現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)-概述-課件

現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)1ppt課件第一章概述

1.1現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的重要性信息是事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和方式。不是物質(zhì)，不具有能量，卻是物質(zhì)所固有的，是客觀存在或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征。信息的傳輸依靠物質(zhì)和能量。

獲取信息的活動(dòng)是人類最基本的活動(dòng)之一。測(cè)試是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中定量地獲取足以揭示事物內(nèi)在規(guī)律的信息的一種手段，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。

2ppt課件測(cè)試是依靠一定的科學(xué)技術(shù)手段定量地獲取某種對(duì)象信息的過(guò)程。

科學(xué)的基本目的在于客觀地描述自然界，科學(xué)探索本身需要測(cè)試技術(shù)；科學(xué)定律是定量的定律，需要用準(zhǔn)確而簡(jiǎn)明的定量關(guān)系和數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)表述；檢驗(yàn)科學(xué)理論和規(guī)律的正確性同樣需要測(cè)試技術(shù)。精確的測(cè)試是科學(xué)的根基。3ppt課件測(cè)試工作的基本任務(wù)（1）測(cè)試出被測(cè)對(duì)象的有關(guān)信號(hào)；

信號(hào)具有能量，是某種具體的物理量。信號(hào)的變化則反映了所攜帶的信息的變化。（2）對(duì)測(cè)得的信號(hào)加以處理、分析；（3）將定量的有用信息提供給觀察者或輸入其它信息處理裝置或控制系統(tǒng)。4ppt課件

測(cè)試技術(shù)屬于信息科學(xué)范疇。是信息技術(shù)三大支柱（測(cè)試控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)）之一。5ppt課件測(cè)試技術(shù)促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)總體水平的提高在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中，不管是基礎(chǔ)性研究還是應(yīng)用性研究，都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。以取得各種所需要的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善已有的理論或驗(yàn)證研究成果。歷史上許多重大的科學(xué)成就幾乎都與某種新的實(shí)驗(yàn)儀器的誕生息息相關(guān)。6ppt課件科學(xué)技術(shù)的總體發(fā)展

促進(jìn)了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)幾乎利用了所有的近代新技術(shù)和新理論。例如，半導(dǎo)體技術(shù)、激光技術(shù)、光纖技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算技術(shù)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、控制論、信息論等等。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展引起了現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的新飛躍。7ppt課件測(cè)試技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

（1）對(duì)某個(gè)或某些參數(shù)進(jìn)行測(cè)試；（2）對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征的測(cè)試；（3）自動(dòng)化或控制系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)；（4）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視或故障診斷。8ppt課件1.2動(dòng)態(tài)測(cè)試的特點(diǎn)

現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)試技術(shù)相比，其深度和廣度都有質(zhì)的飛躍?，F(xiàn)代測(cè)試技術(shù)發(fā)展的明顯標(biāo)志：（1）動(dòng)態(tài)測(cè)試（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理（3）測(cè)試誤差補(bǔ)償9ppt課件動(dòng)態(tài)測(cè)試的定義

動(dòng)態(tài)測(cè)試是指被測(cè)量為變量的連續(xù)測(cè)量過(guò)程。動(dòng)態(tài)測(cè)試中，測(cè)量過(guò)程處于不斷變化狀態(tài)，需要考慮被測(cè)變量的變化規(guī)律及特點(diǎn)、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、以及外界擾動(dòng)等影響。動(dòng)態(tài)測(cè)試誤差本身也是變量，動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理具有其特殊性。10ppt課件動(dòng)態(tài)測(cè)試的基本特點(diǎn)（1）時(shí)變性（2）隨機(jī)性（3）相關(guān)性（4）動(dòng)態(tài)性11ppt課件

