現(xiàn)代測試技術(shù)1 緒論

1、 現(xiàn)代測試技術(shù) 1 緒論 掌握測試技術(shù)的基本概念及其研究內(nèi)容 了解測試技術(shù)的工程意義和發(fā)展動態(tài) 掌握測試系統(tǒng)的組成本章的學(xué)習(xí)要求： 1.0 測試的基本概念1.0.1 測量、計量與測試測量：以確定被測對象屬性和量值為目的的全部操作。為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時，所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測量器具。計量：實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。計量的三個特征：統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計量內(nèi)容包括：單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、量值傳遞、計量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。測試：意義更為廣泛的測量具有試驗性質(zhì)的測量。 測量：- 試驗：對被研究的對象或系統(tǒng)進(jìn)行實驗性研究

2、的過程。通常是將被研究對象或系統(tǒng)置于某種特定的或人為構(gòu)建的環(huán)境條件下，通過實驗數(shù)據(jù)來探討被研究對象的性能的過程。測試過程是借助專門設(shè)備，通過合適的實驗和必要的數(shù)據(jù)處理，從研究對象中獲得有關(guān)信息的認(rèn)識過程。 測量和試驗在工程實踐中無處不在。測試技術(shù)是人類認(rèn)識客觀世界的手段，是科學(xué)研究的基本方法定義描述信息事物運(yùn)動事物運(yùn)動的狀態(tài)和的狀態(tài)和方式。方式。不是物質(zhì)，不具有能量，卻是物質(zhì)所固不是物質(zhì)，不具有能量，卻是物質(zhì)所固有的，是其客觀存在或運(yùn)動狀態(tài)的特征。有的，是其客觀存在或運(yùn)動狀態(tài)的特征。但信息的傳輸卻依靠物質(zhì)和能量。但信息的傳輸卻依靠物質(zhì)和能量。信號信息傳輸?shù)妮d體具有能量，是某種具體的物理量。信號

3、具有能量，是某種具體的物理量。信號的變化則反映了所攜帶的信息的變化。的變化則反映了所攜帶的信息的變化。1.0.2 信息與信號信號與信息的關(guān)系信號與信息的關(guān)系 交通信號燈交通信號燈信息信息信號信號信息的載體是光信號信息的載體是光信號紅燈紅燈亮亮黃燈黃燈亮亮綠燈綠燈亮亮停止停止通行通行注意注意結(jié)論：結(jié)論：信息蘊(yùn)涵于信號之中。信息蘊(yùn)涵于信號之中。測試工作始終都需要與信號打交道，包括信號的獲?。y測試工作始終都需要與信號打交道，包括信號的獲取（測量）、信號的調(diào)理和信號的分析等。量）、信號的調(diào)理和信號的分析等。1.1 測試技術(shù)的工程意義 1.1.1 測試是人類認(rèn)識客觀世界的手段之一u日常生活中處處離不開

4、測試u科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測試， 離開測試就不會有真正的科學(xué)。 沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有沒有望遠(yuǎn)鏡就沒有天文學(xué)，沒有顯微天文學(xué)，沒有顯微鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，鏡就沒有細(xì)胞學(xué)，沒有指南針就沒有沒有指南針就沒有航海事業(yè)航海事業(yè) 1.1.2 測試是科學(xué)研究的基本方法（1）物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)；p對宇宙微弱輻射信號的測試p對能量轉(zhuǎn)移的測試p對人體基因的測定和人體血液定量分析p對蛋白質(zhì)的反應(yīng)測試p對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的測試發(fā)現(xiàn)新天體發(fā)現(xiàn)新天體發(fā)現(xiàn)新粒子發(fā)現(xiàn)新粒子判明病變的根源判明病變的根源了解胚胎的生長情況了解胚胎的生長情況判斷肌體是否發(fā)生疾病判斷肌體是否發(fā)生疾?。?）電子信息科學(xué)給人類

