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1、 第1章 概 论测控工程与仪器系测控工程与仪器系 贺华贺华1 第1章 概 论老师联系方式电话：邮箱: 西安电子科技大学机电工程学院2 第1章 概 论 课程背景老师的几个小心愿:3 第1章 概 论教育的教育的终极目的终极目的是什么是什么？ 课程背景4 第1章 概 论教育的终极目的教育的终极目的是让学生未来活得是让学生未来活得尊严而幸福尊严而幸福 课程背景5 第1章 概 论老师的几个小心愿:这种尊严而幸福的生活包括健康的身心、健全的人格、这种尊严而幸福的生活包括健康的身心、健全的人格、积极的人生态度、自我实现的自觉自信和深度的幸福感积极的人生态度、自我实现的自觉自信和深度的幸福感等等。等等。这些来
2、源于家庭和学校的教育，又来源于各个个体不同这些来源于家庭和学校的教育，又来源于各个个体不同的自我实现。的自我实现。学校是培养人的，培养人格健全，能自食其力的人，并学校是培养人的，培养人格健全，能自食其力的人，并不是成名成家者的摇篮。不是成名成家者的摇篮。 课程背景6 第1章 概 论老师的几个小心愿:教育的意义不在于传授，而在于教育的意义不在于传授，而在于唤醒和鼓舞！唤醒和鼓舞！ 德国著名的教育家德国著名的教育家 第斯多惠第斯多惠 课程背景7 第1章 概 论老师的几个小心愿:教育的意义不在于传授，而在于唤醒和鼓舞！教育的意义不在于传授，而在于唤醒和鼓舞！ 德国著名的教育家第斯多惠德国著名的教育家
3、第斯多惠8 第1章 概 论 西安电子科技大学机电工程学院测控工程与仪器系测控工程与仪器系 贺华贺华9 第1章 概 论自动测试技术课程的教学目标与任务: 测控技术与仪器专业技术类课程中的专业必修课，是测控技术与仪器专业技术类课程中的专业必修课，是为了提高学生在计算机测控系统设计和智能化仪器仪表为了提高学生在计算机测控系统设计和智能化仪器仪表设计方面的能力而设置的。课程主要介绍了常用的自动设计方面的能力而设置的。课程主要介绍了常用的自动测试技术，自动测试系统的组成和设计方法，使学生熟测试技术，自动测试系统的组成和设计方法，使学生熟悉和掌握构成自动测试系统常用的设计方法，具备较全悉和掌握构成自动测试
4、系统常用的设计方法，具备较全面的自动测试系统分析、设计能力。为今后从事测控技面的自动测试系统分析、设计能力。为今后从事测控技术和智能化仪器仪表方面的销售、运维和研发打下良好术和智能化仪器仪表方面的销售、运维和研发打下良好的基础。的基础。 课程背景10 第1章 概 论教学目标本课程与其他课程的联系与分工: 自动测试技术课程综合性、应用性强，是测控技术与仪自动测试技术课程综合性、应用性强，是测控技术与仪器专业的专业主干课程之一，涉及到器专业的专业主干课程之一，涉及到C语言程序设计、数字语言程序设计、数字电路与逻辑设计、微机原理与接口技术、单片机原理与程电路与逻辑设计、微机原理与接口技术、单片机原理
5、与程序设计、电子测量技术等基础课专业课的相关知识，要求序设计、电子测量技术等基础课专业课的相关知识，要求在先修课程中要能基本具备数字电路的设计、微机原理、在先修课程中要能基本具备数字电路的设计、微机原理、单片机原理与程序设计等能力。单片机原理与程序设计等能力。后续课程：后续课程： 本课程也为本课程也为“虚拟仪器设计虚拟仪器设计”课程的学习建立基本概念。课程的学习建立基本概念。 课程背景11 第1章 概 论教材： 课程背景12 第1章 概 论网上学习平台：访问 中的栏目”教育教学”-“精品课程”， 课程背景13 第1章 概 论 课程背景14 第1章 概 论 课程背景15 第1章 概 论 课程背景
