现代监讲义测技术现代测试系统

（2）各种电气设备运行产生干扰 各种电气设备运行产 生的干扰是电磁干扰。 内部干扰主要是指测量电路内部各种元器件的噪声所引起的 干扰。
自然界干扰源和人为干扰源
X光机产生大功率 高频干扰
闪电产生电磁场干扰
2020/3/3
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电吹风机干扰电视机的演示
电吹风机产生的 电磁波干扰以两种途径 到达电视机：一是通过 共用的电源插座，二是 以空间电磁场传输的方 式由电视机的天线接收 。应设法切断这些干扰 途径。
执行器
控制及功率放大
信号记录
被测对象
传感器
信号调理电路
数据采集
信号处理
信号传输
稳压电源
输入设备
信号显示
图12-1 现代检测系统一般组成框图
13.1.2 现代检测技术应用实例
1、ST300系列智能式压力传感器
美国霍尼韦尔公司推出的ST-3000系列 传感器，它将差压、静压和温度三种传感 器集成在一块半导体基片上。可以同时测 量差压、静压和温度这三个参数，并具有 压力校准和温度补偿功能。
2020/3/3
加屏蔽罩后的中频变压器 20
1.静电屏蔽
静电屏蔽是用铜或铝等导电性良好的金属为材料制作 成封闭的金属容器，并与地线连接，把需要屏蔽的电路置于 其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路，反之 ，内部电路产生的电力线也无法影响外电路。静电屏蔽的容 器器壁上允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔）它对屏 蔽的影响不大。
13.2 检测系统的抗干扰技术
13.2.1 干扰源
所谓干扰，就是指影响测量结果或作用于控制系统的各 种无用信号。
产生干扰信号的干扰源一般可分为外部干扰和内部干两 种。
外部干扰主要来自自然界的干扰以及各种电气设备运行 产生的干扰。

“现代检测技术”学习指南一、绪论1.测试技术与传感技术是信息技术三大支柱（传感技术、通信技术和计算机技术）之一，与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。

2.测试的基本任务：获取有用的信息，即借助专门的设备、仪器、设计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处理，获得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输入到其它信息处理装置、控制系统。

3.现代测试系统分为基本型、标准通用接口型、闭环控制型，各自的结构、代表性总线。

4.现代测试系统的特点与发展方向。

二、数据误差分析1.测量误差的定义、表示和分类（系统误差、随机误差、粗大误差）；2.系统误差的来源及消除方法；3.随机误差的来源及消除方法；4.随机误差的统计特征及等精度重复测量数据处理（算术平均值和标准偏差的计算）；5.粗大误差的来源及剔除准则（拉依达准则、格罗贝斯准则）。

三、测量不确定度的概念与计算分类、与误差的区别、计算过程。

四、测量系统基本特性1.静态特性和动态特性的概念。

2.静态特性参数：零点、灵敏度、分辨率、量程、迟滞、重复性、线性度的概念与计算；3.一阶、二阶系统动态特性数学模型和参数。

时间常数、阻尼比和系统无阻尼固有角频率分别表征系统的什么特性。

常见一阶系统与二阶系统的实例与数学模型，如何通过阶跃响应求一阶系统的时间常数τ。

4.一阶系统与二阶系统动态误差计算。

五、信号的感知1.传感器在测量系统中的作用；传感器的分类，选型时要考虑哪些因素。

2.应变式传感器的工作原理、可测量物理量和常见应用。

金属丝式与半导体式的区别，电桥测量电路的分类、计算、和差特性原理与应用。

应变片布置与桥接方式。

3.电感式传感器的分类，每一类的结构、工作原理与常见应用。

差动测量系统的连接方式与优点。

测量电路：交流电桥、常用调制与解调方法及其特点、互感传感器与全波差动整流电路、电涡流式传感器与谐振电路4.电容式传感器的原理、分类与常见应用，差动脉宽调制电路的输入输出关系（电路的优点）。