5、社會和國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的、廣泛的、深刻的影響； 現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱：p測試技術(shù)信息獲取；p通信技術(shù)信息傳輸；p計算機(jī)技術(shù)信息處理。沒有測量就沒有科學(xué)，測量是科學(xué)的基礎(chǔ)；沒有科學(xué)的進(jìn)步也沒有測試的發(fā)展!1.1.3 測試是工程技術(shù)領(lǐng)域中的一項重要技術(shù)（1）生產(chǎn)發(fā)展離不開測試p農(nóng)業(yè)社會中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長度、面積、容積和重量的測量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時間測量器具，并有了天文測量。p現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處離不開測試 一輛汽車內(nèi)配備的監(jiān)測點： 50100個； 一架飛機(jī)中： 3000個； 一臺大型發(fā)電機(jī)組： 4000個； 一個大型石油化工廠： 6000個； 一個大型鋼鐵

6、廠： 20000個。（2）在高新技術(shù)和國防現(xiàn)代化建設(shè)中更是離不開測量p 現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，奪取技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)成為軍事戰(zhàn)略的根本目標(biāo)。主要目標(biāo)是全球監(jiān)視與通訊和精確打擊固定和瞬變目標(biāo)。p 火箭發(fā)動機(jī)從設(shè)計到樣機(jī)試飛，中間要進(jìn)行成百上千次試驗，火箭發(fā)動機(jī)的地面試車臺就是一套完整的綜合測量系統(tǒng)。p 航天飛行中需要檢測的參數(shù)有：飛行參數(shù)、導(dǎo)航參數(shù)、運(yùn)載火箭、發(fā)動機(jī)參數(shù)、座艙環(huán)境參數(shù)、航天員生理參數(shù)、飛行器結(jié)構(gòu)參數(shù)等7大類5000多個參數(shù)。1.測試技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品中，提高了產(chǎn)品的自動測試技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品中，提高了產(chǎn)品的自動化程度及其功能，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。化程度及其功能，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。如如機(jī)電一體化產(chǎn)品就是

7、明顯的例子機(jī)電一體化產(chǎn)品就是明顯的例子(如冰箱、洗如冰箱、洗衣機(jī)等衣機(jī)等)；2. 工業(yè)生產(chǎn)中，通過應(yīng)用自動檢測系統(tǒng)，有利工業(yè)生產(chǎn)中，通過應(yīng)用自動檢測系統(tǒng)，有利于提高勞動生產(chǎn)率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益于提高勞動生產(chǎn)率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益（自（自動控制系統(tǒng)中）動控制系統(tǒng)中）；3.采用自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行實時測量及分析產(chǎn)品性采用自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行實時測量及分析產(chǎn)品性能，采用自動控制系統(tǒng)對產(chǎn)品加工過程進(jìn)行實能，采用自動控制系統(tǒng)對產(chǎn)品加工過程進(jìn)行實時控制，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)代化方法；時控制，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)代化方法；4.國民經(jīng)濟(jì)中的任何一個部門在使用微型計算機(jī)國民經(jīng)濟(jì)中的任何一個部門在使用微型計算機(jī)正確及時地處理獲

8、得的各種信息，信息的轉(zhuǎn)換正確及時地處理獲得的各種信息，信息的轉(zhuǎn)換必須由檢測系統(tǒng)來完成；必須由檢測系統(tǒng)來完成；5.沒有測試技術(shù)就不可能有自動保護(hù)、自動報警沒有測試技術(shù)就不可能有自動保護(hù)、自動報警和自動診斷系統(tǒng)，就不能組成自動控制系統(tǒng)，和自動診斷系統(tǒng)，就不能組成自動控制系統(tǒng)，就不能實現(xiàn)自動計量和自動管理。就不能實現(xiàn)自動計量和自動管理。 發(fā)現(xiàn)與各種信息相對應(yīng)的信號表現(xiàn)形式，發(fā)現(xiàn)與各種信息相對應(yīng)的信號表現(xiàn)形式，以及信息、信號之間的定性、定量關(guān)系，以及信息、信號之間的定性、定量關(guān)系，以開辟新的測試技術(shù)領(lǐng)域；以開辟新的測試技術(shù)領(lǐng)域； 在不同環(huán)境下尋求最佳的信號拾取、變換、在不同環(huán)境下尋求最佳的信號拾取、變

