現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)1 緒論

1、 現(xiàn)代測(cè)試技術(shù) 1 緒論 掌握測(cè)試技術(shù)的基本概念及其研究?jī)?nèi)容 了解測(cè)試技術(shù)的工程意義和發(fā)展動(dòng)態(tài) 掌握測(cè)試系統(tǒng)的組成本章的學(xué)習(xí)要求： 1.0 測(cè)試的基本概念1.0.1 測(cè)量、計(jì)量與測(cè)試測(cè)量：以確定被測(cè)對(duì)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(cè)量同一量時(shí)，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(cè)量器具。計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。計(jì)量的三個(gè)特征：統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量?jī)?nèi)容包括：?jiǎn)挝坏慕y(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測(cè)量方法及其手段的研究等。測(cè)試：意義更為廣泛的測(cè)量具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量。 測(cè)量：- 試驗(yàn)：對(duì)被研究的對(duì)象或系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究

2、的過(guò)程。通常是將被研究對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)探討被研究對(duì)象的性能的過(guò)程。測(cè)試過(guò)程是借助專(zhuān)門(mén)設(shè)備，通過(guò)合適的實(shí)驗(yàn)和必要的數(shù)據(jù)處理，從研究對(duì)象中獲得有關(guān)信息的認(rèn)識(shí)過(guò)程。 測(cè)量和試驗(yàn)在工程實(shí)踐中無(wú)處不在。測(cè)試技術(shù)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀(guān)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(dòng)事物運(yùn)動(dòng)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(guān)存在或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征。有的，是其客觀(guān)存在或運(yùn)動(dòng)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(hào)信息傳輸?shù)妮d體具有能量，是某種具體的物理量。信號(hào)

3、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。的變化則反映了所攜帶的信息的變化。1.0.2 信息與信號(hào)信號(hào)與信息的關(guān)系信號(hào)與信息的關(guān)系 交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈信息信息信號(hào)信號(hào)信息的載體是光信號(hào)信息的載體是光信號(hào)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(hào)之中。信息蘊(yùn)涵于信號(hào)之中。測(cè)試工作始終都需要與信號(hào)打交道，包括信號(hào)的獲?。y(cè)測(cè)試工作始終都需要與信號(hào)打交道，包括信號(hào)的獲?。y(cè)量）、信號(hào)的調(diào)理和信號(hào)的分析等。量）、信號(hào)的調(diào)理和信號(hào)的分析等。1.1 測(cè)試技術(shù)的工程意義 1.1.1 測(cè)試是人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀(guān)世界的手段之一u日常生活中處處離不開(kāi)

4、測(cè)試u科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開(kāi)測(cè)試， 離開(kāi)測(cè)試就不會(huì)有真正的科學(xué)。 沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡就沒(méi)有天文學(xué)，沒(méi)有顯微天文學(xué)，沒(méi)有顯微鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，鏡就沒(méi)有細(xì)胞學(xué)，沒(méi)有指南針就沒(méi)有沒(méi)有指南針就沒(méi)有航海事業(yè)航海事業(yè) 1.1.2 測(cè)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)；p對(duì)宇宙微弱輻射信號(hào)的測(cè)試p對(duì)能量轉(zhuǎn)移的測(cè)試p對(duì)人體基因的測(cè)定和人體血液定量分析p對(duì)蛋白質(zhì)的反應(yīng)測(cè)試p對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的測(cè)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(zhǎng)情況了解胚胎的生長(zhǎng)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(lèi)

5、社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)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(cè)試技術(shù)信息獲??；p通信技術(shù)信息傳輸；p計(jì)算機(jī)技術(shù)信息處理。沒(méi)有測(cè)量就沒(méi)有科學(xué)，測(cè)量是科學(xué)的基礎(chǔ)；沒(méi)有科學(xué)的進(jìn)步也沒(méi)有測(cè)試的發(fā)展!1.1.3 測(cè)試是工程技術(shù)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)（1）生產(chǎn)發(fā)展離不開(kāi)測(cè)試p農(nóng)業(yè)社會(huì)中，需要丈量土地、衡量谷物，就產(chǎn)生了長(zhǎng)度、面積、容積和重量的測(cè)量；掌握季節(jié)和節(jié)候，出現(xiàn)了原始的時(shí)間測(cè)量器具，并有了天文測(cè)量。p現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中處處離不開(kāi)測(cè)試 一輛汽車(chē)內(nèi)配備的監(jiān)測(cè)點(diǎn)： 50100個(gè)； 一架飛機(jī)中： 3000個(gè)； 一臺(tái)大型發(fā)電機(jī)組： 4000個(gè)； 一個(gè)大型石油化工廠(chǎng)： 6000個(gè)； 一個(gè)大型鋼鐵