式中：t为时间自变量； x(t)---输入量， y(t)-----输出量，
an , an1 ,a1 , a0 和bm , bm1 ,b1 , b0 等是由此测量系统或功能
组件的物理性质决定的常数。
• 线性定常系统(linear system)
若测试装置以及被测系统的结构参数如装置的质量、弹性刚度、阻
?静态特性指标?线性度?灵敏度?线性度?回程误差?分辨力?重复性?漂移321灵敏度sensitity灵敏度是指传感器在稳态下输出变化量增量与输入变化量增量的比值即灵敏度是指传感器在稳态下输出变化量增量与输入变化量增量的比值即k输出变化量输入变化量yx对于线性传感器它的灵敏度就是它的静态特性的斜率
第三章、测试系统特性 本章学习要求：
3.3 测试系统的动态特性
• 测试系统的动态特性是指输入量随时间变化时，其输
出随输入而变化的关系。一般地，在所考虑的测量范 围内，测试系统都可以认为是线性系统，因此就可以 用定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入 x(t)、输出y(t)之间的关系，通过拉普拉斯变换建立其
相应的“传递函数”，该传递函数就能描述测试装置
2.2.5 重复性
同一条件下，对同一被测量，同一方法，多次重复测量，差异程度 对同一被测量值：各次测量数值的偏差程度 对不同被测数值：各次测量曲线的偏差程度 测量数据的分散性
重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证
重复性误差：随机误差
n
标准差：大，则分散性大；反之亦然
计算：贝塞尔公式
x y
Δ
简单实用，三点作图法（两高一低/两低一高） Δ (c) 最小二乘法： 算法： 计算：有n个测量数据: (x ,y ), (x ,y ), … , (x ,y )， (n>2) 1 1 2 2 n n 残差：i = yi – (a + b xi) 残差平方和最小：2i=min

（c）数据采集卡（板）（仪器卡）
②pc仪器（微机化仪器）
③虚拟仪器（总线仪器系统）
1、智能仪器的特点与基本结构
智能仪器——内置微机或微处理器，具有控制、存储、运算、逻 辑判断及自动操作的智能性能。
具有检测准确度高，灵敏度高，可靠性好，自动化程度高等特点。 由于微机进入了仪器内部，将计算机技术移值，渗透到仪器仪表技 术领域，这样使智能仪器具有很多优秀的特点。
对于冶金工业领域，无论是对现有工艺、设备、产品质量的剖析， 以求进一步明确改进方向和改进方案，还是对新工艺，新设备进行研究 与分析，都离不开检测技术。通过对检测结果的综合分析，可为验证现 有理论和建立新理论，确定最佳设计方案，确定最佳工艺参数提供试验 依据。
特别是在现代生产过程，没有自动检测就无法进行生产，这是大家有 目共睹的。所以，自动检测技术是一门非常重要的科学技术之一。
能完成对多点，多种随时间变化参数的检测，实现快速，实时测量，抗干扰信号能力强。
③一以般适 PC当器仪形器的式自输发动出监，展测显系分示统，组为记成录三：检个测结阶果。段：
③RS-232C—串行通信接口总线，与微机或其他外部仪器设备连接。
因它此在， 软检件测的技程术序是命①属令智于下信自能息动科进仪学行器范：畴(，在是信传息统技术仪三大器支基柱（础检测上控增制技加术、微计处算机理技术器、，通信增技术强）其之一功。 能)
2）输入阻抗高
数字表输入阻抗可高达1000M以上，基本上不取电流，消耗被测信号的功 率极小，也就是对被测电路工作状态的影响很小。
3）灵敏度高
如现代的积分式数字电压表的分辨率可达到1以下。
4）数字形式显示
显示方便，无读数误差。
5）检测速度快
1秒钟可测量多次，有的可高达1秒钟上万次的检测速度，而模拟表测一次 需要几秒。

§6.3 虚拟仪器
Labview简介 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一种图形 化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接 受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成 了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通 信的全部功能。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以 方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用 过程都生动有趣。它可以增强构建科学和工程系统的能力，提 供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。 LabVIEW应用程序包括前面板(front panel)、程序框图(block diagram)以及图标/连接器(icon/connector)三部分。
务。
§6.3 虚拟仪器
电子测量仪器的发展 模拟仪器：如指针式万用表、晶体管电压表等借助指针 来显示最终结果。 数字化仪器：如数字电压表等，将模拟信号的测量转化 为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果。 智能仪器：内置微处理器，既能进行自动测试又具有一 定的数据处理能力。 虚拟仪器：由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和软件 组成的测控系统。虚拟仪器是计算机技术与仪器技 术深层次结合产生的产物，是对传统仪器概念的重 大突破，是仪器领域内的一次革命，代表了当前测 试仪器发展的方向之一。
PCI及ISA总线
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统内部总线
PC104总线
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统内部总线
VME总线
§6.2 计算机测试系统的总线技术
测控系统外部总线
串口
§6.3 虚拟仪器
虚拟仪器：virtual instruments，简称VI是20世纪90

