计算机测试技术(1)

1、编辑ppt测试技术测试技术 计算机测试技术计算机测试技术(5)第八章第八章编辑ppt内容内容 n概述概述n数据采集技术数据采集技术n智能仪表系统智能仪表系统n虚拟仪器虚拟仪器编辑ppt1 1、概述概述 定义：计算机测试技术定义：计算机测试技术n以计算机为核心、完成测试任务的技术以计算机为核心、完成测试任务的技术n基于计算机的测试：测量、分析与处理基于计算机的测试：测量、分析与处理n核心：处理器、编程核心：处理器、编程 利用计算机的可编程快利用计算机的可编程快速处理和大容量数据管速处理和大容量数据管理功能理功能 适用：测点多、数据量适用：测点多、数据量大、监测任务重、分析大、监测任务重、分析要求

2、高（在线、远程、要求高（在线、远程、诊断、推理）诊断、推理）编辑ppt1 1、概述概述 组成组成n结构结构 传传感感器器 信信号号调调理理 数数据据采采集集 计计算算机机 软软件件 对对 象象 编辑ppt组成组成n硬件硬件o信号调理：隔离、放大、滤波信号调理：隔离、放大、滤波o数据采集：采集板数据采集：采集板/ /卡卡/ /器器 模拟开关、采样保持、模拟开关、采样保持、ADAD转换转换o计算机：计算机：PCPC、IPCIPC、CPCICPCI、VXIVXI1 1、概述、概述 传传感感器器 信信号号调调理理 数数据据采采集集 计计算算机机 软软件件 对对 象象 编辑ppt组成组成 n软件软件o采

3、集采集/监测软件监测软件o分析软件分析软件o数据库管理软件数据库管理软件 特点特点o成本优势：成本优势：PCPC资源资源o功能优势：数据处理量大、快速，分析手段丰富、灵活功能优势：数据处理量大、快速，分析手段丰富、灵活o发展优势：具有通用性和发展前景发展优势：具有通用性和发展前景1 1、概述、概述 编辑ppt典型框图典型框图放大器DC/DC模拟开关 FIFO缓存A/D采保 通道逻辑 定时计数 数据缓冲 地址逻辑 控制、状态逻辑 晶振计算机计算机/软件软件信信号号调调理理ch1ch2ch3ch32传传感感器器组组数据采集时序控制时序控制硬件硬件采样间隔采样间隔/频率；通道切换频率；通道切换S/H

4、、A/D控制；触发控制；触发参数设定参数设定软件软件通道数；采样间隔通道数；采样间隔/频率频率采样长度采样长度N；采集方式；采集方式数据读取数据读取编程编程1 1、概述、概述 编辑ppt2 2、数据采集技术、数据采集技术 模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理p模拟信号的数字化模拟信号的数字化 ：将连续模拟信号转换为离散数字信号的过程将连续模拟信号转换为离散数字信号的过程 L-1 L-2 L-3 2 1 0 -1 -2 -L+2 -L+1 -L 量化阶q x(t) t 采样间隔t 0t 2t 3t 4t nt 连续无限长度连续无限长度离散有限点数离散有限点数编辑ppt2 2、数据采集技术、数

5、据采集技术 模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理F采样：采样：将模拟信号按一定的将模拟信号按一定的时间间隔时间间隔逐点取其瞬时值逐点取其瞬时值采样采样:基本问题：基本问题：采样间隔采样间隔/频率、采样长度频率、采样长度qtn.t)(. )()(0txktnxNk编辑ppt2 2、数据采集技术、数据采集技术 模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理F采样采样 x(t)(t-k)t t 2t3t 4t nt时间时间采样间隔采样间隔t时间序列时间序列t2t编辑ppt2 2、数据采集技术、数据采集技术 模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理F量化量化 L-1 L-2 L-3 2 1 0 -1 -

6、2 -L+2 -L+1 -L 量化阶q x(t) t 采样间隔t t 2t 3t 4t nt 幅值幅值|x(t)|M量程量程-M，M均分为均分为2L区间区间量化阶量化阶q=M/L如如M5V，L211则则q2.44mV编辑ppt2 2、数据采集技术、数据采集技术 模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理F量化：结果取决：量化：结果取决：q、t L-1 L-2 L-3 2 1 0 -1 -2 -L+2 -L+1 -L 量化阶q x(t) t 采样间隔t t 2t 3t 4t nt 量化序列量化序列0 (L-2).q(L-2).q(L-4).q2.q q3.q(L-4).q q-(L-3).q-(L

7、-3).q-2.q-4q-2.q0 1.t2.t3.t4.t.n. t编辑ppt模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理F编码：编码：二进制编码二进制编码a1 最高有效位最高有效位MSB，取值，取值0、1an 最低有效位最低有效位LSB ，取值，取值0、1n A/D转换器有效输出数字量的位数转换器有效输出数字量的位数1212222nnDaaa 11111111bLSBMSB2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑ppt模拟信号的数字化处理模拟信号的数字化处理p采样定理及频率混淆采样定理及频率混淆F采样定理采样定理 解决原始信号解决原始信号不失真采集不失真采集的采样频率或采样间隔选择问题的采样频

