自動(dòng)測(cè)試技術(shù)

自動(dòng)測(cè)試技術(shù)第1頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月老師聯(lián)系方式

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第2頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)測(cè)試技術(shù)第3頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.1測(cè)試系統(tǒng)的組成和特性

1.2基本測(cè)試技術(shù)的分類(lèi)

1.3測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化

1.4自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

1.5自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)第4頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1測(cè)試系統(tǒng)的組成和特征一、測(cè)試的概念

測(cè)試：泛指生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常進(jìn)行的滿(mǎn)足一定準(zhǔn)確度要求的試驗(yàn)性測(cè)量過(guò)程。

人們通過(guò)測(cè)試可以取得研究對(duì)象的有關(guān)信息，能夠正確地了解被測(cè)物理對(duì)象的量值或特性。

測(cè)試技術(shù)：研究和探索對(duì)各種被測(cè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)性測(cè)量過(guò)程的途徑和方法。

事實(shí)上，凡是需要研究某種客觀事物和現(xiàn)象時(shí)，在要希望弄清被研究對(duì)象的狀態(tài)、變化和特性并對(duì)其進(jìn)行一定的定量描述和定性說(shuō)明時(shí)都離不開(kāi)測(cè)試技術(shù)。

第5頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、測(cè)試系統(tǒng)的組成

一個(gè)典型的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)常由實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試部件、數(shù)據(jù)處理和輸出設(shè)備等幾部分組成。

第6頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

我們的測(cè)試工作就是要根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎O(shè)計(jì)或選擇有效而準(zhǔn)確的中間變換電路、測(cè)量?jī)x器和信號(hào)處理部件，以最方便、科學(xué)的形式把測(cè)試結(jié)果顯示出來(lái)。

三、測(cè)試系統(tǒng)的特性描述

測(cè)試系統(tǒng)特性描述分系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)、系統(tǒng)的靜態(tài)特性和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性三個(gè)方面。第7頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的性能常用以下幾種質(zhì)量指標(biāo)來(lái)描述：（１）準(zhǔn)確度。測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度（或稱(chēng)精度）用來(lái)表示測(cè)試結(jié)果值與被測(cè)量真值的一致程度，它的定義方法與電子測(cè)量是一致的。準(zhǔn)確度往往可用測(cè)量誤差的大小來(lái)表示。（２）分辨率。指測(cè)試系統(tǒng)能檢測(cè)到的輸入信號(hào)的最小變化的能力，可用數(shù)值量或靈敏量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。（３）測(cè)試范圍。指系統(tǒng)中測(cè)量電路或儀器能夠正常工作的被測(cè)量的量值范圍。在討論測(cè)試范圍時(shí)必須注意系統(tǒng)的工作頻率范圍。1、測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)第8頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化，則稱(chēng)為靜態(tài)測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱(chēng)為靜態(tài)響應(yīng)特性。在靜態(tài)測(cè)試中，系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系與時(shí)間無(wú)關(guān)。理想系統(tǒng)的靜態(tài)特性可用如下表達(dá)式表示：y=ax+b（0-1）由于系統(tǒng)實(shí)際情況并非如（0-1）式表示的那樣理想，因此系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以用直線性、靈敏度、滯后量（差）三種參數(shù)來(lái)描述。2、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性描述

第9頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（１）直線性它一般指系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系接近理想線性關(guān)系的程度。理想的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入－輸出關(guān)系。對(duì)于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對(duì)應(yīng)。知道其中一個(gè)量就可以確定另一個(gè)量。其中以輸出和輸入成線性關(guān)系最佳。xy線性xy線性xy非線性第10頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非線性度：標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。若在標(biāo)稱(chēng)（全量程）輸出范圍A內(nèi)，標(biāo)定曲線偏離擬合直線的最大偏差為B，則定義非線性度為