6、16 第1章 概 论 课程背景17 第1章 概 论 课程背景18 第1章 概 论参考书： 课程背景19 第1章 概 论参考书： 课程背景20 第1章 概 论参考书： 课程背景21 第1章 概 论第1章 概 论自动测试技术22 第1章 概 论 1.1 1.1 测试系统的组成和特性测试系统的组成和特性 1.2 1.2 基本测试技术的分类基本测试技术的分类 1.3 1.3 测试技术的自动化测试技术的自动化 1.4 1.4 自动测试技术的发展自动测试技术的发展 1.5 1.5 自动测试系统的特点自动测试系统的特点自动测试技术第1章 概 论23 第1章 概 论1.1 测试系统的组成和特征一、测试的概念一
7、、测试的概念 测试测试：泛指生产和科学实验中经常进行的泛指生产和科学实验中经常进行的满足一满足一定准确度要求定准确度要求的的试验性试验性测量过程。测量过程。人们通过测试可以取得研究对象的有关信息，能人们通过测试可以取得研究对象的有关信息，能够正确地了解被测物理对象的量值或特性。够正确地了解被测物理对象的量值或特性。 测试技术测试技术：研究和探索对各种被测对象实现试验研究和探索对各种被测对象实现试验性测量过程的途径和方法。性测量过程的途径和方法。事实上，凡是需要研究某种客观事物和现象时，事实上，凡是需要研究某种客观事物和现象时，在要希望弄清被研究对象的状态、变化和特性并对其在要希望弄清被研究对象
8、的状态、变化和特性并对其进行一定的定量描述和定性说明时都离不开测试技术。进行一定的定量描述和定性说明时都离不开测试技术。 24 第1章 概 论二、测试系统的组成二、测试系统的组成 一个典型的传统测试系统一般由哪几部分组成？一个典型的传统测试系统一般由哪几部分组成？25 第1章 概 论一个典型的传统测试系统常由实验装置、测试部一个典型的传统测试系统常由实验装置、测试部件、数据处理和输出设备等几部分组成。件、数据处理和输出设备等几部分组成。 测量部分测量部分（激励装置）（激励装置）（结果表达）（结果表达）我们的测试工作就是要根据不同的测试对象，选我们的测试工作就是要根据不同的测试对象，选择适当的传
9、感器，设计或选择有效而准确的中间变换择适当的传感器，设计或选择有效而准确的中间变换电路、测量仪器和信号处理部件，以最方便、科学的电路、测量仪器和信号处理部件，以最方便、科学的形式把测试结果显示出来。形式把测试结果显示出来。 26 第1章 概 论三、测试系统的特性描述三、测试系统的特性描述 测试系统特性描述分系统测试系统特性描述分系统质量指标质量指标、系统的、系统的静态静态特性特性和系统和系统动态特性动态特性三个方面。三个方面。27 第1章 概 论一个测试系统的性能常用以下几种质量指标来描述：一个测试系统的性能常用以下几种质量指标来描述：（）（）准确度准确度。测试系统的准确度（或称精度）用来。测
10、试系统的准确度（或称精度）用来表示测试结果值与被测量真值的一致程度，它的定义表示测试结果值与被测量真值的一致程度，它的定义方法与电子测量是一致的。准确度往往可用测量误差方法与电子测量是一致的。准确度往往可用测量误差的大小来表示。的大小来表示。（）（）分辨率分辨率。指测试系统能检测到的输入信号的最。指测试系统能检测到的输入信号的最小变化的能力，可用数值量或灵敏量程的百分数来表小变化的能力，可用数值量或灵敏量程的百分数来表示。示。（）（）测试范围测试范围。指系统中测量电路或仪器能够正常。指系统中测量电路或仪器能够正常工作的被测量的量值范围。在讨论测试范围时必须注工作的被测量的量值范围。在讨论测试范
11、围时必须注意系统的工作频率范围。意系统的工作频率范围。1、测试系统的质量指标、测试系统的质量指标28 第1章 概 论如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为变化，则称为静态测试静态测试。静态测试时，测试装置表现出的响应特性称为静态响静态测试时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。应特性。在静态测试中，系统的输入输出关系与时间无关。理在静态测试中，系统的输入输出关系与时间无关。理想系统的静态特性可用如下表达式表示：想系统的静态特性可用如下表达式表示： y=ax+b （0-1）由于系统实际情况并非如（由于系统实际情况并非如（0-