8、率或采样间隔选择问题几个重要采集参数几个重要采集参数样本：采集到的一段时域信号样本：采集到的一段时域信号 样本长度样本长度 T=N. t，其中，其中N为采样点数（长度）、为采样点数（长度）、 t为采样间隔为采样间隔最高分析频率最高分析频率fx：模拟信号中所要分析的最高分量的频率：模拟信号中所要分析的最高分量的频率被采集的信号是频率为被采集的信号是频率为fr的单频，则的单频，则最高分析频率最高分析频率fx=fr一般情况下，被采集的往往是一复频信号，则由需要定一般情况下，被采集的往往是一复频信号，则由需要定fx由主频（对应系统工作转速）的几倍频来定由主频（对应系统工作转速）的几倍频来定fx，如，如

9、fx =5. fr采样频率采样频率fs ：模拟信号离散的速度模拟信号离散的速度每秒采集的点数每秒采集的点数 对于等间隔对于等间隔(t)采集，采集频率采集，采集频率fs为：为： fs= 1/ t . Hz2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF采样定理采样定理 为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中号采样频率必须至少为原信号中最高最高分析频率的分析频率的2 2倍倍每周期至少采集每周期至少采集2 2点点2 2、数据采集技术、数据采集技术 xsxxsffftff).53(.21.2一般情况：香农香农(Sha

10、nnon)(Shannon)采样定理采样定理 编辑pptF采样定理采样定理 2 2、数据采集技术、数据采集技术 原始信号原始信号 复原信号复原信号 原始信号原始信号 复原信号复原信号 采采 样样 脉脉 冲冲 序序 列列 离散过程离散过程 采采 样样 脉脉 冲冲 序序 列列 离散过程离散过程 每周期采集每周期采集 8 个点（最高分析频率的个点（最高分析频率的 8 倍）倍） 每周期采集每周期采集 2 个点（最高分析频率的个点（最高分析频率的 2 倍）倍） 编辑pptF频率混淆：频率混淆：fs2.fxfs2fx）正确采样正确采样 c、采集信号及谱图（、采集信号及谱图（fs2fx）欠采样欠采样频率混叠

11、频率混叠 fs fs fs fs fx fx 折叠频率折叠频率fd 折叠频率折叠频率 fd=fs/2大于大于fd的频率混叠的频率混叠 混叠无法事后消除混叠无法事后消除抗混叠措施抗混叠措施采集前滤去大于采集前滤去大于fd的的频率频率抗混叠滤波，抗混叠滤波，低通滤波频率为低通滤波频率为0 fd加大采样频率加大采样频率编辑ppt2 2、数据采集技术、数据采集技术 数据的采样与保持数据的采样与保持F数据采集数据采集具有具有N N个个采样采样区间区间为为t的量化过程的量化过程采集样本：采集样本：T=N.T=N.t t内的量化过程：内的量化过程： 启动转换启动转换转换结束转换结束输出数字量输出数字量A/D

12、转换开始到结束时转换开始到结束时保持保持输入信号的电平不变输入信号的电平不变保证转换精度保证转换精度保持电路保持电路A/D转换结束后又能转换结束后又能跟踪跟踪输入信号的变化输入信号的变化采样电路采样电路 采采样样间间隔隔t 采采样样间间隔隔t 编辑ppt数据的采样与保持数据的采样与保持F数据采集数据采集基本单元基本单元多路开关多路开关程控放大程控放大采样保持采样保持AD转换转换放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch322 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF多路开关多路开关功能功能 将将多路被测信号多路被测信号分别分别传送到所传送到所共用的共用的一路一路A/DA/D转

13、换器转换器进进行转换行转换以低成本实现多通道参数的采集以低成本实现多通道参数的采集类型类型多路开关（多到一）：多路开关（多到一）： 多路输入到一路多路输入到一路AD反多路开关（一到多）：一路反多路开关（一到多）：一路DA到多路输出到多路输出放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32 Ui Uo T T Uc +4V -20V R1 R2 on S1 译码驱动译码驱动 S2 S3 Sn 电平转换电平转换 Ui1 Ui2 Ui3 Ui16 Uo Uc1 Uc2 Uc3 Uc16 23 22 21 20 on Uc 低电平，T 导通 高电平，T 截止 S1 译码驱动译码驱动 S2

14、S3 Sn 电平转换电平转换 U01 U02 U03 U016 Ui Uc1 Uc2 Uc3 Uc16 23 22 21 20 2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF多路开关多路开关指标指标 导通与断开电阻导通与断开电阻 接通电阻为零接通电阻为零（实际（实际109 ）切换速度：一般切换速度：一般 1us1ns隔离：各通过之间的串扰，隔离：各通过之间的串扰，80db实例实例集成电路模拟开关集成电路模拟开关 ：结构紧凑、内部有译码器、使用方面、转：结构紧凑、内部有译码器、使用方面、转换速度快、寿命长等换速度快、寿命长等干簧继电器：结构简单、闭合接触电阻小而断开时阻抗高、不受干簧继电器：结

15、构简单、闭合接触电阻小而断开时阻抗高、不受环境温度影响等环境温度影响等放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch322 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF采样保持采样保持功能：对被测信号的功能：对被测信号的实时跟踪实时跟踪、精确取值精确取值 采集过程的两个基本状态：快采慢测采集过程的两个基本状态：快采慢测采集前的信号采集前的信号跟踪跟踪SS闭合闭合采集时刻的信号采集时刻的信号冻结冻结对固定信号进行量化对固定信号进行量化2 2、数据采集技术、数据采集技术 放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32 采采样样 保保持持 采采样样 保保持持 A/D A1 -