非線性度=B/A×100%擬合直線該如何確定，目前國(guó)內(nèi)外還無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。較常用的是最小二乘法。

yxB第11頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①用測(cè)試系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)的變化之比來(lái)表示。（２）靈敏度它用來(lái)表示測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出之間量值比例的對(duì)應(yīng)關(guān)系。常用兩種表示方法：例如，某溫度測(cè)試系統(tǒng)，每當(dāng)被測(cè)溫度變化1℃時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓變化100mV，則可知系統(tǒng)的靈敏度為100mV／℃。靈敏度(s)＝輸出信號(hào)變化量／輸入信號(hào)變化量(0-2)第12頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如，用示波器觀測(cè)信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)為3.2V,在示波器屏幕上顯示的波形偏轉(zhuǎn)了6.4div,這時(shí)示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.5V/div。在這種情況下，測(cè)試另一個(gè)信號(hào)，顯示了5div，按0.5V/div靈敏度計(jì)，就可估算出該信號(hào)為2.5V。這種定義方法所得結(jié)果與第一種恰好是互為倒數(shù)，因此有時(shí)也稱(chēng)為“傳輸因數(shù)”（r）。由于它與電流表靈敏度的估算方法是一致的，將它稱(chēng)為“測(cè)試靈敏度”比較容易理解，用起來(lái)也方便，人們也就直呼它為儀器的測(cè)試靈敏度了。②有時(shí)為了理解方便，靈敏度也可用測(cè)試系統(tǒng)或儀表的輸出指示刻度每變化一分度所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)變化量來(lái)表示。靈敏度（s）＝輸入信號(hào)的變化量／輸出指示刻度的變化量（0-3）第13頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月靈敏度的量綱由輸入和輸出的量綱決定。應(yīng)該注意的是，裝置的靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，即裝置的穩(wěn)定性越差。常用兩種表示方法：第14頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滯后量也稱(chēng)滯后差，表示系統(tǒng)的輸入信號(hào)有正反方向變化時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的輸出呈現(xiàn)的非重合結(jié)果誤差。在整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)輸入發(fā)生相反方向變化時(shí)，在同一個(gè)輸入點(diǎn)上輸出非重合的最大差值稱(chēng)為系統(tǒng)的滯后量。

（3）滯后量yxhmaxA第15頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傳感器的滯后誤差表明傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐唐陂g輸出-輸入曲線不重合的程序，也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信號(hào)大小不相等。滯后誤差是傳感器的一個(gè)性能指標(biāo)，它反映了傳感器的機(jī)械部分和結(jié)構(gòu)材料方面不可避免的弱點(diǎn)，如軸承摩擦、灰塵積塞、間隙不適當(dāng)、螺釘松動(dòng)、元件磨蝕或碎裂以及材料的內(nèi)摩擦。滯后誤差大小一般由實(shí)驗(yàn)確定。（3）滯后量第16頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月靈敏閥：又稱(chēng)為死區(qū)，用來(lái)衡量測(cè)量起始點(diǎn)不靈敏的程度。穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時(shí)，輸出量隨時(shí)間變化的程度?？煽啃裕菏桥c測(cè)試裝置無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。（4）靜態(tài)響應(yīng)特性的其他描述第17頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性描述

在對(duì)動(dòng)態(tài)物理量（如機(jī)械振動(dòng)的波形）進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試裝置的輸出變化是否能真實(shí)地反映輸入變化，取決于測(cè)試裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性一般通過(guò)描述系統(tǒng)傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)等數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行研究。

第18頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性反映了系統(tǒng)對(duì)被測(cè)時(shí)間信號(hào)的響應(yīng)能力，一般用系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來(lái)表示。

H（s）=(bmsm+bm-1sm-1+…+b1s1+b0)/(ansn+an-1sn-1+…+a1s1+a0)在實(shí)際中，穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性常用幅頻特性（即波特圖）來(lái)表示，而對(duì)暫態(tài)系統(tǒng)則要用系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)函數(shù)來(lái)表示。常見(jiàn)的多為一階或二階系統(tǒng)。第19頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2基本測(cè)試技術(shù)的分類(lèi)

一、頻域測(cè)試（穩(wěn)態(tài)測(cè)試）

頻域測(cè)試是從頻率組成和頻率響應(yīng)特性的角度來(lái)分析被測(cè)信號(hào)或系統(tǒng)特征的。

對(duì)一個(gè)具體的測(cè)試過(guò)程來(lái)講，被測(cè)對(duì)象不同，測(cè)試方法也各不相同。歸納起來(lái)基本測(cè)試技術(shù)可分頻域測(cè)試、時(shí)域測(cè)試、數(shù)據(jù)域測(cè)試和統(tǒng)計(jì)域測(cè)試四類(lèi)。

在這種情況下，可以不考慮時(shí)間因素，整個(gè)測(cè)試過(guò)程與時(shí)間無(wú)關(guān)，也即這種測(cè)試過(guò)程是在被測(cè)對(duì)象處于穩(wěn)態(tài)的情況下進(jìn)行的。由此，頻域測(cè)試又稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)測(cè)試。第20頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常見(jiàn)的頻域測(cè)試有網(wǎng)絡(luò)分析和信號(hào)頻譜分析兩種情況。