（1）時(shí)變性：動(dòng)態(tài)測(cè)試所測(cè)量的是隨測(cè)試時(shí)間而變化的量，表現(xiàn)為隨測(cè)試時(shí)間而變化的某種函數(shù)。（2）隨機(jī)性：動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)的另一基本特點(diǎn)是既含有確定性變化部分，又含有隨機(jī)性變化部分，表現(xiàn)為測(cè)試時(shí)間的隨機(jī)函數(shù)。12ppt課件

（3）相關(guān)性：動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)相鄰瞬時(shí)數(shù)據(jù)之間并非孤立而無(wú)關(guān)的，相反，它們之間具有一定的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。（4）動(dòng)態(tài)性：動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中，需采用微分方程、離散化的差分方程、狀態(tài)方程或系統(tǒng)傳遞函數(shù)來(lái)描述動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的輸入與輸出之間的關(guān)系，輸入與輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系與測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。13ppt課件非電量電測(cè)技術(shù)在測(cè)試和分析中，一般并不考慮信號(hào)的具體物理性質(zhì)，而是將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系，特別是時(shí)間函數(shù)或空間函數(shù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具加以分析研究，從中得出一些具有普遍意義的結(jié)論。14ppt課件

電信號(hào)在變換、處理、傳輸和處理等方面都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前應(yīng)用最廣泛的信號(hào)，而對(duì)非電量的分析和處理比起電量來(lái)相對(duì)要復(fù)雜和困難得多。采用各種傳感器把非電量變換成電量，再用測(cè)量電量的方法測(cè)試出這些反映被測(cè)非電量的電量信號(hào)。15ppt課件非電量電測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）不同的非電量變換成電量后，可用相同的儀器儀表；（2）電量便于傳輸、利于控制和遠(yuǎn)距離操作；（3）有利于進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量和記錄；（4）便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)接，便于對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析處理。16ppt課件

1.3測(cè)試系統(tǒng)的一般組成

一般說(shuō)來(lái)，測(cè)試工作的全過(guò)程包含著許多環(huán)節(jié)。以適當(dāng)?shù)姆绞郊?lì)被測(cè)對(duì)象、信號(hào)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時(shí)以電量形式輸出測(cè)量結(jié)果（如圖1.1所示）17ppt課件

圖1-1測(cè)試系統(tǒng)示意圖

18ppt課件傳感器的定義

能感受規(guī)定的被測(cè)量（物理量、化學(xué)量、生物量等），并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)（一般為電量）的器件或裝置。從狹義上講，傳感器也可定義為把被測(cè)的輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的裝置。其輸入量可分為機(jī)械量參數(shù)、熱工參數(shù)、物理參數(shù)、成份和結(jié)構(gòu)參數(shù)等。輸出的電量一般為電阻、電感、電容、電荷、電壓、電流、頻率、脈沖等。19ppt課件

傳感器是測(cè)試系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，在測(cè)試系統(tǒng)中直接感受外界信息。由于傳感器的輸出信號(hào)一般比較小，測(cè)量電路中一般都帶有放大電路。測(cè)量電路是保證傳感器能輸出人們所需要的電信號(hào)的一個(gè)重要部分。20ppt課件

信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路，能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路的種類要視傳感元件的類型而定，常用的電路有電橋、放大器、振蕩器、阻抗變換器，等等。21ppt課件

信號(hào)處理環(huán)節(jié)接受來(lái)自調(diào)理環(huán)節(jié)的信號(hào)，并進(jìn)行各種運(yùn)算、濾波、分析，將結(jié)果輸至顯示、記錄或控制系統(tǒng)信號(hào)顯示、記錄環(huán)節(jié)，以觀察者易于認(rèn)識(shí)的形式來(lái)顯示測(cè)量的結(jié)果，或者將測(cè)量結(jié)果存貯。