16、 - + + Vx 输输出出 CH S A2 - - + + Vc 编辑ppt2 2、数据采集技术、数据采集技术 F采样保持采样保持 t1 t2 t3 t4 采采样样间间隔隔t 量化阶q 模模拟拟信信号号 数数字字信信号号 S/H输输出出 采采样样保保持持 S/H 模模数数转转换换 A/D 时时刻刻 采采集集状状态态 t1 跟跟踪踪/采采样样期期S/H 闭闭合合 t2+t3 保保持持期期S/H 断断开开 t3 数数摸摸转转换换，输输出出数数字字信信号号 t4 下下一一采采样样周周期期 跟跟踪踪/采采样样期期S/H 闭闭合合 采采集集周周期期：t1+t2+t3 、受限于 S/H 编辑ppt H

17、S H S H (0.10.01)% THS TAC (0.10.01)% TAP F采样保持采样保持指标：指标：捕捉时间捕捉时间TAC跟踪跟踪 S输入值输入值 ，取决于，取决于CH孔径时间孔径时间TAP H开关断开开关断开断开速度断开速度保持保持建立建立时间时间THS 开关断开开关断开稳定稳定衰减率衰减率 H内内VC的下降速率，漏电，负载的下降速率，漏电，负载SH2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑ppt数数模换技术模换技术FA/DA/D转换器（简称转换器（简称ADCADC）定义：将模拟量转换为一定码制的数字量的器件或装置定义：将模拟量转换为一定码制的数字量的器件或装置分类：分类：跟踪比

18、较、跟踪比较、逐次比较逐次比较、并行比较、双积分、并行比较、双积分 t V D/A输输出出信信号号 D/A变变换换器器 A 时时钟钟 比比较较器器 输输入入 逻逻辑辑控控制制 输输出出信信号号寄寄存存 数数字字输输出出 反反转转触触发发 放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32 极性判断极性判断 误差控制误差控制2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptFA/DA/D转换器（简称转换器（简称ADCADC）并行比较并行比较8个电压等级：只用个电压等级：只用7级级7个比较器：输出个比较器：输出I1I73位编码数字量输出位编码数字量输出2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑

19、pptFADCADC性能参数性能参数AD位数位数：二进制或二进制或BCDBCD码的位数，如码的位数，如1212位、位、1616位、位、2424位位分辨力分辨力: : 最低有效位数最低有效位数LSBLSB，也称量化阶，也称量化阶 如：如：1212位位A/DA/D转换器、量程转换器、量程5V5V，则分辨率为：，则分辨率为： 量化误差量化误差：最大为：最大为1/2LSB1/2LSB，误差分布为均匀分布，误差分布为均匀分布转换时间转换时间：完成一次：完成一次A/DA/D转换的时间，倒数为转换速度转换的时间，倒数为转换速度/ /通过率通过率转换精度：转换精度：实际实际ADCADC与理想与理想ADC AD

20、C 量化值上的差值量化值上的差值满刻度范围：满刻度范围： ADCADC所允许输入电压范围，如所允许输入电压范围，如5V5V其他参数：其他参数：零点和增益温度系数、输入电阻零点和增益温度系数、输入电阻11150.00244( )22LMqV12eq 1cycstf 2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF示例示例采用采用铁铁康铜康铜热电偶进行温度测量，在热电偶进行温度测量，在0-450的温度范围的温度范围内输出的电压值是内输出的电压值是0-25mV，若要求设计的测量装置达到若要求设计的测量装置达到0.1 的测温分辨率，如何选的测温分辨率，如何选A/D转换器？转换器？分析分析 0-4500

21、-450的温度范围对应测量范围的温度范围对应测量范围0-25mV0-25mV，即，即M=25mVM=25mV 最小分辨率：分辨最小分辨率：分辨0.1 0.1 ，对应电压为，对应电压为q q5.5 5.5 V V解题解题 M=25000V、 q5.5 V， 所以，所以，A/D转换器的位数应该大于转换器的位数应该大于13位位16位位 q0.76 V1lg1132lg 2MqLMqL2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptFADCADC的选择的选择AD位数位数 位数：位数：12位、位、16位、位、24位位 精度：精度：0.5% 成本成本转换时间转换时间 实际采样间隔：采样定理、采集方式实际采样

22、间隔：采样定理、采集方式 成本成本2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptA/DA/D通道方案确定通道方案确定考虑问题：考虑问题：多个模拟信号多个模拟信号性质：快变、慢变；静态、动态性质：快变、慢变；静态、动态采集效率采集效率成本成本不同的采集要求不同的采集要求分别采集：分别采集：信号之间没有严格关系信号之间没有严格关系并行采集：并行采集：同步同步放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch322 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF无采保的无采保的A/DA/D通道通道直接转换直接转换应用：直流应用：直流/ /低频信号低频信号输入信号的输入信号的最大变化率最大变化率：