6、廠(chǎng)： 20000個(gè)。（2）在高新技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中更是離不開(kāi)測(cè)量p 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，奪取技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)到樣機(jī)試飛，中間要進(jìn)行成百上千次試驗(yàn)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的地面試車(chē)臺(tái)就是一套完整的綜合測(cè)量系統(tǒng)。p 航天飛行中需要檢測(cè)的參數(shù)有：飛行參數(shù)、導(dǎo)航參數(shù)、運(yùn)載火箭、發(fā)動(dòng)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(lèi)5000多個(gè)參數(shù)。1.測(cè)試技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品中，提高了產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品中，提高了產(chǎn)品的自動(dòng)化程度及其功能，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益?；潭燃捌涔δ?，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(guò)應(yīng)用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，有利工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益（自（自動(dòng)控制系統(tǒng)中）動(dòng)控制系統(tǒng)中）；3.采用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量及分析產(chǎn)品性采用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量及分析產(chǎn)品性能，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)能，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)代化方法；時(shí)控制，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)代化方法；4.國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的任何一個(gè)部門(mén)在使用微型計(jì)算機(jī)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的任何一個(gè)部門(mén)在使用微型計(jì)算機(jī)正確及時(shí)地處理獲

8、得的各種信息，信息的轉(zhuǎn)換正確及時(shí)地處理獲得的各種信息，信息的轉(zhuǎn)換必須由檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)完成；必須由檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)完成；5.沒(méi)有測(cè)試技術(shù)就不可能有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)報(bào)警沒(méi)有測(cè)試技術(shù)就不可能有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)診斷系統(tǒng)，就不能組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，和自動(dòng)診斷系統(tǒng)，就不能組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，就不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量和自動(dòng)管理。就不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量和自動(dòng)管理。 發(fā)現(xiàn)與各種信息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)表現(xiàn)形式，發(fā)現(xiàn)與各種信息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)表現(xiàn)形式，以及信息、信號(hào)之間的定性、定量關(guān)系，以及信息、信號(hào)之間的定性、定量關(guān)系，以開(kāi)辟新的測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域；以開(kāi)辟新的測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域； 在不同環(huán)境下尋求最佳的信號(hào)拾取、變換、在不同環(huán)境下尋求最佳的信號(hào)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(cè)試技術(shù)的基本內(nèi)容 信號(hào)的拾取信號(hào)的拾取信號(hào)的拾取是指通過(guò)使用有效傳感器把真實(shí)世界的物信號(hào)的拾取是指通過(guò)使用有效傳感器把真實(shí)世界的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以處理的信號(hào)（電信號(hào)）。理信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以處理的信號(hào)（電信號(hào)）。 信號(hào)的變換信號(hào)的變換不同特征的信號(hào)與真實(shí)世界的物理信號(hào)通過(guò)傳感器進(jìn)不同特征的信號(hào)與真實(shí)世界的物理信號(hào)通過(guò)傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。行轉(zhuǎn)換。傳感器檢測(cè)出的微弱信號(hào)經(jīng)中間轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)放大傳感器檢測(cè)出的微弱信號(hào)經(jīng)中間轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)放大處理后，必須經(jīng)過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)裝置傳輸?shù)叫盘?hào)分析處理中處理后，

10、必須經(jīng)過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)裝置傳輸?shù)叫盘?hào)分析處理中心進(jìn)行分析；或用示波器或記錄儀將信號(hào)顯示或記錄下來(lái)。心進(jìn)行分析；或用示波器或記錄儀將信號(hào)顯示或記錄下來(lái)。信號(hào)處理是指人們把已經(jīng)獲得到的信號(hào)進(jìn)行加工、運(yùn)信號(hào)處理是指人們把已經(jīng)獲得到的信號(hào)進(jìn)行加工、運(yùn)算、分析或綜合，以便進(jìn)行預(yù)報(bào)、報(bào)警、檢測(cè)、計(jì)量、保算、分析或綜合，以便進(jìn)行預(yù)報(bào)、報(bào)警、檢測(cè)、計(jì)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(hào)分析是指將復(fù)雜信號(hào)分解為若干簡(jiǎn)單分量之和并信號(hào)分析是指將復(fù)雜信號(hào)分解為若干簡(jiǎn)單分量之和并從這些分量的組成情況去考察信號(hào)的特性，是信號(hào)傳輸與從這些分量的組成情況去考察信號(hào)的特性，是信號(hào)傳輸與處理的基礎(chǔ)，最常