22ppt課件

在所有這些環(huán)節(jié)中，必須遵循的基本原則是：（1）各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應(yīng)保持一一對(duì)應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，（2）必須盡可能地減小或消除各種干擾。23ppt課件測(cè)試系統(tǒng)中的激勵(lì)裝置測(cè)試所希望獲取的信息，可能已載于某種可測(cè)試的信號(hào)中，也可能尚未載于可測(cè)試的信號(hào)中。對(duì)于后者，測(cè)試工作就包含著選用合適的方式激勵(lì)被測(cè)對(duì)象，使其產(chǎn)生既能充分表征其靜態(tài)特性或動(dòng)態(tài)特性又便于測(cè)試的信號(hào)。24ppt課件

事實(shí)上，許多系統(tǒng)的特性參量在系統(tǒng)的某些狀態(tài)下，可能充分地顯示出來(lái)；而在另外一些狀態(tài)下卻可能沒(méi)有顯示出來(lái)，或顯示得很不明顯，以致難于測(cè)試出來(lái)。在后一種情況下，要測(cè)量這些特性參量時(shí)，就需要激勵(lì)該系統(tǒng)，使其處于能夠充分顯示這些參量特性的狀態(tài)中，以便有效地測(cè)試載有這些信息的信號(hào)。25ppt課件1.4測(cè)試系統(tǒng)分類

測(cè)試的目的是為尋找反映被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息。由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的復(fù)雜性，使得反映其信息的信號(hào)多種多樣（變化規(guī)律、物理屬性等），被測(cè)對(duì)象所處的背景環(huán)境又錯(cuò)綜復(fù)雜，因此，為便于分析研究和應(yīng)用，需要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分類。如按被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律分類，按被測(cè)信號(hào)的量值的屬性分類，按傳感器的檢測(cè)變換原理分類，等等。26ppt課件

1.4.1按傳感器分類

傳感器是一個(gè)知識(shí)密集、技術(shù)密集領(lǐng)域，它與許多學(xué)科有關(guān)，種類也十分繁多，有的傳感器可以用于測(cè)量多種參數(shù)，而有時(shí)對(duì)于一種物理量又可用多種不同類型的傳感器測(cè)量。因此從不同角度對(duì)它進(jìn)行分類，以滿足不同領(lǐng)域的需要。27ppt課件1.4.1.1根據(jù)輸入物理量分類

這種方法是根據(jù)輸入物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類，如位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器及壓力傳感器等。本質(zhì)上來(lái)講，可分為基本量和派生量?jī)深?。例如長(zhǎng)度、寬度、厚度、位置、磨損、應(yīng)變及振幅等物理量,都可以認(rèn)為是從基本物理量位移中派生出來(lái)的，當(dāng)我們需要測(cè)量上述物理量時(shí)，只要采用測(cè)量位移的傳感器就可以了。所以了解基本量與派生量的關(guān)系，將有助于發(fā)揮傳感器的效能。下面把常遇到的一些基本量與派生量列于表1.1。28ppt課件29ppt課件

這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)用途選用。

30ppt課件1.4.1.2根據(jù)工作原理分類

這類方法是以傳感器的工作原理作為分類依據(jù)，如熱電式、壓電式、電容式、應(yīng)變式等。它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于傳感器的工作原理比較清楚，劃分類別少。表1.2列出了部分傳感器按工作原理的分類。31ppt課件

32ppt課件1.4.1.3根據(jù)能量傳遞方式分類

按此種方式可將傳感器分為有源傳感器和無(wú)源傳感器兩大類。有源傳感器將非電能量轉(zhuǎn)換為電能量，它所配合的測(cè)量電路，通常為電壓測(cè)量電路或放大器，這類傳感器有電磁式、壓電式、熱電式等。無(wú)源傳感器不起換能作用，被測(cè)非電量?jī)H對(duì)傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用，所以它必須具有輔助能源（電源）。這類傳感器有電阻式、電感式及電容式等。無(wú)源傳感器的測(cè)量電路常用測(cè)電參數(shù)的測(cè)量電路，如電橋電路或諧振電路等。33ppt課件1.4.1.4根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)分類