23、 t一定，允许输入信号变化速率的上限也就确定一定，允许输入信号变化速率的上限也就确定 变化大信号的则要求变化大信号的则要求t小小；直流信号则要求；直流信号则要求t大大m ax./sqdUfttqd示例：示例：M10V、n12、 t0.1s变化率小于变化率小于0.05V/s的输入信号，的输入信号，采集前可不用加采保采集前可不用加采保1m ax0.05/2ndUMVsdttt放大器DC/DCA/D输入Vi2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF带采保的带采保的A/DA/D通道通道应用：各种信号应用：各种信号输入信号的输入信号的最大变化率最大变化率： （取决于（取决于保持时间保持时间）采保采

24、保A/D A/D ADC ADCF带采保的带采保的A/DA/D通道通道多通道巡回采集、共享多通道巡回采集、共享A/DA/D通道通道每路信号的采样每路信号的采样间隔间隔ADCADC采样间隔采样间隔一次转换一次转换m a x/HqdtUd t放大器 FIFO缓存A/D采保ADC输入Vit放大器模拟开关 FIFO缓存A/D采保ch1ch2ch3ch32ADC112C HsxtffnttCHadc在前一个通道的信号处于保持阶段，就可以考虑通道的切换在前一个通道的信号处于保持阶段，就可以考虑通道的切换2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF带采保的带采保的A/DA/D通道通道多通道巡回采集多通道

25、巡回采集两个采样间隔之间关系两个采样间隔之间关系 等速采集、巡回切换等速采集、巡回切换n n通道通道采样间隔采样间隔tCHA D CC Htt.C HA D CC HA D CA D Cstntttnfnf问题：问题：1010个通道输入，每个通道采样间隔为个通道输入，每个通道采样间隔为100100微秒，做等间隔微秒，做等间隔巡回采集，则要求巡回采集，则要求ADCADC的采样间隔为多少的采样间隔为多少？2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF带同时采保的带同时采保的A/DA/D通道通道伪并行伪并行采集采集每个每个t中，所有通道的信号电平先同时采样保持，再巡回中，所有通道的信号电平先同时采

26、样保持，再巡回采集，从而保证所有通道采集，从而保证所有通道严格同时刻采集严格同时刻采集。 每一通道（信号）采样间隔：每一通道（信号）采样间隔：t；信号采样频率；信号采样频率1 /tADC (最小最小)采样间隔：采样间隔： t /n ；ADC 采样频率采样频率n/t ADCch1ch2ch3ch32放大器模拟开关 FIFO缓存A/D采保采样保持2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑pptF多通道并行多通道并行A/DA/D通道通道并行采集并行采集多块低速的多块低速的ADC芯片、严格同步采集芯片、严格同步采集独立的通道，各通道间具有较好的隔离度独立的通道，各通道间具有较好的隔离度性价比较高性价比较

27、高 ADC采样间隔就是信号采样间隔采样间隔就是信号采样间隔ADC 转换器转换器 ADC 转换器转换器 ADC 转换器转换器 ADC 转换器转换器 FIFO 缓存缓存 并行 A/D Ch1 Ch2 Ch3 Ch16 启 动 AD 数据总线 应用：应用：高速实时系统高速实时系统高频信号采集高频信号采集2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑ppt数据采集卡数据采集卡/ /器器F指标指标lA/DA/D位数位数（也可表示分辨率）（也可表示分辨率）: :位数越多，量化误差越小，分位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有辨力越高。常用有8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等位等l最高

28、采样频率最高采样频率：够重复进行数据转换的最高速度：够重复进行数据转换的最高速度，即每秒完每秒完成信号转换的最高次数，对应的为成信号转换的最高次数，对应的为A/DCA/DC最小采样间隔。一般最小采样间隔。一般可编程控制。如最高采样频率可编程控制。如最高采样频率333KHz333KHz，则，则A/DCA/DC最小采样间隔最小采样间隔为为3 s3 s，可在，可在3s-500ms3s-500ms之间可控之间可控 l量程（输入范围）量程（输入范围）：A/DA/D转换器所能转换模拟信号的电压范转换器所能转换模拟信号的电压范围。一般有围。一般有 5V5V、10 V10 Vl精度精度: :反映输出数码的实际

29、模拟输入电压与理想模拟输入电反映输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差，定义满量程下包含增益误差、偏移误差、非线性误压之差，定义满量程下包含增益误差、偏移误差、非线性误差，量化误差等在内的相对精度。如小于差，量化误差等在内的相对精度。如小于0.050.052 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑ppt数据采集卡数据采集卡/ /器器F指标指标 模入通道模入通道：能巡回或并行进行采集的输入通道数。对于巡回：能巡回或并行进行采集的输入通道数。对于巡回采集：采集：8 8、1616、3232；对于并行采集：；对于并行采集：2 2、4 4、8 8 输入阻抗输入阻抗: :反映隔离信号源的能力。一般

30、大于反映隔离信号源的能力。一般大于100M100M 程控增益：程控增益：1 1、2 2、4 4、8 8、1616倍等（选项）倍等（选项） 任意设定采样通道数任意设定采样通道数, , 可通道自动扫描采集可通道自动扫描采集 先进先出先进先出(FIFO)(FIFO)缓存缓存, , 可自动可自动数据块数据块采集采集 触发方式触发方式: : 定时器触发定时器触发, , 可外启动采集可外启动采集ch1ch2ch3ch32模拟开关振动慢变加速度2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑ppt数据采集卡数据采集卡/ /器器F产品产品。PC/PCIPC/PCI总线数据采集板总线数据采集板。PC/PCMCIAPC/

