现代测试技术1 绪论

《现代测试技术》1绪论掌握测试技术的基本概念及其研究内容了解测试技术的工程意义和发展动态掌握测试系统的组成本章的学习要求：§1.0测试的基本概念1.0.1测量、计量与测试

测量：以确定被测对象属性和量值为目的的全部操作。

测量的过程或行为就是进行一个被测量与一个预定标准之间的定量的比较，从而获得被测对象的数值结果。被测量表示被观察和被量化的特定物理参数，这个物理参数称为测量过程的输入量。为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测量器具。计量：实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量的三个特征：统一性、准确性和法制性。计量内容包括：单位的统一、基准和标准的建立、量值传递、计量监督管理、测量方法及其手段的研究等。测试：意义更为广泛的测量——具有试验性质的测量。测量：-----

试验：对被研究的对象或系统进行实验性研究的过程。通常是将被研究对象或系统置于某种特定的或人为构建的环境条件下，通过实验数据来探讨被研究对象的性能的过程。测试过程是借助专门设备，通过合适的实验和必要的数据处理，从研究对象中获得有关信息的认识过程。

测量和试验在工程实践中无处不在。测试技术是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法定义描述信息事物运动的状态和方式。不是物质，不具有能量，却是物质所固有的，是其客观存在或运动状态的特征。但信息的传输却依靠物质和能量。信号信息传输的载体具有能量，是某种具体的物理量。信号的变化则反映了所携带的信息的变化。1.0.2信息与信号信号与信息的关系

交通信号灯信息信号信息的载体是光信号红灯亮黄灯亮绿灯亮停止通行注意结论：信息蕴涵于信号之中。测试工作始终都需要与信号打交道，包括信号的获取（测量）、信号的调理和信号的分析等。1.1测试技术的工程意义

1.1.1测试是人类认识客观世界的手段之一日常生活中处处离不开测试科学的进步和发展离不开测试，离开测试就不会有真正的科学。

没有望远镜就没有天文学，没有显微镜就没有细胞学，没有指南针就没有航海事业1.1.2测试是科学研究的基本方法（1）物理学、化学、生物学、医学、天文学是建立在实验基础上的科学；对宇宙微弱辐射信号的测试对能量转移的测试对人体基因的测定和人体血液定量分析对蛋白质的反应测试对细胞结构的测试发现新天体发现新粒子判明病变的根源了解胚胎的生长情况判断肌体是否发生疾病（2）电子信息科学给人类社会和国民经济带来巨大的、广泛的、深刻的影响；

现代信息科学技术的三大支柱：测试技术——信息获取；通信技术——信息传输；计算机技术——信息处理。没有测量就没有科学，测量是科学的基础；没有科学的进步也没有测试的发展!1.1.3测试是工程技术领域中的一项重要技术（1）生产发展离不开测试农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中处处离不开测试一辆汽车内配备的监测点：50—100个；一架飞机中：3000个；一台大型发电机组：4000个；一个大型石油化工厂：6000个；一个大型钢铁厂：20000个。（2）在高新技术和国防现代化建设中更是离不开测量现代战争中，夺取技术优势已经成为军事战略的根本目标。主要目标是全球监视与通讯和精确打击固定和瞬变目标。火箭发动机从设计到样机试飞，中间要进行成百上千次试验，火箭发动机的地面试车台就是一套完整的综合测量系统。航天飞行中需要检测的参数有：飞行参数、导航参数、运载火箭、发动机参数、座舱环境参数、航天员生理参数、飞行器结构参数等7大类5000多个参数。1.1.4工程意义小结测试技术应用于产品中，提高了产品的自动化程度及其功能，从而提高了经济效益。如机电一体化产品就是明显的例子(如冰箱、洗衣机等)；2.工业生产中，通过应用自动检测系统，有利于提高劳动生产率，从而提高经济效益（自动控制系统中）；采用自动检测系统进行实时测量及分析产品性能，采用自动控制系统对产品加工过程进行实时控制，是提高产品质量的现代化方法；国民经济中的任何一个部门在使用微型计算机正确及时地处理获得的各种信息，信息的转换必须由检测系统来完成；没有测试技术就不可能有自动保护、自动报警和自动诊断系统，就不能组成自动控制系统，就不能实现自动计量和自动管理。发现与各种信息相对应的信号表现形式，以及信息、信号之间的定性、定量关系，以开辟新的测试技术领域；在不同环境下寻求最佳的信号拾取、变换、处理、存贮、传输、指示、记录等方法、手段与设备。1.2现代测试技术的基本内容1.2.1信号的拾取与变换信号的拾取 信号的拾取是指通过使用有效传感器把真实世界的物理信号转换为可以处理的信号（电信号）。信号的变换 不同特征的信号与真实世界的物理信号通过传感器进行转换。