11、見(jiàn)的方法是信號(hào)的頻譜分析。處理的基礎(chǔ)，最常見(jiàn)的方法是信號(hào)的頻譜分析。 1 直接測(cè)量和間接測(cè)量 直接測(cè)量用已標(biāo)定的儀器，直接地測(cè)量出某一待測(cè)未知量的量值。例： 天平測(cè)物體質(zhì)量天平測(cè)物體質(zhì)量 用米尺測(cè)量物體長(zhǎng)度用米尺測(cè)量物體長(zhǎng)度 測(cè)量導(dǎo)體的電阻測(cè)量導(dǎo)體的電阻 間接測(cè)量對(duì)與未知待測(cè)量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x(或n個(gè)變量)進(jìn)行直接測(cè)量，然后再通過(guò)函數(shù)y=f(x)或y=f(x1,x2,xn)，計(jì)算出待測(cè)量y。例：水銀溫度計(jì)測(cè)體溫水銀溫度計(jì)測(cè)體溫 彈簧測(cè)物體的重量彈簧測(cè)物體的重量。1.3 1.3 測(cè)試方法的分類(lèi)非接觸式測(cè)量避免了對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響。2 接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量 靜態(tài)測(cè)量：對(duì)不隨時(shí)間變化的

12、（靜止的）或隨時(shí)間變化非常緩慢以至于可以忽略的被測(cè)量進(jìn)行的測(cè)量。 動(dòng)態(tài)測(cè)量：對(duì)隨時(shí)間變化的被測(cè)量進(jìn)行的測(cè)量，需確定被測(cè)量的瞬時(shí)值及其隨時(shí)間變化的規(guī)律。3 靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量工程中大多數(shù)被測(cè)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(cè)試工作的方便，往往需要把被測(cè)試的機(jī)械量信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他形式的信號(hào)來(lái)處理。根據(jù)被測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式，又可以把測(cè)試分成機(jī)械測(cè)量法、光測(cè)量法、氣測(cè)量法、液測(cè)量法和電測(cè)量法等。 非電量電測(cè)：把被測(cè)的非電量，通過(guò)傳感器變換成電信號(hào)再進(jìn)行傳輸、處理等。 鋼板厚度的機(jī)械測(cè)量法 表面粗糙度的光測(cè)量法 4 非電量電測(cè)法 1.4 1.4 現(xiàn)代測(cè)試系

13、統(tǒng)的基本構(gòu)成現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的基本構(gòu)成非電量電測(cè)法的測(cè)試系統(tǒng)框圖非電量電測(cè)法的測(cè)試系統(tǒng)框圖 被測(cè)被測(cè)對(duì)象對(duì)象觀(guān)察觀(guān)察者者激勵(lì)激勵(lì)裝置裝置標(biāo)標(biāo)定定裝裝置置測(cè)量測(cè)量裝置裝置傳傳感感器器物理量物理量信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)理理電量電量信信號(hào)號(hào)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(cè)量（非電量）的變化并將其感受被測(cè)量（非電量）的變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。傳感器是拾取信?hào)的裝置，在轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。傳感器是拾取信?hào)的裝置，在非電量電測(cè)系統(tǒng)中占有重要位置，它獲得信非電量電測(cè)系統(tǒng)中占有重要位置，它獲得信號(hào)的正確與否直接影響到測(cè)量系統(tǒng)最終輸出號(hào)的正確與否直接影響到測(cè)量系統(tǒng)最終輸出結(jié)

14、果的精度以及測(cè)量結(jié)果的正確與否。結(jié)果的精度以及測(cè)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(hào)調(diào)節(jié)器：信號(hào)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(hào)，出變成后接儀器所需的電壓或電流信號(hào)，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(duì)信號(hào)進(jìn)行記錄、顯示等。對(duì)信號(hào)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(kāi)發(fā)出的新型傳感器應(yīng)開(kāi)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(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向測(cè)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(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)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(xiàn)數(shù)字溫度總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器傳感器1.5.2 1.5.2 計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展 1 計(jì)算機(jī)測(cè)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(kāi)發(fā)儀器子系統(tǒng)1nGPIB接口卡計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)單臺(tái)儀器n14（最多）傳感器1信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡計(jì)算機(jī)顯示被測(cè)量X1傳感器2信號(hào)調(diào)理被測(cè)量X2傳感器n信號(hào)調(diào)理被測(cè)量Xn被測(cè)量X電氣參量非電氣測(cè)量獲取信號(hào)信號(hào)變換預(yù)濾波A/D轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換信號(hào)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(jì)算機(jī)軟件用計(jì)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(diǎn)點(diǎn)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(cè)試分析微機(jī)全數(shù)字化測(cè)試分析微機(jī)卡泰微機(jī)卡泰1.6 課程的內(nèi)容安排測(cè)試的四個(gè)單元：工程參量測(cè)量技術(shù)（2-3章）信號(hào)獲取與處理分析（4-7章）測(cè)試系統(tǒng)(8-9章)及測(cè)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