂及脱臼的情况，而一种特制的传感器则专击下股骨遭到撕裂及脱臼的情况，而一种特制的传感器则专门负责测量驾驶员膝部受到的来自所方向盘冲击力度。门负责测量驾驶员膝部受到的来自所方向盘冲击力度。 小腿：小腿： 小腿中的传感器负责测量模拟人小腿在遭到多大力度撞小腿中的传感器负责测量模拟人小腿在遭到多大力度撞击后会发生骨折、弯曲、被挤压等情况，同时还测试膝盖与击后会发生骨折、弯曲、被挤压等情况，同时

57、还测试膝盖与小腿骨，脚踝骨及与小腿骨之间连接部分受伤的几率。小腿骨，脚踝骨及与小腿骨之间连接部分受伤的几率。 1.6 现代测试技术的典型应用南京理工大学机械学院南京理工大学机械学院第一章、绪论第一章、绪论1.7 主要传感器和测试仪器生产厂商主要传感器和测试仪器生产厂商2. 振动振动/噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名振动测量、声学测量领域最富盛名）http:/ 工业自动化类传感器工业自动化类传感器 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技术研究中心） http:/ 测量分析仪器测量分析仪器 美国国家仪器公司美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商全球最大的计算机虚拟仪器生产商)美国美国Agilent公司公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)