按這種方法可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩大類。模擬式傳感器輸出模擬信號(hào)，它與被測(cè)非電量成一定關(guān)系，如需與計(jì)算機(jī)配合或數(shù)字顯示，則必須通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字量，可直接與計(jì)算機(jī)配合或作數(shù)字顯示，且抗干擾性較強(qiáng)。34ppt課件1.4.1.5按是否與被測(cè)對(duì)象接觸分類接觸式測(cè)試元件測(cè)量時(shí)與被測(cè)介質(zhì)接觸，但接觸式測(cè)試元件會(huì)成為被測(cè)對(duì)象的負(fù)載，當(dāng)被測(cè)對(duì)象質(zhì)量很小時(shí)，會(huì)嚴(yán)重改變被測(cè)對(duì)象的特性。非接觸式測(cè)試元件測(cè)量時(shí)不與被測(cè)介質(zhì)接觸，非接觸式測(cè)試元件不干擾被測(cè)介質(zhì)，但易受外界干擾的影響。35ppt課件1.4.2按測(cè)試系統(tǒng)功能分類測(cè)試系統(tǒng)按以下方式分類：信號(hào)傳遞方式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式使用方式分類36ppt課件1.4.2.1按信號(hào)傳遞方式分類

按信號(hào)傳遞方式分類，可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)。（1）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)呈串聯(lián)形式。對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各環(huán)節(jié)本身的誤差以及由它們引入的干擾，都將直接影響測(cè)試精度，故對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度和抗干擾能力都要求較高。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)現(xiàn)方便，是應(yīng)用最廣泛的測(cè)試系統(tǒng)。37ppt課件（2）反饋系統(tǒng)

構(gòu)成反饋系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)有封閉環(huán)，也稱閉環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的準(zhǔn)確度主要取決于反饋環(huán)節(jié)。因此要求反饋環(huán)節(jié)有良好的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。38ppt課件1.4.2.2按信號(hào)傳遞方式分類

按信號(hào)實(shí)現(xiàn)方式分類，可分為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。（1）手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試是由人工直接參與完成的。（2）自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中，無(wú)須人工參與或只要求簡(jiǎn)單的人工操作，能自動(dòng)采集、分析和處理數(shù)據(jù)，并能自動(dòng)顯示或記錄結(jié)果。39ppt課件

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)從所用程控設(shè)備來(lái)分，還可分為程控器控制型和計(jì)算機(jī)控制型兩類。程控器控制型構(gòu)思簡(jiǎn)單，成本較低，適用于大量而重復(fù)的測(cè)試，這類系統(tǒng)的缺點(diǎn)是程序固定，只能做專門的測(cè)試，無(wú)數(shù)據(jù)處理能力。計(jì)算機(jī)控制型是可編程型，具有數(shù)據(jù)處理、存貯、判斷、自動(dòng)校準(zhǔn)等功能，有一定的通用性，適合于完成復(fù)雜的綜合測(cè)試和精密測(cè)試。40ppt課件1.4.2.3按系統(tǒng)接口形式分類

從系統(tǒng)的接口形式分，可分為專門接口型和通用接口型。（1）專門接口型測(cè)試系統(tǒng)

專門接口型是將一些具有一定功能的模塊相互連接而成，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，模塊利用率高，但組成系統(tǒng)時(shí)相互之間接口十分麻煩，而且各模塊不能單獨(dú)應(yīng)用，缺乏靈活性。

41ppt課件（2）通用接口型測(cè)試系統(tǒng)

通用接口型也是由模塊（如臺(tái)式儀器或插件板）組合而成，不過(guò)所有模塊的對(duì)外接口都是按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，組成系統(tǒng)時(shí)，如果模塊是臺(tái)式儀器，用標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)源電纜將各模塊連接起來(lái)就組成系統(tǒng)；如果模塊為標(biāo)準(zhǔn)插板，只要將各插板插入標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱即可。

