虚 拟 仪 器 技 术
工 程 应 用
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学习方法
本课程是一门培养学生解决实际工程测量问 题的能力的专业技术基础课，课程具有很强的实 践性。 学习时应充分利用课程所开设实验和提供的 仿真课件。 只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能 得到应有的能力培养，才能更好的掌握书本知识 和具备解决实际测量问题的能力。 理论学习、实践学习和研究学习三元并重。
测试技术定义
测试技术涵义 是研究客观事物变化规律的方法（手段），是从客观事
物中摄取有关信息的认识过程。运用专门的设备，通过 合适的实验方法和必要的数据处理，求得所研究的有关 信息的量值。 测试定义： 是具有 试验 性质的 测量。 Measurement & Test
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例：电机故障诊断实验步骤
具体检测步骤如下：
（1）将装有微型加速度计的测头接触传送
带上运送的电动机； （2）检测电动机的振动信号，经放大器后 输入FFT分析仪； （3）将检测得的振动频谱与预先在分析仪 中设定的判别谱进行比较； （4） 进行合格与否判断，输出判断信号。
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课程ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ习资源
教材 卢文祥，杜润生. 工程测试与信息处理(第二版). 武 汉：华中科技大学出版社，2002.4. 康宜华. 工程测试技术. 武汉：机械工业出版社， 2005.7.
参考书 奥本海默 信号与系统 吴湘淇 信号、系统与信号处理 学习工具 软件 Matlab MiniDRV



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ABS工作原理：轮速传感器+电子控制模块+执行器

图
轮速传感器
电子控 制模块
黄 色 -- 速 度传感器 通道
制动踏板 制动压力 调节器
蓝 色 -- 液 压管路
ECU
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例3 电机故障诊断
在某电动机生产线上，利用频谱诊断技术实现电动 机在线自动识别、分类的过程。
图 电动机在线识别
ABS的任务

保持刹车时的方向稳定性 保持转向控制能力 提供最大制动力并缩短制动距离 减少轮胎磨损
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例2
汽车防抱死制动系统ABS
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例2

汽车防抱死制动系统ABS
组成和工作原理：ABS是普通制动系统基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力 调节装置及制动控制电路等组成。工作过程分为常规制动，制动压力保持、制动压力减小和制 动压力增大等阶段。制动中，ABS电控单元判断车轮速度信号，加以处理，分析是否有车轮即 将抱死拖滑。 ABS增压阶段：如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置不参与工作，制动主缸和各制 动轮缸相通，制动轮缸中的压力继续增大。 ABS保压阶段：如果电控单元判断出某个车轮（假设为左前轮）即将抱死拖滑，它即向制动压 力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸压力不再增大。 ABS减压阶段：若电控单元判断出左前轮仍 趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装 置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或 储能器的通道，使左前制动轮缸中的油压降 低。 装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等 路面防滑性能分别达到80%—90%、30%— 10%、15%—20%。
汽车防抱死制动系统ABS
ABS = Antilock Braking System
如果刹车片抱死车轮
汽车的制动力来自轮胎与地面的摩擦力，而地面与车轮
间的静摩擦系数大于滑动摩擦系数，则刹车距将增长。 前轮若抱死，前轮转向附着力达极限，即使转动方向盘， 汽车仍会沿原方向滑行。 后轮若抱死，后轮无法转动，如有侧向力，极易发生甩 尾现象。
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本课程的研究对象
（机械）工程 中的 动态 物理量
广义的
随时间而变化的

静态 物理量 不随时间而变化的
g的测量、电子半径（1964 MIT和Harvard 1966丁肇中） <1*10e-17m <1*10e-24m
G目前测量最高精度是13个ppm，角加速度法测量
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考试
实验报告，平时作业和考勤：30分。
实验报告10分
平时作业10分
考勤10分
期终考试占：70分。
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第一章
绪论
本章学习要点： 1.1 掌握测试技术的概念及研究内容
1.2 了解测试技术的应用情况
1.3 了解测试技术的发展动态
1.4 了解主要测试仪器生产厂商
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例：电机故障诊断实验结果
上图分别为典型合格品与废品的振动频谱。
图中可看出，废品的频谱图中往往在某一频率有较
大的幅值。
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三个实际问题的启示
机、电、液、气技术相结合；
传感器、信息处理、计算机技术的综
合运用； 相关学科的整体发展才可能有某一项 技术的提高。 测试技术是解决这类问题的第一步。
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例1：热轧设备诊断
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例1
热轧设备诊断
问题及解决方法：
（1）怎样测量压力、振动 位移、电气信号以及控制 信号开关量？ （2） 信号如何传输？ （3） 多传感器信息融 合处理（fusion)？ （4） 设备的管理、调度 和控制
传感器技术
信息处理技术
计算机等技术
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例2
1.1 测试技术的基本概念
测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种 物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程 参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。
简单的测试系统可以 只有一个模块，如玻 璃管温度计。它直接 将被测对象温度变化 转化液面示值。没有 电量转换和分析处理 电路，很简单，但测 量精度底，无法实现 测量自动化。 为提高测量精度和 自动化程度，以便 于和其它环节一起 构成自动化装置， 通常先将被测物理 量转换为电量，再 对电信号进行处理 和输出。如图所示 的声级计。
现代测试技术
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课程内容
本课程主要介绍工业自动化、环境监测、楼 宇控制、交通等领域中常见物理量(压力、应变、 位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测 量电路原理、信号分析及处理方法。 内容如下 绪 论
信 号 分 析 基 础
传 感 器 原 理
测 试 系 统 特 性
模 拟 信 号 处 理
数 字 信 号 处 理