31、PCMCIA总线数据采集板总线数据采集板。USB USB 总线数据采集模块总线数据采集模块NI PCI-6221 16Bit, 250kS/s, 16通道通道2通道通道DA（833kS/s) NI USB-9215高速串行总线：高速串行总线：USB2.0USB2.0只要有只要有USBUSB口，即插即用口，即插即用总线供电总线供电采样速率可达采样速率可达500kHz/s500kHz/sNI PCMCIA-51022通道并行采集通道并行采集采样频率采样频率20MS/s带宽带宽15 MHz输入输入50 mV5 V2 2、数据采集技术、数据采集技术 编辑ppt 数据采集技术数据采集技术p模拟信号数字化

32、：连续模拟信号模拟信号数字化：连续模拟信号离散数字信号离散数字信号采样：采样间隔、采样长度采样：采样间隔、采样长度量化：取采样时间上的信号幅值量化：取采样时间上的信号幅值幅值量化幅值量化编码：二进制编码编码：二进制编码p采样频率及频率混叠采样频率及频率混叠采样定理：样本、最高分析频率、采样频率采样定理：样本、最高分析频率、采样频率频率混淆：折叠频率、抗混叠措施（抗混叠滤波器、提高采样频率）频率混淆：折叠频率、抗混叠措施（抗混叠滤波器、提高采样频率）p数据采集数据采集采样保持：动态跟踪采样保持：动态跟踪采集；固定取值采集；固定取值保持；保持；4 4个指标个指标ADAD转换：将模拟量转换为一定码制

33、的数字量转换：将模拟量转换为一定码制的数字量分类（分类（跟踪、跟踪、逐次、并行比较，双积分）逐次、并行比较，双积分）基本指标：位数、分辨率、转换时间、精度基本指标：位数、分辨率、转换时间、精度pAD通道方案通道方案无采保的无采保的A/DA/D通道：输入信号的最大变化率通道：输入信号的最大变化率带采保的带采保的A/DA/D通道：多通道巡回采集、并行采集通道：多通道巡回采集、并行采集ADAD采集间隔、每通道采样频率、采集卡指标采集间隔、每通道采样频率、采集卡指标回顾回顾)(. )()(0txktnxNk 采采样样间间隔隔t 采采样样间间隔隔t m a x./sqd Ufttqd编辑ppt定义定义含

34、有微计算机或微处理器的测量仪器含有微计算机或微处理器的测量仪器具有采集、存储、分析、自动化操作等功能具有采集、存储、分析、自动化操作等功能 精度、速度、测试能力和工作效率精度、速度、测试能力和工作效率3 3、智能仪器系统、智能仪器系统数字式测温计数字式测温计数字式超声波探伤仪数字式超声波探伤仪 振动采集分析仪振动采集分析仪 模拟式万用表模拟式万用表 编辑ppt基本特征基本特征测量过程软件控制测量过程软件控制测量过程测量过程量程切换量程切换极性判别极性判别调零放大调零放大过载保护过载保护结果输出结果输出状态检测状态检测实现实现硬件实现：硬件实现：结构、体积、成本结构、体积、成本软件实现软件实现：

35、流程控制：流程控制转换、逻辑、驱动转换、逻辑、驱动自动化自动化 智能、灵活智能、灵活模拟式万用表模拟式万用表 数字式测温计数字式测温计3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt基本特征基本特征数据处理能力强数据处理能力强处理器的存储、运算能力处理器的存储、运算能力测量精度测量精度传统仪器传统仪器手工事后数据处理、方法有限手工事后数据处理、方法有限主观因素影响成分大主观因素影响成分大智能仪器智能仪器软件实现算法软件实现算法标准偏差、曲线拟合标准偏差、曲线拟合在线修正在线修正自动补偿自动补偿结果直接结果直接存储处理存储处理数据的存储、回放数据的存储、回放数据再处理数据再处理深加工、多用途深加工、

36、多用途数据采集和数据采集和振动分析振动分析 3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt基本特征基本特征友好的人机交互方式友好的人机交互方式键盘键盘方便方便 输入参数，实现柔性测量输入参数，实现柔性测量输入命令，选择不同功能输入命令，选择不同功能显示屏显示屏直观直观运行情况、工作状态、处理结果运行情况、工作状态、处理结果 定时测量、设限报警、自动打印定时测量、设限报警、自动打印标准化接口标准化接口通信接口通信接口GPIB、RS232C、RS485 等等+PC机机自动远程测量系统自动远程测量系统 多相功率分析仪多相功率分析仪3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt硬件结构硬件结构微型计算机系

37、统微型计算机系统实现仪器功能实现仪器功能信号输入单元信号输入单元信号调理信号调理A/D转换器转换器 信号输出单元信号输出单元时序控制器时序控制器数模转换器数模转换器功率放大功率放大人机交互设备人机交互设备输入键盘输入键盘输出显示输出显示通信接口通信接口3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt软件功能软件功能自检模块自检模块初始化模块初始化模块时钟模块时钟模块 监控模块监控模块人机交互模块人机交互模块 数据采集模块数据采集模块 数据处理模块数据处理模块 控制决策模块控制决策模块信号输出模块信号输出模块通信模块通信模块3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt自动测量功能自动测量功能体现智能