GPIB系統(tǒng)、CAMAC系統(tǒng)和VXl

總線系統(tǒng)就屬此類系統(tǒng)，這類系統(tǒng)組建方便，但首次投資較大。通用接口型測(cè)試系統(tǒng)一般具有良好的靈活性和可擴(kuò)展性。42ppt課件1.4.2.4按系統(tǒng)用途的適應(yīng)程度分類

按系統(tǒng)用途的適應(yīng)程度分，可分為專用系統(tǒng)和通用系統(tǒng)。（1）專用測(cè)試系統(tǒng)專用測(cè)試系統(tǒng)是針對(duì)某種測(cè)試而專門設(shè)計(jì)的，效率高，精度也可以做的很高。（2）通用測(cè)試系統(tǒng)通用測(cè)試系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，在不改變硬件情況下，僅修改軟件就可完成另一種測(cè)試任務(wù)。43ppt課件1.5對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的主要要求

1.5.l抗干擾能力

在測(cè)試過(guò)程中，傳感器輸出的信號(hào)往往是很微弱的，有時(shí)達(dá)微伏級(jí)。為了保證高的測(cè)量精度，首先要求測(cè)試系統(tǒng)本身是低噪聲的；其次是采取恰當(dāng)?shù)钠帘?、隔離，合理的布線與接地，系統(tǒng)本身的合理設(shè)計(jì)等。這些問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)的前級(jí)電路尤為重要，因?yàn)樗鼈儙?lái)的影響最大。

44ppt課件1.5.2系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性是測(cè)試系統(tǒng)的首要指標(biāo)電路的穩(wěn)定性不僅包括零點(diǎn)和放大倍數(shù)（靈敏度）穩(wěn)定性，還應(yīng)包括線性度、頻率特性、輸入輸出阻抗的穩(wěn)定性等等。

溫度漂移導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出靈敏度在一次測(cè)量中發(fā)生漸變。

零點(diǎn)漂移導(dǎo)致系統(tǒng)的零位輸出在一次測(cè)量中發(fā)生漸變。45ppt課件

長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好是由于元器件老化、接插件彈性疲勞、氧化等原因，使測(cè)試系統(tǒng)的性能在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)生變化。

短期穩(wěn)定性差表現(xiàn)為輸出的重復(fù)性不好。為了提高測(cè)試系統(tǒng)的短期穩(wěn)定性，除了選用低噪聲、工作性能穩(wěn)定可靠的元器件、適當(dāng)布線接地及采取適宜的抗干擾措施外，還常采用負(fù)反饋、差動(dòng)或平衡電路等。46ppt課件

在靜態(tài)測(cè)量條件下，采用多次采樣取平均值、加大濾波器時(shí)間常數(shù)等也能減小輸出的分散性。但它不適用于動(dòng)態(tài)和快速測(cè)量。為了減小電路溫度漂移帶來(lái)的誤差，除采用漂移小、經(jīng)過(guò)老化處理的元器件外，還要合理安排熱源，采取負(fù)反饋和補(bǔ)償措施。不少儀器中還設(shè)有自動(dòng)穩(wěn)零、自動(dòng)定標(biāo)或放大比校正電路，有的儀器在使用中規(guī)定了對(duì)環(huán)境和預(yù)熱的要求。這些措施對(duì)提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性也有用。

47ppt課件1.5.3系統(tǒng)的頻率特性與響應(yīng)速度

由于被測(cè)對(duì)象不同以及測(cè)試系統(tǒng)的工作原理不同，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性要求各不相同。從被測(cè)參數(shù)的頻率范圍看，低端從直流開(kāi)始，高端可至幾百M(fèi)Hz。在沖擊和瞬態(tài)測(cè)試中，被測(cè)信號(hào)的頻率可達(dá)10MHz以上。在采用信號(hào)調(diào)制的情況下，載波頻率比待測(cè)信號(hào)的頻率至少還要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。48ppt課件