传感器检测出的微弱信号经中间转换电路将信号放大处理后，必须经过有线或无线装置传输到信号分析处理中心进行分析；或用示波器或记录仪将信号显示或记录下来。1.2.2信号传输与记录

信号处理是指人们把已经获得到的信号进行加工、运算、分析或综合，以便进行预报、报警、检测、计量、保护、控制、调度和管理等等。1.2.3信号的处理与显示

信号分析是指将复杂信号分解为若干简单分量之和并从这些分量的组成情况去考察信号的特性，是信号传输与处理的基础，最常见的方法是信号的频谱分析。1.2.4信号分析1直接测量和间接测量直接测量——用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。例：

⊙天平测物体质量

⊙用米尺测量物体长度

⊙测量导体的电阻间接测量——对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量，然后再通过函数y=f(x)或y=f(x1,x2,…,xn)，计算出待测量y。例： ⊙水银温度计测体温⊙弹簧测物体的重量。1.3测试方法的分类非接触式测量——避免了对被测对象的影响。2接触式测量和非接触式测量

静态测量：对不随时间变化的（静止的）或随时间变化非常缓慢以至于可以忽略的被测量进行的测量。动态测量：对随时间变化的被测量进行的测量，需确定被测量的瞬时值及其随时间变化的规律。3静态测量和动态测量

工程中大多数被测量为非电量。如位移、速度、加速度、外力、重量、力矩、功率、压力、流量、温度等。为了测试工作的方便，往往需要把被测试的机械量信号转换成其他形式的信号来处理。根据被测信号的转换方式，又可以把测试分成机械测量法、光测量法、气测量法、液测量法和电测量法等。非电量电测：把被测的非电量，通过传感器变换成电信号再进行传输、处理等。

钢板厚度的机械测量法

表面粗糙度的光测量法

4非电量电测法1.4现代测试系统的基本构成非电量电测法的测试系统框图

被测对象观察者激励装置标定装置测量装置传感器物理量信号调理电量信号处理电量显示记录电量/数字量反馈控制各部分的作用：传感器：感受被测量（非电量）的变化并将其转变为电量。传感器是拾取信号的装置，在非电量电测系统中占有重要位置，它获得信号的正确与否直接影响到测量系统最终输出结果的精度以及测量结果的正确与否。传感器随物理量及变换原理的不同而不同。信号调节器：把传感器或系统中前一环节的输出变成后接仪器所需的电压或电流信号，其组成及功能取决于传感器及后继电路仪器。记录显示仪器：对信号进行记录、显示等。1)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量1.5测试技术的发展方向1.5.1传感器技术的发展2)传感器+嵌入式计算机集成化，智能化的传感器振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器1.5.2计算机测试技术的发展1计算机测试系统硬件的发展(a)基本型(b)闭环控制型(c)标准接口型2虚拟仪器开发仪器子系统1…nGPIB接口卡计算机数据总线单台仪器n＝14（最多）传感器1信号调理数据采集卡计算机显示被测量X1传感器2信号调理被测量X2传感器n信号调理被测量Xn被测量X电气参量非电气测量获取信号信号变换预滤波A/D转换多路转换信号分析、处理用PC机＋仪器板卡代替传统仪器用计算机软件代替硬件分析电路优点我们的工作1.5.3微机全数字化测试分析——微机卡泰1.6课程的内容安排测试的四个单元：工程参量测量技术（2-3