38、化，支持仪器稳定、可靠、高精度测量体现智能化，支持仪器稳定、可靠、高精度测量p量程自动切换量程自动切换基本功能基本功能衰减器衰减器+放大器放大器+程控程控根据输入信号的大小，合理确定衰减器的衰减系数和放大器根据输入信号的大小，合理确定衰减器的衰减系数和放大器的放大倍数，使的放大倍数，使A/D转换器得到尽可能大而又不超出其输入转换器得到尽可能大而又不超出其输入范围的信号范围的信号 3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt自动测量功能自动测量功能体现智能化，支持仪器稳定、可靠、高精度测量体现智能化，支持仪器稳定、可靠、高精度测量p量程自动切换量程自动切换基本功能基本功能衰减器衰减器+放大器放大

39、器+程控程控n衰减器衰减器K1控制切换前置衰减控制切换前置衰减K3控制切换放大器输出衰减控制切换放大器输出衰减n放大器放大器K2控制放大器倍数控制放大器倍数n接口及开关驱动接口及开关驱动编码：测量值和量程分档比较编码：测量值和量程分档比较 控制驱动控制驱动K A + + 驱驱 动动 电电 路路 k1 R k2 R k3 P1.2 P1.1 P1.0 R +Vcc Vo 9.9M 100K 100K 9K 1K K2 K3 Vi K1 A B C D E F 3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑pptp零位误差与增益误差校正零位误差与增益误差校正自校零自校零 输入短路，测量零位值输入短路，测量

40、零位值自校准自校准 输入接入基准电压，建立输入接入基准电压，建立误差校准模型误差校准模型Vx放大放大电路电路A/D转换转换主机主机电路电路Vc短路短路输入电压输入电压基准电压基准电压3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑pptp非线性校正非线性校正解决电路的非线性问题解决电路的非线性问题传统仪器传统仪器校正电路校正电路 输入信号特性输入信号特性 补偿电路特性补偿电路特性 输出信号特性输出信号特性智能仪器智能仪器a、插值法：、插值法：分段插值，多个灵敏度分段插值，多个灵敏度Sb、查表法：、查表法：特性曲线数值化特性曲线数值化c、曲线拟合：最小二乘法曲线拟合：最小二乘法 数表数表3 3、智能仪器系

41、统、智能仪器系统编辑pptp温度误差的补偿温度误差的补偿硬件补偿：线路复杂，成本高硬件补偿：线路复杂，成本高软件补偿软件补偿：灵活多变：灵活多变增加温度元件，测温增加温度元件，测温温度误差模型：理论温度误差模型：理论/ /实验获取实验获取校正方程和校正值校正方程和校正值3 3、智能仪器系统、智能仪器系统 特性曲线特性曲线 灵敏度：灵敏度： 输出电压输出电压 V 编辑pptp设计举例设计举例F目的目的/功能功能以单片机为核心设计计算机温度、压力实时采集监视系统以单片机为核心设计计算机温度、压力实时采集监视系统F性能指标性能指标F温度温度1测试范围：测试范围：0 C 120 C，超范围声光报警，超

42、范围声光报警1检测精度：检测精度：0.5 C F压力压力1测量范围：测量范围：0Pa3.92x105 Pa , 超范围声光报警超范围声光报警1检测精度：检测精度：1.96x103 Pa1显示：显示：9位位LED（显示测量值：温度显示测量值：温度41；压力；压力31）F检测速度：每分钟一次检测速度：每分钟一次3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑pptF设计设计 传感器传感器温度温度测试范围：测试范围：0 C 120 C、精度：、精度：0.5 C 热敏电阻热敏电阻变换变换/放大器：输出放大器：输出05V、对应满量程、对应满量程125 C压力压力测量范围：测量范围：03.92x105Pa 、精度：

43、、精度：1.96x103Pa电阻应变片电阻应变片桥路放大器：输出桥路放大器：输出05V、对应满量程、对应满量程4.90 x105Pa3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt A/D转换器转换器温度温度M125 C 、分辨率、分辨率q0.5 C ：压力压力M 4.90 x105Pa 、 1.96x103Pa ： 应选择应选择10位位A/D转换器，可以满足精度要求转换器，可以满足精度要求1lg192lg 2MqLMqL1lg192lg 2MqLMqL3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt A/D通道方案通道方案检测速度：每分钟一次检测速度：每分钟一次逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器：转换

44、器：10us100us温度、压力变化小温度、压力变化小不要保持电路不要保持电路8路模拟开关：切换速率要大于路模拟开关：切换速率要大于A/D转换速率转换速率 输出通道输出通道显示：选用显示：选用9位位LED、分段温度、压力、分段温度、压力报警输出：开关量报警输出：开关量共用一路声光报警共用一路声光报警 系统控制机系统控制机 单片机单片机8031：2个定时器个定时器长达长达1min的硬件定时的硬件定时 4KB ROM程序程序3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt 软件编程软件编程每每1分钟调用一次监测子程序分钟调用一次监测子程序监测子程序监测子程序8个通道均分个通道均分1分钟分钟依次完成依次