12、1）式表示的那样理想，）式表示的那样理想，因此系统的静态特性可以用直线性、灵敏度、滞后量因此系统的静态特性可以用直线性、灵敏度、滞后量（差）等参数来描述。（差）等参数来描述。2、测试系统的静态特性描述、测试系统的静态特性描述 29 第1章 概 论（）（）直线性直线性它一般指系统的输入输出关系接近理想线性关系的程度。它一般指系统的输入输出关系接近理想线性关系的程度。理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。对理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量
13、。其中以输出和输入成个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系线性关系最佳。最佳。xy线性线性xy线性线性xy非线性非线性30 第1章 概 论非线性度非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。若标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。若在标称（全量程）输出范围在标称（全量程）输出范围A内，标定曲线偏离拟合直线的最内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为大偏差为B，则定义非线性度为，则定义非线性度为 非线性度非线性度=B/A100%有时也叫线性度。拟合直线该如何确定，无统一的标准。有时也叫线性度。拟合直线该如何确定，无统一的标准。较常用的是最小二乘法。较常用的是最小二乘法。 y
14、yx xB B31 第1章 概 论用测试系统的输入与输出信号的变化之比来表示。用测试系统的输入与输出信号的变化之比来表示。（）（）灵敏度灵敏度它用来表示测试系统的输入输出之间量值比例的对应它用来表示测试系统的输入输出之间量值比例的对应关系。常用两种表示方法：关系。常用两种表示方法：例如，某温度测试系统，每当被测温度变化例如，某温度测试系统，每当被测温度变化1时，系时，系统输出电压变化统输出电压变化100mV，则可知系统的灵敏度，则可知系统的灵敏度为为100mV。灵敏度灵敏度(s)输出信号变化量输入信号变化量输出信号变化量输入信号变化量 (0-2)32 第1章 概 论例如，用示波器观测信号时，输
15、入信号为例如，用示波器观测信号时，输入信号为3.2V ,在示波在示波器屏幕上显示的波形偏转了器屏幕上显示的波形偏转了6.4div,这时示波器的偏转灵这时示波器的偏转灵敏度为敏度为0.5V/div 。在这种情况下，测试另一个信号，显。在这种情况下，测试另一个信号，显示了示了5div，按，按0.5V/div灵敏度计，就可估算出该信号为灵敏度计，就可估算出该信号为2.5V。这种定义方法所得结果与第一种恰好是互为倒数，。这种定义方法所得结果与第一种恰好是互为倒数，因此有时也称为因此有时也称为“传输因数传输因数”（r）。由于它与电流表）。由于它与电流表灵敏度的估算方法是一致的，将它称为灵敏度的估算方法是
16、一致的，将它称为“测试灵敏度测试灵敏度”比较容易理解，用起来也方便，人们也就直呼它为仪器比较容易理解，用起来也方便，人们也就直呼它为仪器的测试灵敏度了。的测试灵敏度了。有时为了理解方便，灵敏度也可用测试系统或仪表的有时为了理解方便，灵敏度也可用测试系统或仪表的输出指示刻度每变化一分度所对应的输入信号变化量来输出指示刻度每变化一分度所对应的输入信号变化量来表示。表示。灵敏度（灵敏度（s）输入信号的变化量输出指示刻度的变化量）输入信号的变化量输出指示刻度的变化量 （0-3）33 第1章 概 论灵敏度的量纲由输入和输出的量纲决定。灵敏度的量纲由输入和输出的量纲决定。应该注意的是，装置的灵敏度越高，就