9、換、處理、存貯、傳輸、指示、記錄等方法、處理、存貯、傳輸、指示、記錄等方法、手段與設(shè)備。手段與設(shè)備。1.2 現(xiàn)代測試技術(shù)的基本內(nèi)容 信號的拾取信號的拾取信號的拾取是指通過使用有效傳感器把真實世界的物信號的拾取是指通過使用有效傳感器把真實世界的物理信號轉(zhuǎn)換為可以處理的信號（電信號）。理信號轉(zhuǎn)換為可以處理的信號（電信號）。 信號的變換信號的變換不同特征的信號與真實世界的物理信號通過傳感器進(jìn)不同特征的信號與真實世界的物理信號通過傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。行轉(zhuǎn)換。傳感器檢測出的微弱信號經(jīng)中間轉(zhuǎn)換電路將信號放大傳感器檢測出的微弱信號經(jīng)中間轉(zhuǎn)換電路將信號放大處理后，必須經(jīng)過有線或無線裝置傳輸?shù)叫盘柗治鎏幚碇刑幚砗螅?/p>

10、必須經(jīng)過有線或無線裝置傳輸?shù)叫盘柗治鎏幚碇行倪M(jìn)行分析；或用示波器或記錄儀將信號顯示或記錄下來。心進(jìn)行分析；或用示波器或記錄儀將信號顯示或記錄下來。信號處理是指人們把已經(jīng)獲得到的信號進(jìn)行加工、運(yùn)信號處理是指人們把已經(jīng)獲得到的信號進(jìn)行加工、運(yùn)算、分析或綜合，以便進(jìn)行預(yù)報、報警、檢測、計量、保算、分析或綜合，以便進(jìn)行預(yù)報、報警、檢測、計量、保護(hù)、控制、調(diào)度和管理等等。護(hù)、控制、調(diào)度和管理等等。 信號分析是指將復(fù)雜信號分解為若干簡單分量之和并信號分析是指將復(fù)雜信號分解為若干簡單分量之和并從這些分量的組成情況去考察信號的特性，是信號傳輸與從這些分量的組成情況去考察信號的特性，是信號傳輸與處理的基礎(chǔ)，最常

11、見的方法是信號的頻譜分析。處理的基礎(chǔ)，最常見的方法是信號的頻譜分析。 1 直接測量和間接測量 直接測量用已標(biāo)定的儀器，直接地測量出某一待測未知量的量值。例： 天平測物體質(zhì)量天平測物體質(zhì)量 用米尺測量物體長度用米尺測量物體長度 測量導(dǎo)體的電阻測量導(dǎo)體的電阻 間接測量對與未知待測量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x(或n個變量)進(jìn)行直接測量，然后再通過函數(shù)y=f(x)或y=f(x1,x2,xn)，計算出待測量y。例：水銀溫度計測體溫水銀溫度計測體溫 彈簧測物體的重量彈簧測物體的重量。1.3 1.3 測試方法的分類非接觸式測量避免了對被測對象的影響。2 接觸式測量和非接觸式測量 靜態(tài)測量：對不隨時間變化的

12、（靜止的）或隨時間變化非常緩慢以至于可以忽略的被測量進(jìn)行的測量。 動態(tài)測量：對隨時間變化的被測量進(jìn)行的測量，需確定被測量的瞬時值及其隨時間變化的規(guī)律。3 靜態(tài)測量和動態(tài)測量工程中大多數(shù)被測量為非電量。 如位移、速度、加速度、外力、重量、力矩、功率、壓力、流量、溫度等。為了測試工作的方便，往往需要把被測試的機(jī)械量信號轉(zhuǎn)換成其他形式的信號來處理。根據(jù)被測信號的轉(zhuǎn)換方式，又可以把測試分成機(jī)械測量法、光測量法、氣測量法、液測量法和電測量法等。 非電量電測：把被測的非電量，通過傳感器變換成電信號再進(jìn)行傳輸、處理等。 鋼板厚度的機(jī)械測量法 表面粗糙度的光測量法 4 非電量電測法 1.4 1.4 現(xiàn)代測試系