隨著科技的發(fā)展，對(duì)于快速變化的瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量的要求越來(lái)越高。一些本來(lái)可以采用靜態(tài)測(cè)量的參數(shù)，為提高效率和測(cè)試精度，也常采用動(dòng)態(tài)測(cè)量。要求測(cè)試系統(tǒng)有較高的響應(yīng)速度。特別是閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，往往是影響儀器動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵部件。49ppt課件1.5.3系統(tǒng)的線性度線性度是儀器精度的又一重要指標(biāo)。從原理上講，儀器的輸入——輸出可以按非線性函數(shù)關(guān)系定標(biāo)。這時(shí)傳遞函數(shù)的非線性并不影響儀器的精度。通常仍然要求儀器的輸入與輸出之間具有比較好的線性關(guān)系。50ppt課件

線性系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)為：（1）線性標(biāo)尺便于讀出；（2）在換檔時(shí)只是改變分度值，不必另行定標(biāo)；（3）記錄曲線波形不失真；（4）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、伺服系統(tǒng)控制跟蹤時(shí)均不必考慮非線性因素，比較方便。51ppt課件1.5.4系統(tǒng)的分辨率分辨率也稱為量化誤差。為了減小量化誤差必須提高分辨率。適當(dāng)提高測(cè)試系統(tǒng)的分辨率有利于減小讀數(shù)誤差和量化誤差。在模擬測(cè)試系統(tǒng)中為了提高分辨率應(yīng)適當(dāng)提高放大器的放大倍數(shù)（使最大輸出信號(hào)接近儀器輸出的滿量程）。在數(shù)字式測(cè)試系統(tǒng)中，當(dāng)被測(cè)量的變化不到分辨率時(shí)，示值不會(huì)改變。52ppt課件1.5.5系統(tǒng)的輸入與輸出阻抗對(duì)測(cè)試系統(tǒng)輸入與輸出阻抗合理的要求是：（1）測(cè)試系統(tǒng)輸入級(jí)的輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗匹配，使放大器的輸出信噪比達(dá)到最大值。（2）要求測(cè)試系統(tǒng)的輸出阻抗應(yīng)以它所驅(qū)動(dòng)的顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)阻抗匹配。53ppt課件1.5.6系統(tǒng)的計(jì)算與邏輯控制功能

通常測(cè)試儀器需要完成一定的計(jì)算分析，以獲得所需的被測(cè)參數(shù)值。測(cè)試系統(tǒng)還要完成一系列的邏輯判斷處理，以保證系統(tǒng)正常工作。近年來(lái)，這些任務(wù)已越來(lái)越多地由電子計(jì)算機(jī)完成。54ppt課件1.5.7測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化

計(jì)算機(jī)是測(cè)試系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，由于計(jì)算機(jī)具有信號(hào)存貯、判斷和處理能力，能控制開(kāi)關(guān)通斷、量程自動(dòng)切換、系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)診斷故障和結(jié)果的自動(dòng)輸出，它使整個(gè)系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)的整體，使測(cè)試實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，從而也大大提高了測(cè)試速度。55ppt課件1.5.8測(cè)試系統(tǒng)的高精度

由于系統(tǒng)外界的干擾、內(nèi)部的噪聲、電源的波動(dòng)、溫度的變化、器件的非線性等，必然影響測(cè)試精度的提高。引入計(jì)算機(jī)后，測(cè)試系統(tǒng)可以采用數(shù)字濾波、非線性校正、自動(dòng)校準(zhǔn)等方法消除系統(tǒng)誤差，通過(guò)重復(fù)測(cè)量降低隨機(jī)誤差，可大大提高測(cè)試精度。56ppt課件1.5.9通過(guò)數(shù)據(jù)變換實(shí)現(xiàn)多功能

根據(jù)數(shù)據(jù)分析的方法，測(cè)量一組數(shù)據(jù)后，得出多個(gè)參數(shù)。例如：測(cè)頻率后，通過(guò)倒數(shù)變換（T=1/f）可得周期；測(cè)正弦波的峰值可求得有效值；時(shí)域數(shù)據(jù)通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）可得到相應(yīng)的頻域數(shù)據(jù)；可求得信號(hào)的最大值、最小值、平均值等等。57ppt課件1.6現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