17、越容易受外界应该注意的是，装置的灵敏度越高，就越容易受外界干扰的影响，即装置的稳定性越差。干扰的影响，即装置的稳定性越差。34 第1章 概 论滞后量也称滞后差，表示系统的输入信号有正反方向变滞后量也称滞后差，表示系统的输入信号有正反方向变化时，测试系统的输出呈现的非重合结果误差。化时，测试系统的输出呈现的非重合结果误差。在整个测试范围内，当系统输入发生相反方向变化时，在整个测试范围内，当系统输入发生相反方向变化时，在同一个输入点上输出非重合的最大差值称为系统的滞在同一个输入点上输出非重合的最大差值称为系统的滞后量。后量。 （3）滞后量滞后量y yx xhmaxhmaxA A35 第1章 概 论
18、传感器的滞后误差传感器的滞后误差表明传感器在正（输入量增大）、反表明传感器在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程期间输出（输入量减小）行程期间输出-输入曲线不重合的程序，输入曲线不重合的程序，也就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反也就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输出信号大小不相等。行程的输出信号大小不相等。滞后误差是传感器、测量装置和仪器的一个性能指标，滞后误差是传感器、测量装置和仪器的一个性能指标，它反映了传感器的机械部分和结构材料方面不可避免的它反映了传感器的机械部分和结构材料方面不可避免的弱点，如轴承摩擦、灰尘积塞、间隙不适当、螺钉松动、弱点，如轴承摩擦
19、、灰尘积塞、间隙不适当、螺钉松动、元件磨蚀或碎裂以及材料的内摩擦。元件磨蚀或碎裂以及材料的内摩擦。滞后误差大小一般由实验确定滞后误差大小一般由实验确定 。36 第1章 概 论灵敏阀（阈）：灵敏阀（阈）：又称为死区，用来衡量测量起始点不灵又称为死区，用来衡量测量起始点不灵敏的程度。敏的程度。稳稳定定性性：是是指指在在一一定定工工作作条条件件下下，当当输输入入量量不不变变时时，输输出量随时间变化的程度。出量随时间变化的程度。可靠性：可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。描述。（4）静态响应特性的其他描述静态响应特性的其他描述37 第1章 概
20、论3、测试系统的动态特性描述、测试系统的动态特性描述 在对动态物理量（如机械振动的波形）进行测试时，测在对动态物理量（如机械振动的波形）进行测试时，测试装置的输出变化是否能真实地反映输入变化，取决于试装置的输出变化是否能真实地反映输入变化，取决于测试装置的动态响应特性。测试装置的动态响应特性。系统的动态响应特性系统的动态响应特性一般通过描述系统传递函数、频率一般通过描述系统传递函数、频率响应函数等数学模型来进行研究。响应函数等数学模型来进行研究。 38 第1章 概 论系统的动态特性反映了系统对被测时间信号的响应能力系统的动态特性反映了系统对被测时间信号的响应能力，一般用系统的传递函数来表示。一般用系统的传递函数来表示。 H（s）=(bmsm+bm-1sm-1+b1s1+b0 ) /(ansn+an-1sn-1+a1s1+a0 )在实际中，在实际中，稳态系统的动态特性常用幅频特性（即波特稳态系统的动态特性常用幅频特性（即波特图）来表示图）来表示，而对，而对暂态系统则要用系统的暂态响应函数暂态系统则要用系统的暂态响应函数来表示来表示。常见的多为一阶或二阶系统。常见的多为一阶或二阶系统。39 第1章 概 论40