網(wǎng)絡(luò)分析用于研究一個(gè)被測(cè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，以便判別該系統(tǒng)的性能。常用正弦信號(hào)作為激勵(lì)測(cè)試信號(hào)，在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)測(cè)出被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，再分析它與測(cè)試信號(hào)的關(guān)系，求得被測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。在自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀中還可根據(jù)傳遞函數(shù)的幅頻相頻特性進(jìn)一步推算出最大傳遞系數(shù)、中心頻率、-3dB帶寬、-20dB帶寬、阻帶抑制比以及群延遲時(shí)間及其波動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

第21頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月信號(hào)的頻譜分析是頻域測(cè)試的另一個(gè)內(nèi)容。它用于研究被測(cè)信號(hào)的頻率組成和它的分布，從而可以判斷被測(cè)信號(hào)的性質(zhì)或態(tài)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜分析的方法有多濾波器實(shí)時(shí)分析法和超外差式掃頻頻譜分析法兩種。在自動(dòng)頻譜分析儀中常采用后一種方法。第22頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、時(shí)域測(cè)試（脈沖測(cè)試、瞬態(tài)測(cè)試

）

時(shí)域測(cè)試也稱(chēng)脈沖測(cè)試，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)波形的觀測(cè)和對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)特性的研究，觀測(cè)被測(cè)信號(hào)的時(shí)間變化過(guò)程。因此，時(shí)域測(cè)試也可稱(chēng)作瞬態(tài)測(cè)試。常見(jiàn)的時(shí)域測(cè)試儀器有示波器、波形記錄儀、存貯示波器等。

事實(shí)上，時(shí)域測(cè)試和頻域測(cè)試是研究同一過(guò)程的兩種方法，它們是可以互譯的。在現(xiàn)代自動(dòng)測(cè)試儀器中，可以通過(guò)一定的算法直接將時(shí)域測(cè)試結(jié)果推演出頻譜分析的結(jié)論來(lái)。

第23頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、統(tǒng)計(jì)域測(cè)試

在近代測(cè)試技術(shù)中，許多研究對(duì)象具有不確定性，常稱(chēng)隨機(jī)信號(hào)，統(tǒng)計(jì)測(cè)試是研究這種隨機(jī)信號(hào)的重要方法。它包括以下三個(gè)方面：

(1)對(duì)各種不確定信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行測(cè)量。

(2)用具有特定統(tǒng)計(jì)規(guī)律的隨機(jī)信號(hào)作測(cè)試激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性研究

。

(3)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被噪聲污染的信號(hào)進(jìn)行精確的檢測(cè)

。

第24頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

我們知道，描述隨機(jī)過(guò)程統(tǒng)計(jì)特性的主要參數(shù)有以下幾種：

第25頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)際統(tǒng)計(jì)測(cè)試過(guò)程中求平均的時(shí)間總是有限的，因此只能測(cè)得以上參數(shù)的估算值，會(huì)給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)誤差。而且，由于測(cè)試對(duì)象是隨機(jī)的，故統(tǒng)計(jì)特性的估值誤差也是隨機(jī)的。按統(tǒng)計(jì)誤差理論分析，如果被測(cè)隨機(jī)過(guò)程是正態(tài)分布的，則在所有可能的測(cè)試結(jié)果中有68％的測(cè)量誤差將小于一個(gè)σ值；95％的測(cè)量誤差總是小于2σ。顯然，測(cè)量次數(shù)愈多，隨機(jī)誤差就愈小。第26頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

隨機(jī)測(cè)試技術(shù)所用激勵(lì)信號(hào)有兩種形式，在進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試或?qū)ο到y(tǒng)工作性能進(jìn)行估測(cè)時(shí)，常用白噪聲作測(cè)試信號(hào)。

統(tǒng)計(jì)測(cè)試還可用偽隨機(jī)信號(hào)作測(cè)試信號(hào)。它是一組由計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)字序列，具有與隨機(jī)信號(hào)一樣的頻譜和高斯概率分布特性，只要將統(tǒng)計(jì)測(cè)試的時(shí)間間隔取值為測(cè)試信號(hào)周期的整數(shù)倍，則測(cè)試結(jié)果不會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)誤差。因此它在近代測(cè)試技術(shù)中被廣泛采用。第27頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)據(jù)域測(cè)試