測(cè)試技術(shù)不僅為工業(yè)自動(dòng)化提供正確信息，而且是科學(xué)研究中尋找規(guī)律的重要手段。測(cè)試的對(duì)象千變?nèi)f化，遇到的問(wèn)題也錯(cuò)綜復(fù)雜。要解決這些問(wèn)題得依賴于各學(xué)科（物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等）的發(fā)展，綜合運(yùn)用這些學(xué)科的成果由此形成新的測(cè)試?yán)碚?、方法和技術(shù)手段。無(wú)疑會(huì)有力地推動(dòng)各學(xué)科的試驗(yàn)研究和發(fā)展。這種相互的促進(jìn)也就描述出了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展路徑。58ppt課件1.6.1傳感器技術(shù)的發(fā)展

1.6.1.1開(kāi)發(fā)新型材料傳感器

傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，傳感器材料的性能決定了傳感器的特性。對(duì)被測(cè)信息高度敏感，而對(duì)其它環(huán)境變化響應(yīng)遲鈍是對(duì)傳感器材料的主要要求。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，使用新材料可以設(shè)計(jì)制造出各種性能更為優(yōu)越的傳感器。

59ppt課件1.6.1.2研究新型原理傳感器利用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)是各種傳感器工作的基本原理。發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象與新效應(yīng)是發(fā)展測(cè)試技術(shù)的最重要的工作，是研制新型傳感器的重要途徑。新的測(cè)量機(jī)理及新原理的采用會(huì)給測(cè)試技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)質(zhì)的飛躍。60ppt課件1.6.1.3研究多功能集成傳感器在測(cè)試工作中，有時(shí)往往需要測(cè)量在一條線上或一個(gè)面上的參數(shù)，則相應(yīng)地需用一維、二維甚至三維的傳感器。有些場(chǎng)合，希望能在某一點(diǎn)同時(shí)測(cè)得兩個(gè)參數(shù)，甚至更多的參數(shù)。因此就要求能測(cè)量多個(gè)參數(shù)的傳感器，探索和尋求一些傳感材料和元件，它能同時(shí)感受兩個(gè)以上參數(shù)并轉(zhuǎn)換成不同的電量，而且互不影響。61ppt課件1.6.1.4研究智能傳感器智能傳感器是一種帶微處理器的傳感器，它兼有測(cè)試、判斷和信息處理功能。微電子技術(shù)、微處理器與傳感器結(jié)合形成的智能傳感器將是測(cè)試技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。只要傳感器本身的性能穩(wěn)定，即使一個(gè)性能指標(biāo)不高的傳感器，做成智能化傳感器后，可大大地提高傳感器的精度，同時(shí)還可以作溫度補(bǔ)償、線性化處理自動(dòng)校正、提高抗干擾能力、自選量程等一系列使傳感器功能優(yōu)化的工作。62ppt課件1.6.1.5采用新工藝加工技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)中的加工方法如氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積、平面電子工藝、各向異性腐蝕以及蒸鏡、濺射薄膜工藝都可引進(jìn)用于傳感器制造，因而產(chǎn)生了各式各樣新型傳感器。63ppt課件1.6.2測(cè)試方法的發(fā)展