优点
可以发现黑盒测试和白盒测试都能发现的问题，提高软件的质量和可靠性。
灰盒测试
定义
单元测试是对软件中的最小可测试单元进行检查和验证，通常是对单个方法或函数的测试。
优点
可以发现代码级别的错误和问题，提高代码质量。
缺点
需要较高的技术水平和经验，对于大型复杂系统可能难以全面覆盖。
测试方法
单元测试通常采用白盒测试的方法，通过编写驱动程序来模拟外部输入并检查内部状态和输出结果。常用的单元测试框架包括JUnit、TestNG等。
单元测试
定义
集成测试是在单元测试的基础上，将多个模块或组件进行集成，检查它们之间的协调和交互是否正常。
测试方法
集成测试通常采用黑盒测试的方法，通过模拟外部输入并检查输出结果来验证多个模块或组件之间的协调和交互是否正常。常用的集成测试框架包括JUnit、TestNG等。
优点
可以发现模块或组件之间的协调和交互问题，提高系统的可靠性和稳定性。
通过现代测试技术，可以全面了解产品的性能和可靠性，及时发现和解决潜在问题，提高产品质量。
提高产品质量
降低生产成本
提升企业竞争力
现代测试技术能够快速、准确地检测产品，减少人工检测和返工成本，降低生产成本。
采用现代测试技术可以提高产品的质量和可靠性，增强企业的市场竞争力。
03
02
01
现代测试技术的重要性
03
基于风险的测试是一种将风险管理和测试相结合的测试方法。
基于风险的测试可以提高测试效率和效果，确保高风险部分得到充分关注和验证。
基于风险的测试可以根据风险评估结果来确定优先级和重点，优先对高风险部分进行深入的测试。
基于风险的测试可以通过风险识别、评估、优先级排序、实施相应的测试策略等方式进行。

（ Lab/CVI ）
LabVIEW 简介
9.3.2 基于 LabVIEW 的虚拟仪器开发步骤
仪器自校准测控管系统
彩管生产仪器仪表自动测试校准系统
会聚图像调整系统
飞机导弹点火系统检测
炸药引信成型测控系统
摄像机
搅拌轮
齿轮传动
皮 带 传 动
挤压电机
图像采集
计算机
逻辑控制
功率驱动
380V
五、现代检测技术发展趋势
雷达接收机将天线接收到的微弱回波加以放大，然后将射频信息转换成视频或数
字信号，经信号处理和数据处理后，最终显示出所需要的目标信息。
收发转换开关
天线 发射的电磁波
发射机
目 标
接收的电磁波
接收机 信号处理机
显示器
雷达的探测目标 : 飞机、导弹、人造卫星、各种舰艇、车辆、兵器、炮
弹以及建筑物、山川、云雨等 .
； 5. 物联网应用技术 6. 生物信息处理技术
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生物信息学
二级学科名称： 生物信息学
（英文） 名称： Bioinformatics
1. 学科概况 生物信息学是信息科学与生命科学深度交叉的前沿学科，以信息与系统的
观点、方法和技术研究生命与医学领域的科学问题。 自上个世纪末，分子生物学实验技术不断突破，计算机和信息技术飞速发展
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7.1 雷达基本概念 7.1.1 基本雷达方程 7.1.2 雷达工作波段 7.1.3 雷达应用类型
7.2 雷达基本组成 7.2.1 雷达发射机 7.2.2 雷达接收机 7.2.3 目标显示与数据记录
7.3 雷达测量原理 7.3.1 目标距离测量 7.3.2 目标角度测量 7.3.3 运动目标检测与测速