在數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)備中都是以數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞和處理信息的。在它們的設(shè)計(jì)、調(diào)試以及一旦出現(xiàn)故障而必須開(kāi)機(jī)檢查時(shí)，人們所感興趣和關(guān)心的是如何獲取各種必要的數(shù)字信息(地址信息、數(shù)據(jù)信息和各種控制信息)，希望在觀測(cè)這些信息的同時(shí)能完成故障的診斷和判別。第28頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第29頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由于數(shù)字系統(tǒng)中的信號(hào)具有以下特征：

(1)數(shù)字信號(hào)幾乎都是多位傳輸且用邏輯狀態(tài)0，1來(lái)表示其每位信息特征的，它與信號(hào)波形本身的形狀關(guān)系不大；

(2)大部分?jǐn)?shù)字信號(hào)是非周期性的，許多情況下僅發(fā)生一次；

(3)需要測(cè)試或檢查的錯(cuò)誤信息?；祀s在正常的數(shù)據(jù)流中，所以，對(duì)數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器提出了特殊的要求。

在這種情況下，一般傳統(tǒng)測(cè)試儀器已無(wú)法勝任了，于是邏輯分析儀、功能自動(dòng)測(cè)試診斷儀等數(shù)字測(cè)試儀器就應(yīng)運(yùn)而生。第30頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化

在大規(guī)模生產(chǎn)和科學(xué)研究中，要求測(cè)試的項(xiàng)目和研究的問(wèn)題也愈來(lái)愈多和復(fù)雜，不但工作量大，而且要求高，還常伴隨著大量的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算的工作。在這種情況下，靠人工或功能簡(jiǎn)單的儀器測(cè)試已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)這種形勢(shì)的發(fā)展了，自然提出了測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化問(wèn)題。計(jì)算機(jī)技術(shù)、實(shí)時(shí)采樣技術(shù)、頻率合成技術(shù)的發(fā)展和成熟給自動(dòng)測(cè)驗(yàn)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。近代檢測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和處理技術(shù)以及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，尤其是單片計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速發(fā)展和成就，為測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化提供了必要的技術(shù)條件和手段。

第31頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成

自動(dòng)測(cè)試：就是對(duì)研究對(duì)象的整個(gè)測(cè)試過(guò)程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理以及測(cè)試結(jié)果的顯示輸出等等都是在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下自動(dòng)完成的。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

：實(shí)現(xiàn)某種測(cè)試任務(wù)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的總體就稱(chēng)為“自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱(chēng)ATS(AutomatedTestSystem)。

第32頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

：實(shí)現(xiàn)某種測(cè)試任務(wù)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的總體就稱(chēng)為“自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱(chēng)ATS(AutomatedTestSystem)。

第33頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的工作模式

實(shí)際上，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)試技術(shù)設(shè)備的總體概念，它包括硬設(shè)備和軟設(shè)備，系統(tǒng)也可大可小。小的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以?xún)H由一臺(tái)智能測(cè)試儀器組成，它可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與其它測(cè)試設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接。大的系統(tǒng)可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制下的許多臺(tái)自動(dòng)測(cè)試儀器組成設(shè)備系統(tǒng)。

不論哪種情況，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的工作模式都是大體相同的，這就是

：

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(1)

用傳感器將電的或非電的被測(cè)物理量變換成電量或電信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行必要的放大和預(yù)處理，使之達(dá)到自動(dòng)測(cè)試儀器所能接受的水平。

(2)

實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的自動(dòng)采集和數(shù)據(jù)處理。

(3)

按規(guī)定的方式對(duì)測(cè)試結(jié)果作出必要的判別和反饋，并能將測(cè)試結(jié)果自動(dòng)顯示出來(lái)，有的儀器還能自報(bào)結(jié)果。

(4)

系統(tǒng)具有必要的自檢能力。

(5）有標(biāo)準(zhǔn)接口，可隨時(shí)參與組建成規(guī)模更大的測(cè)試系統(tǒng)。

自動(dòng)測(cè)試技術(shù)與儀器設(shè)計(jì)就是要研究可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試任務(wù)的各種測(cè)量技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試儀器及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組建方法。第35頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