45、完成8通道的监测任务通道的监测任务每次监测具体内容：每次监测具体内容：选通模拟开关选通模拟开关AD转换转换中值滤波中值滤波工程变换工程变换超限检查超限检查报警报警/显示显示3 3、智能仪器系统、智能仪器系统编辑ppt3 3、智能仪器系统、智能仪器系统 系统结构系统结构输入、调理输入、调理输出显示输出显示控制、分析控制、分析量化量化编辑ppt测试领域面临的主要挑战：测试领域面临的主要挑战：成本增加、使用复杂成本增加、使用复杂o产品功能剧增，测试仪器不断扩增产品功能剧增，测试仪器不断扩增o不同阶段使用不同精度、不同功能的模拟仪器不同阶段使用不同精度、不同功能的模拟仪器o项目、产品转向，造成投资浪费

46、项目、产品转向，造成投资浪费o仪器互联和综合处理日益复杂仪器互联和综合处理日益复杂接口开发接口开发解决办法：开放、标准解决办法：开放、标准o硬件的标准化硬件的标准化资源共享资源共享o软件的模块化软件的模块化避免重复开发避免重复开发o系统的开放化系统的开放化仪器间的资源共享仪器间的资源共享o编程平台的图形化编程平台的图形化o硬件模块的即插即用化硬件模块的即插即用化4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑ppt用户定义功能用户定义功能 4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 传统仪器传统仪器厂商定义功能厂商定义功能虚拟仪器虚拟仪器用户定义功能用户定义功能Control PanelFlowPressure Alarm

47、ConditionsSTOPTemperature编辑ppt传统仪器传统仪器 o厂商定义仪器功能厂商定义仪器功能o关键是硬件关键是硬件o开发与维护开销高开发与维护开销高o技术更新周期长（技术更新周期长（5 51010年）年）o价格昂贵价格昂贵o封闭、固定封闭、固定o功能单一、互联有限功能单一、互联有限o独立设备独立设备4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑ppt虚拟仪器：虚拟仪器： Virtual Instrumentation 在开放架构基础上创建用户定义的测试系统在开放架构基础上创建用户定义的测试系统 o用户定义功能用户定义功能o关键是软件关键是软件软件即仪器软件即仪器o开发与维护费用低（软件）

48、开发与维护费用低（软件）o技术更新周期短（技术更新周期短（1 12 2年）年）o价格低、可复用与可重配置性强价格低、可复用与可重配置性强o开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展o与网络及其它周边设备方便互联与网络及其它周边设备方便互联o面向应用的仪器系统面向应用的仪器系统4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑ppt“虚拟虚拟” 含义含义o虚拟的虚拟的仪器面板仪器面板o由软件实现仪器的由软件实现仪器的测量功能测量功能（软件就是仪器）（软件就是仪器）4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 以软件代替硬件、以图形代替代码、以组态代替编程、以虚拟代替固定以软件代替硬件、以图形代替代

49、码、以组态代替编程、以虚拟代替固定编辑ppt二者比较二者比较4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器仪器定义仪器定义厂家厂家用户用户功能设定功能设定功能特定，与其它功能特定，与其它设备连接受到限制。设备连接受到限制。面向应用的系统结构，可方便地与网面向应用的系统结构，可方便地与网络设备、外设和其它设备连接。络设备、外设和其它设备连接。关键环节关键环节硬件硬件软件软件开放性开放性封闭式系统，功能封闭式系统，功能固定，不能改变。固定，不能改变。基于计算机技术的开放式系统，灵活基于计算机技术的开放式系统，灵活的软件功能模块。的软件功能模块。性能价格比性能价格比低低高，可重复使用。

50、高，可重复使用。技术更新速度技术更新速度慢（周期慢（周期510510年）年）快（周期快（周期1212年）年）开发维护开发维护开发维护费用高开发维护费用高软件结构，节省费用软件结构，节省费用编辑ppt组成组成4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 硬件（电子线路）硬件（电子线路）硬件（电子线路）硬件（电子线路）硬件硬件（显示器与旋钮）（显示器与旋钮）硬件（电子线路）硬件（电子线路）计算机软件（算法）计算机软件（算法）计算机硬件计算机硬件（显示器与虚拟旋钮）（显示器与虚拟旋钮）传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器计算机系统资源计算机系统资源结果表达结果表达与仪器控制与仪器控制数据采集数据采集信号处理信号处理功能功

51、能编辑ppt4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 计算机系统资源计算机系统资源标准总线标准总线I/O模块模块编辑ppt仪器硬件：仪器硬件：仅仅是为了解决信号的输入输出仅仅是为了解决信号的输入输出 p标准总线标准总线：协调各个模块测试工作，如：协调各个模块测试工作，如GBIP、VXIp模块化模块化I/O硬件硬件数据采集数据采集信号条理信号条理声音和振动测量声音和振动测量运动控制运动控制分布式分布式I/OI/O4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑pptpDAQ（Data Acquisition）数据采集板数据采集板定时与控制能力：无定时与控制能力：无有大量支持板卡有大量支持板卡 直接利用标准的计算机总线、接口，

52、没有仪器所需的总线性能直接利用标准的计算机总线、接口，没有仪器所需的总线性能4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑pptpSCXI信号调理板、信号调理板、提高测试系统的质量提高测试系统的质量 Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation放大放大小信号、热电偶（小信号、热电偶（v v），提高系统信噪比），提高系统信噪比滤波滤波动态信号，消除噪声、抗混叠动态信号，消除噪声、抗混叠模拟模拟/ /数字滤波器数字滤波器隔离隔离避免接地不当（造成测量不准、损坏避免接地不当（造成测量不准、损坏DAQDAQ板卡及板卡及VIVI统）统）o光隔离（光隔离（opti

