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如何解读测试技术
发布者:杨晗   点击数:765   发布时间: 2019-06-13 14:49:14   更新时间: 2019-06-13 14:49:14
 
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测试技术是科学研究和技术评价的基本方法之一,是具有试验性质的测量技术,是测量和试验的综合。测量即为确定被测量对象的属性量值的过程,通常而言是将被测量与一个已知的标准尺度的量值进行比较;试验是对研究对象或系统进行试验性质的研究的过程,要借助专门的设备,通过合适的试验和必要的数据处理,从研究对象中获取有关信息。

 

.测试技术的任务

测试技术在科学研究和工程实践中的应用十分广泛,成为人们认识自然界和工程实际中的各种现象及其变化规律的十分重要的手段。工程实际中的机械装备,结构形式繁多、运动规律各异、工作环境多种多样。为了掌握机械设备及其零部件的运动学、动力学以及受力和变形状态,理论分析方法有时难以应用或无法满足工程需求,此时通常需要借助测试技术,检测、分析和研究有关现象和规律。

测试技术在机械工程等领域的功能包括

 

产品开发和性能试验在装备设计和改造中,通过模型试验或现场实测,可以获取设备及其零部件的载荷、应力、变形及工艺参数等,实现对产品质量和性能的客观评价,为产品的技术参数优化提供基础数据。如:在齿轮传动系统中,通常要进行承载能力、传动精确度、运行噪声、振动机械效率和疲劳寿命等的性能试验。

质量控制和生产监督。测试技术是质量控制和生产监督的基本手段。在设备运行和环境监测中,经常需要测量设备的振动和噪声,分析振源及其传播路径,以便采取有效的减振、防噪措施,从而进行有效的生产监督;在工业自动化生产中,通过对工业参数的测试和数据采集,可以实现对产品的质量控制和生产监督。

设备的状态监测和故障诊断。利用机器在运行或试验过程中出现的诸多现象,如温升、振动、噪声、应力变化、润滑油状态来分析、推测和判断,结合其他综合监测信息,如温度、压力、流量等,运用故障诊断技术实现故障的精确定位和故障分析。

二、测试技术的主要内容

一般而言,测试技术包括测量原理、测量方法、测量系统数据处理4个方面。

测量原理是指实现测量依据的物理、化学、生物等现象及有关定律的总体。例如:利用压电晶体测振动加速度依据的是压电效应;利用电涡流位移传感器测静态位移和振动位移依据的电磁效应;利用热电偶测量温度依据的是热电效应;利用霍尔转速传感器测量旋转轴和齿轮等的转速依据的是霍尔效应;利用激光传感器进行非接触式位移测量依据的光电效应等。不同性质的被测量依据不同的原理测量,同一性质的被测量也可通过不同的原理去测量。如管道压力的测试可通过应变原理的传感器测试也可采用压阻原理的传感器进行测试;应变式传感器可进行加速度、位移、载荷等参数的测试。

测量原理确定后,根据对测量任务的具体要求和现场实际情况,采用不同的测量方法。如直接测量或间接测量法、电测法或非电测法、模拟量测量法或数字量测量法、等精度测量法或不等精度测量法等。

确定了测量原理和测量方法后,设计或选用合适的装置组成测量系统。如传感器和测试设备是否兼容、一次测试所有参数或是分批次测试等。

最后,通过对测试数据的分析、处理,获取所需要的信息,实现测试目标。

三、测试系统的组成

测试系统一般有激励装置、传感器、信号调理、信号采集处理和显示记录等几大部分组成,如下图所示:

被测对象的存在方式和运动状态等特征信息,需要通过一定的物理量表现出来,这些物理量就是信号。信号经过不同的系统或环节传输。不同的被测对象,或者想要信息的方式不同,有些被测对象需要通过激励措施提供激励源,如力锤、激振器等装置,以便获取易于分析处理的状态信息,而有些信息在被测对象处于自然状态下就能表现出来。

传感器是对被测量敏感、并能准确将其转换成电信号(还有其他信号形式,本文主要讨论电信号)的器件,包括敏感单元和转换单元两部分。敏感单元把温度、压力、位移、振动、噪声和流量等被测量转换成某种易于变换成电量的物理量,然后通过转换单元,将这些物理量转换成易于检测的电量,例如电阻、电容、电感的变化。

信号调理环节是把传感器的输出信号转换成适合于进一步传输和处理的形式。这种信号的转换多数是电信号之间的转换,例如把阻抗变化转换成电压变化,幅值的变化转换成频率的变化,抗混滤波等。常用的信号调理装置包括IEPE/ICP信号调理装置,为ICP/IEPE型传感器提供恒流源激励,并将微弱的信号放大后输出成常规的电压信号,常用于压电式传感器的测试,如美国PCB公司压电式加速度、力、压力、声压传感器等;电荷信号调理装置,内置基于电荷型传感器的积分电路,经电荷积分运算放大器、积分电容等,输出常规的电压信号,一般应用在压电式传感器的测试,多用在环境比较恶劣的场合如高温、高压、高湿等场合;应变调理,为惠斯通桥路型传感器提供激励桥压,并进行运算、放大、转换等,常用于应变片、应变式传感器、压阻式传感器的测试;热电偶如T、C、J、K、N、E、B等类型温度传感器以及铂电阻如Pt100、Pt1000等的调理装置。

信号采集处理环节是将输入的模拟信号进行各种滤波、运算、变换,转换成抗干扰能力强的数字信号。此环节通常要选用合适的采集卡完成。

信号显示和记录环节是将来自信号采集处理的信号—测试结果以易于观察的形式显示或存储,许多设备在此环节已增加了算法丰富的在线数据处理功能,可实时在线对被测对象的状态进行判断。

需要指出的是:任何测量结果都有误差,因此必须将误差控制在允许范围内。为了准确获取被测对象的信息,要求测试系统中的每个环节的输出量和输入量之间必须具有一一对应的关系,并且其输出的变化在给定的误差范围内反映其输入的变化,即实现不失真的测试。简而言之,每个环节的精度误差都将影响到整个测试系统的精度,因此高质量的测试,需确保每个环节的精度都在要求的范围内。

四、测试技术的发展

随着传感器技术、计算机技术、通讯技术和自动控制技术的发展,测试技术也在不断应用新的测量原理和方法,提出新的信号分析理论,开发新型、高性能的测量仪器和设备。

测试技术及系统的发展趋势:

传感器趋向低功耗、微型化、智能化、集成化和网络化;

测试仪器向高精度、专业化、智能化方向发展;

参数测量和数据处理以计算机为核心,参数测量、信号分析、数据处理、状态显示及故障预报的自动化程度越来越高。