13、統(tǒng)的基本構(gòu)成現(xiàn)代測試系統(tǒng)的基本構(gòu)成非電量電測法的測試系統(tǒng)框圖非電量電測法的測試系統(tǒng)框圖 被測被測對象對象觀察觀察者者激勵激勵裝置裝置標(biāo)標(biāo)定定裝裝置置測量測量裝置裝置傳傳感感器器物理量物理量信信號號調(diào)調(diào)理理電量電量信信號號處處理理電量電量顯顯示示記記錄錄電量電量/數(shù)字量數(shù)字量反饋控制反饋控制傳感器：傳感器：感受被測量（非電量）的變化并將其感受被測量（非電量）的變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏俊鞲衅魇鞘叭⌒盘柕难b置，在轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏俊鞲衅魇鞘叭⌒盘柕难b置，在非電量電測系統(tǒng)中占有重要位置，它獲得信非電量電測系統(tǒng)中占有重要位置，它獲得信號的正確與否直接影響到測量系統(tǒng)最終輸出號的正確與否直接影響到測量系統(tǒng)最終輸出結(jié)

14、果的精度以及測量結(jié)果的正確與否。結(jié)果的精度以及測量結(jié)果的正確與否。傳感傳感器隨物理量及變換原理的不同而不同。器隨物理量及變換原理的不同而不同。信號調(diào)節(jié)器：信號調(diào)節(jié)器：把傳感器或系統(tǒng)中前一環(huán)節(jié)的輸把傳感器或系統(tǒng)中前一環(huán)節(jié)的輸出變成后接儀器所需的電壓或電流信號，出變成后接儀器所需的電壓或電流信號，其其組成及功能取決于傳感器及后繼電路儀器。組成及功能取決于傳感器及后繼電路儀器。記錄顯示儀器：記錄顯示儀器：對信號進(jìn)行記錄、顯示等。對信號進(jìn)行記錄、顯示等。1)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器光纖

15、流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量1.5 測試技術(shù)的發(fā)展方向測試技術(shù)的發(fā)展方向1.5.1 1.5.1 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展2)傳感器傳感器+嵌入式計算機(jī)嵌入式計算機(jī) 集成化，智能化的傳感器集成化，智能化的傳感器振動網(wǎng)絡(luò)傳感器振動網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計算機(jī)嵌入式計算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數(shù)字溫度總線數(shù)字溫度傳感器傳感器1.5.2 1.5.2 計算機(jī)測試技術(shù)的發(fā)展計算機(jī)測試技術(shù)的發(fā)展 1 計算機(jī)測試系統(tǒng)硬件的發(fā)展(a) 基本型 (b)

16、 閉環(huán)控制型(c) 標(biāo)準(zhǔn)接口型2 虛擬儀器開發(fā)儀器子系統(tǒng)1nGPIB接口卡計算機(jī)數(shù)據(jù)總線單臺儀器n14（最多）傳感器1信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡計算機(jī)顯示被測量X1傳感器2信號調(diào)理被測量X2傳感器n信號調(diào)理被測量Xn被測量X電氣參量非電氣測量獲取信號信號變換預(yù)濾波A/D轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換信號分析、處理用用PC機(jī)儀器板卡機(jī)儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機(jī)軟件用計算機(jī)軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路優(yōu)優(yōu)點點我們的工作我們的工作1.5.3 1.5.3 微機(jī)全數(shù)字化測試分析微機(jī)全數(shù)字化測試分析微機(jī)卡泰微機(jī)卡泰1.6 課程的內(nèi)容安排測試的四個單元：工程參量測量技術(shù)（2-3章）信號獲取與處理分析（4-7章）測試系統(tǒng)(8-9章)及測試技術(shù)的應(yīng)用(10-11章)思考題：思考題： 從古人的角度分析古代烽火也就是從古人的角度分析古代烽火也就是