自動(dòng)測(cè)試技術(shù)創(chuàng)始于1950年代。有一個(gè)研究計(jì)劃，它的最終目標(biāo)是不必依靠任何有關(guān)的測(cè)試技術(shù)文件，由非熟練人員上機(jī)進(jìn)行幾乎是全自動(dòng)的操作，以電子計(jì)算機(jī)的速度完成各種必要的測(cè)試項(xiàng)目。通過(guò)靈活的程序編制，也可以適應(yīng)任何其它具體的測(cè)試問(wèn)題。在當(dāng)時(shí)條件下該計(jì)劃雖然花費(fèi)了可觀的經(jīng)費(fèi)，最終也遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。但是，自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的思想?yún)s很快為廣大測(cè)試技術(shù)工作者所接受。不久，這項(xiàng)技術(shù)就獲得了驚人的發(fā)展。

第36頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

從自動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展過(guò)程看，從1950年代至今大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（1950年代-70年代初）第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)多為專(zhuān)用系統(tǒng)，通常是針對(duì)某項(xiàng)具體任務(wù)而設(shè)計(jì)的。如數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和自動(dòng)分析，只能用于大量的要求重復(fù)、快速、高可靠和對(duì)人員健康有害又難于接近的測(cè)試場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用比較簡(jiǎn)單的定時(shí)器或掃描器作為控制器，其接口也是專(zhuān)用的。因此，第一代測(cè)試系統(tǒng)通用性比較差。第37頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（1970年代初出現(xiàn)）

第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)典型方塊圖如下圖所示。第38頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第39頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第43頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月與第一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要不同在于：采用了標(biāo)準(zhǔn)化的通用可程控測(cè)量?jī)x器接口總線(IEEE488)及可程序控制的儀器和測(cè)控計(jì)算機(jī)(控制器)，從而使得自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和組裝都比較容易。第二代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，一般由四部分組成：第一是微機(jī)或微處理器，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心；第二是被控制的測(cè)量?jī)x器或設(shè)備，稱(chēng)為可程控儀器；第三是接口；第四是軟件。第45頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(一)微機(jī)(或微處理器)

這是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在軟件控制下，微機(jī)控制夠個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行某種方式的處理，如計(jì)算、變換、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等；最后將測(cè)量結(jié)果通過(guò)打印機(jī)、顯示器、磁盤(pán)磁卡或電表、數(shù)碼顯示等方式輸出。(二)可程控儀器或設(shè)備在自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量?jī)x器或設(shè)備的工作，如測(cè)量功能、工作頻段、輸出電平、量程等的選擇和調(diào)節(jié)都是由微機(jī)所發(fā)控制指令的控制下完成的。這種能接受程序控制并據(jù)之改變內(nèi)部電路工作狀態(tài)，以及完成特定任務(wù)的測(cè)量?jī)x器稱(chēng)為儀器的可程序控制，簡(jiǎn)稱(chēng)可程控，或稱(chēng)程控儀器。顯然程控儀器是組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的基本部分。第46頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(三)接口