53、caloptical）o磁隔离（磁隔离（magneticmagnetic）o电容隔离（电容隔离（capacitivecapacitive）o差分输入、单点接地、专用隔离器件差分输入、单点接地、专用隔离器件4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 信号调理栈信号调理栈o便携、低成本便携、低成本o多路调理多路调理:20:20o适合各种类型信号适合各种类型信号o每路调理可选每路调理可选o输出可直接连输出可直接连DAQDAQ编辑pptpGPIB（General Purpose Interface Bus） 通用接口总线（通用接口总线（IEEE488IEEE488仪器控制标准仪器控制标准）多台协调工作 一种用于实验室

54、、工业的数据采集和控制的标准总线一种用于实验室、工业的数据采集和控制的标准总线8 8位的位的并行并行协议、传输率低于协议、传输率低于1 Mbytes/s1 Mbytes/s标准电缆标准电缆最多控制最多控制1414台仪器台仪器有大量支持其标准的仪器有大量支持其标准的仪器通过计算机，对传统仪器功能的扩展和延伸通过计算机，对传统仪器功能的扩展和延伸 4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 GPIB 电缆电缆编辑pptpVXI（VMEbus eXtensiona for InstrumentationVMEbus eXtensiona for Instrumentation ） 计算机控制的模块化自动仪器系统计算

55、机控制的模块化自动仪器系统oVMEVersatile BachVMEVersatile Bachplane Busplane Bus、万用背板总线万用背板总线 ( (可靠性极高，散热性能好，易于安装和移动可靠性极高，散热性能好，易于安装和移动) )o吞吐率：吞吐率：40MB/s40MB/s（VME80MB/sVME80MB/s）o8TTL8TTL触发线、触发线、8ECL8ECL逻辑信号逻辑信号o即插即用即插即用o有大量支持其标准的产品有大量支持其标准的产品政府、军事、研究政府、军事、研究o第一次构建尚需较大的投资强度第一次构建尚需较大的投资强度4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑pptpVXI（V

56、MEbus eXtensiona for InstrumentationVMEbus eXtensiona for Instrumentation ） 计算机控制的模块化自动仪器系统计算机控制的模块化自动仪器系统4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 主机箱主机箱背板总线背板总线oVME总线总线o时钟和同步总线时钟和同步总线o模块识别总线模块识别总线o触发总线触发总线o局部总线局部总线机械规范机械规范oEurocardo主动冷却主动冷却嵌入模块嵌入模块o0槽控制器槽控制器oA/D模块模块oD/A模块模块oI/O模块模块o.编辑pptpPXI（PCI eXtensions for Instrumentati

57、onPCI eXtensions for Instrumentation） 4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 bus编辑pptpPXI（PCI eXtensions for InstrumentationPCI eXtensions for Instrumentation） 4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 主机箱主机箱接口连接器接口连接器:2组组o32-bit PCIo64-bit PXI特性特性机械规范机械规范主动冷却主动冷却嵌入模块嵌入模块o系统槽模块系统槽模块oA/D模块模块oD/A模块模块oI/O模块模块o.总线上增加信号（总线上增加信号（PXI特性）特性）参考时钟参考时钟模块同步模块同步触发总

58、线触发总线8 8根（根（TTLTTL）事件、星形触发线事件、星形触发线触发精确控制触发精确控制局部总线局部总线1313根根高速高速TTLTTL或或0 024V24V模拟信号的相邻模块内部传递模拟信号的相邻模块内部传递编辑pptpLXI（LAN eXtension for Instrumentation LAN eXtension for Instrumentation ）网络变迁：网络变迁：以太网接口：一方面在不断发展，以太网接口：一方面在不断发展， 10/100/100010/100/1000 ，另一方面是，另一方面是100%100%向后兼容向后兼容 4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑pptp

59、LXI（LAN eXtension for Instrumentation LAN eXtension for Instrumentation ）通过网络，实现测量模块的协调工作通过网络，实现测量模块的协调工作网络接口的价值：网络接口的价值：用户已认可，互联和共享用户已认可，互联和共享定时同步：定时同步：IEEE 1588 IEEE 1588 引入引入 LANLAN，纳秒级定时能力，纳秒级定时能力LXI仪器等级仪器等级 等级等级C C：具有通过：具有通过LANLAN的编程控制能力，可以与其他厂家的编程控制能力，可以与其他厂家的仪器很好地协同工作的仪器很好地协同工作等级等级B B：拥有等级：拥有

60、等级C C的一切能力，并且加上了的一切能力，并且加上了IEEE1588IEEE1588网网络实时同步标准络实时同步标准等级等级A A：拥有等级：拥有等级B B的一切能力，同时具备硬件触发能力的一切能力，同时具备硬件触发能力4 4、虚拟仪器、虚拟仪器 编辑pptpLXI（LAN eXtension for Instrumentation LAN eXtension for Instrumentation ）宽度为宽度为482.6mm（19英寸）的标准机箱英寸）的标准机箱高度分高度分1U、2U、3U和和4U（单位（单位U44.45mm）LXI器件的最小单元是器件的最小单元是1U半宽度半宽度机箱机箱