1.6.2.1非接觸法測(cè)試

由于傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，非接觸法測(cè)試近年來(lái)發(fā)展很快，光（可見(jiàn)光、紅外、紫外、激光等）電結(jié)合，超聲、微波、射線等測(cè)試技術(shù)進(jìn)一步推廣運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了無(wú)干擾測(cè)試或?qū)o(wú)法接觸的對(duì)象的測(cè)試。64ppt課件1.6.2.2主動(dòng)測(cè)試法主動(dòng)測(cè)試法有目的向被測(cè)對(duì)象施加某種激勵(lì)，而測(cè)試其產(chǎn)生的響應(yīng)。這種方法不但克服了被動(dòng)法的許多局限，而且大大提高了測(cè)試精度。65ppt課件1.6.2.3采用非電量測(cè)試技術(shù)測(cè)試中，一般總是將被測(cè)非電量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電量，然后進(jìn)行傳輸和處理。這種非電量電測(cè)法雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但電量的對(duì)外干擾、受外界干擾、保密性等方面均不如某些非電量（如光）。隨著光纖、光放大器、光濾波器以及某些功能材料的高選擇性、特殊膜的滲透性等的發(fā)現(xiàn)，在有些測(cè)試上直接利用非電量測(cè)試有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。66ppt課件1.6.2.4測(cè)試方法的綜合運(yùn)用技術(shù)一次同時(shí)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的復(fù)合響應(yīng)有利于綜合反映被測(cè)對(duì)象的總體特性。如對(duì)溫度、濕度、壓力、氣體成份等的組合測(cè)量，幾種測(cè)試方法發(fā)揮各自的特長(zhǎng)聯(lián)合運(yùn)用，解決某些復(fù)雜測(cè)試問(wèn)題。如色譜——紅外、色譜——質(zhì)譜等的同時(shí)測(cè)量問(wèn)題。67ppt課件1.6.3以計(jì)算機(jī)為中心的各種測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展

1.6.3.1測(cè)試系統(tǒng)性能的優(yōu)質(zhì)化

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展的需要，低噪音、高穩(wěn)定度、高輸入阻抗、高頻響、寬頻帶、高保真度的電子器件將不斷出現(xiàn)、指標(biāo)不斷將刷新、價(jià)格不斷將下降。使測(cè)試系統(tǒng)的各項(xiàng)性能尤其是工作可靠性大大提高。68ppt課件1.6.3.2集成化集成電路不僅體積小、功耗小，而且引線短、整個(gè)組件處于同樣工作環(huán)境下，抗干擾性能好，易于達(dá)到較高精度、較高頻響。儀器電路的集成化發(fā)展主要有兩個(gè)方面，一是集成塊的密集度將越來(lái)越高，二是采用集成塊的范圍越來(lái)越寬廣。69ppt課件1.6.3.3數(shù)字化

數(shù)字式電路不僅讀數(shù)方便、客觀、量程大，能較好地解決量程與分辨率的矛盾，而且易于集成化，抗干擾能力強(qiáng)，便于動(dòng)態(tài)采樣，便于記憶保存，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。因?yàn)榭陀^存在的被測(cè)量多數(shù)是模擬的，數(shù)字電路不可能完全代替摸擬電路。

70ppt課件1.6.3.4通用化通用化主要有三個(gè)方面的含義：首先是單元電路的通用化，這給電路調(diào)試、電路集成化都帶來(lái)方便；其次是整個(gè)儀器的構(gòu)成采用電路模塊化、積木化。這種模塊組合方式即有利于專業(yè)化生產(chǎn)、提高質(zhì)量、降低成本。從使用角度來(lái)說(shuō)，基本功能儀器可視需要組合、互相借用，提高使用效率；再次是利于推廣通用儀器。71ppt課件1.6.3.5自動(dòng)化與智能化計(jì)算機(jī)的使用是現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的主要特征，測(cè)試系統(tǒng)可以靈活地按照人們編定的程序自動(dòng)完成測(cè)量操作，采集測(cè)量數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正。智能化的測(cè)試系統(tǒng)有邏輯判斷和運(yùn)算功能，可以自動(dòng)選擇量程、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)診斷故障甚至自動(dòng)修復(fù)。72ppt課件1.6.3.6測(cè)試系統(tǒng)硬件的軟件化

由于計(jì)算機(jī)的性能價(jià)格比越來(lái)越好，測(cè)試系統(tǒng)中的硬件常常為軟件所代替，硬