一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，各儀器和設(shè)備之間的接口的總體稱(chēng)為該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的接口系統(tǒng)。顯然，接口系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)測(cè)試目的，使自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)各儀器和設(shè)備之間進(jìn)行有效通信的重要環(huán)節(jié)。60年代中期以前，接口是專(zhuān)用的和非標(biāo)準(zhǔn)化的，即是專(zhuān)門(mén)為某一自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)而設(shè)計(jì)制造的，設(shè)計(jì)和制造不具有重復(fù)性。第47頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月接口的主要任務(wù)是在下列方面提供儀器與計(jì)算機(jī)連接需要的兼容。機(jī)械兼容對(duì)接口的最簡(jiǎn)單的要求是提供機(jī)械兼容，就是要有適當(dāng)?shù)倪B接器和它們之間的連線。電磁兼容接口的第二種作用是使計(jì)算機(jī)和探器之間有適配的電器特性即在邏輯電平方面要相符合。數(shù)據(jù)兼容一旦接口已使計(jì)算機(jī)和儀器實(shí)現(xiàn)了機(jī)械和電器兼?zhèn)渌鼈兙湍芡ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)線交換電信號(hào)信息，但需要某種格式翻譯，有種種編程能力的計(jì)算機(jī)通常能執(zhí)行這種功能，考慮到速度，往往把這個(gè)任務(wù)交給接口完成。第48頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)——智能儀器儀表（1980年代初出現(xiàn)）隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器、單片計(jì)算機(jī)開(kāi)始推廣應(yīng)用，人們開(kāi)始用微處理器來(lái)設(shè)計(jì)儀器儀表。由于微處理器和單片計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，因此，這種新型的儀器無(wú)論在性能和綜合測(cè)試能力方面都比傳統(tǒng)儀器儀表強(qiáng)的多。有些用傳統(tǒng)儀器無(wú)法測(cè)試的參數(shù)或需要人工計(jì)算才能得到結(jié)果，現(xiàn)在可以借助計(jì)算機(jī)的推演運(yùn)算直接得到。因此人們常稱(chēng)這類(lèi)新型儀表為“智能儀器”或“智能儀表”。這種儀器一般都配有標(biāo)準(zhǔn)接口，可以參與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組建。第49頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月智能儀器的一般結(jié)構(gòu)：一、在物理結(jié)構(gòu)上，微型計(jì)算機(jī)內(nèi)含于測(cè)量?jī)x器。微處理器及其支持部件是整個(gè)測(cè)試電路的一個(gè)組成部分，但是，從計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)來(lái)看，測(cè)試電路與鍵盤(pán)、GPIB接口、顯示器等部件一樣，僅是計(jì)算機(jī)的一種外圍設(shè)備。二、智能儀器的管理程序也稱(chēng)監(jiān)控程序，分析、接受、執(zhí)行來(lái)自鍵盤(pán)或接口的命令，完成測(cè)試和數(shù)據(jù)處理等任務(wù)。軟件存于ROM或EPROM。軟件是智能儀器的靈魂。第50頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第51頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖0-7示出了它的組成原理圖，圖中測(cè)量系統(tǒng)一般指信號(hào)放大器和調(diào)理器。ADC部件將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。計(jì)算機(jī)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)必要的處理運(yùn)算之后，就可以通過(guò)輸出部件將結(jié)果顯示出來(lái)。智能儀器的所有功能操作都是通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)的，這也是它區(qū)別于一般傳統(tǒng)儀器的主要特點(diǎn)之一。近年來(lái)已有人將語(yǔ)音技術(shù)應(yīng)用于智能儀器，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果的自報(bào)。第52頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

智能儀器的特點(diǎn)（1）具有自動(dòng)校準(zhǔn)的功能；（2）具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力；（3）具有量程自動(dòng)切換的功能；（4）具有操作面板和顯示器；（5）具有修正誤差的能力；（6）有簡(jiǎn)單的報(bào)警功能。第54頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)——虛擬儀器（1980年代中后期出現(xiàn)）計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，人們開(kāi)始用PC機(jī)來(lái)開(kāi)發(fā)新一代的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，這就是個(gè)人儀器/PC測(cè)量系統(tǒng)（PersonalInstrument/personalInstrumentationSystem）。也稱(chēng)“PC儀器”或“虛擬儀器”。所謂的虛擬儀器，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶(hù)設(shè)計(jì)定義，具有虛擬面板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)?！疤摂M”的含義虛擬的儀器面板由軟件實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)量功能（軟件就是儀器）第55頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第56頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第57頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第60頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第61頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PXI模塊第62頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月VXI模塊第63頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用個(gè)人儀器組建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，可以去掉一些不必要的硬件，充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟硬件資源。這種情況下，不同功能的儀器僅體現(xiàn)于測(cè)量模塊及其軟件的不同，儀器不再以傳統(tǒng)的獨(dú)立形態(tài)出現(xiàn)了，儀器效率極高。一臺(tái)計(jì)算機(jī)只要配備相應(yīng)的測(cè)量模板或擴(kuò)展機(jī)箱，就可立即成為存貯示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、數(shù)字多用表、通用計(jì)數(shù)器、函數(shù)發(fā)生器或GPIB儀器控制器等等。因此個(gè)人儀器的開(kāi)發(fā)是當(dāng)代儀器技術(shù)的又一重大進(jìn)步。第64頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第65頁(yè)，課件共70頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月虛擬儀器技術(shù)降低了市場(chǎng)門(mén)欄

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)儀器行業(yè)作出了巨大的努力，但始終沒(méi)有能力與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)。思考其中緣由，國(guó)外先進(jìn)國(guó)家在長(zhǎng)期的儀器發(fā)展中，形成了以知識(shí)產(chǎn)權(quán)為核心的技術(shù)壁壘，這個(gè)我們很難突破。也就是說(shuō)，儀器市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)欄太高。虛擬儀器技術(shù)采用通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)，