自动化测试技术包括自动化测试脚本编写、 自动化测试执行、自动化测试结果分析和报 告生成等环节，能够大大减少人工干预和误 差。
随着计算机技术和人工智能的发展 ，自动化测试技术的应用范围越来 越广泛，例如在汽车、电子、航空 航天等领域的应用越来越普遍。
04 现代测试系统的应用实例
在汽车行业的应用
汽车电子控制单元（ECU）测试
传感器技术的进步不仅提高了测试系 统的性能，还拓宽了测试系统的应用 领域，例如在医疗、环保、航空航天 等领域的应用越来越广泛。
高精度、高灵敏度、高可靠性的传感 器是实现准确测试的关键，随着科技 的进步，传感器技术也在不断发展和 创新。
信号处理技术
信号处理技术是现代测试系统的关键环节，它能够对 采集到的信号进行预处理、特征提取、分类和识别等
现代测试系统用于测试汽车电子控制单元的性能和功能，确保其符合设计要求和安全标准 。
发动机和排放测试
通过现代测试系统对发动机和排放系统进行精确测量和模拟，确保车辆符合环保法规和性 能标准。
车辆动力学测试
利用现代测试系统对车辆动力学进行模拟和测试，包括轮胎、悬挂和制动系统等，以优化 车辆性能和安全性。
在航空航天领域的应用
02
数据输出系统需要支持多种输出格式和显示方式，以满足不同
用户的需求。
数据输出系统通常采用人机交互界面设计，方便用户查看和操
03
作测试结果。
03 现代测试系统的关键技术
传感器技术
传感器技术是现代测试系统的核心， 它能够将物理量、化学量、生物量等 转换为可测量的电信号，为后续的数 据采集和处理提供基础。
高效数据处理与分析
云计算平台可处理大规模的测试数据，提供高效的数据处理和分析 服务。

(2)数据分析处理功能
虚拟仪器充分利用了计算机的存储、运算功能，并通过软件实 现对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理 ＼数字滤波统计处理、数值计算与分析等。虚拟仪器比传统仪器 以及以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能。 (3) 测量结果的表达 虚拟仪器充分利用计算机资源如内存、显示器等，对测量结果 数据的表达与输出有多种方式，这也是传统仪器远不能及的。例 如，虚拟仪器可以实现： • 通过总线网络进行数据传输；
缺点：组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器， 造价比较高。
第五类：PXI总线方式虚拟仪器
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）充分利用了当前 最普及的台式计算机高速标准结构——PCI。 PXI是一个模块化的平台。系统的物理主机是一个拥有2至 31个槽位的机箱，有的机箱还带有内置的显示器和键盘。 机箱的第一槽（Slot 1）是控制器槽。机箱中的其它槽位被 称为外部设备槽，用于插置功能模块，就像计算机里的PCI 槽一样。
自动测试系统发展历程
自动测试技术源于70年代，发展至今．大致可分为 三代，其系统组成结构也有较大的不同。

第一代自动测试系统
第一代自动测试系统多为专用系统，通常是针对某 项具体任务而设计的。其结构特点是采用比较简单 的定时器或扫描器作为控制器，其接口也是专用的。 因此，第一代测试系统通用性比较差。

智能仪器的一般结构：
一、在物理结构上，微型计算机内含于测量仪器。 微处理器及其支持部件是整个测试电路的一个 组成部分，但是，从计算机的观点来看，测试 电路与键盘、GPIB接口、显示器等部件一样， 仅是计算机的一种外围设备。 二、软件是智能仪器的灵魂。智能仪器的管理程 序也称监控程序，分析、接受、执行来自键盘 或接口的命令，完成测试和数据处理等任务。 软件存于ROM或EPROM.

二、现代测试系统的基本结构与类型
现代测试系统与仪器仪表的核心是计算机。
1.基本型 • 传感器—将被测量转换成可用输出信号 • 信号调理—放大、预滤波、隔离、变换等 • 数据采集卡（板）—量程转换、分时采样、 A/D转换、V/F转换、D/A输出 • 计算机—控制信号的采集与存储、数据分析与处理、 输出显示、记录。 （1）智能仪器—以Microprocessor为核心 （2）虚拟/集成仪器—以PC机为核心
被测量1 被测量2
. . .
传感器1 传感器2
. . .
信号调理 信号调理
. . .
被测量n
传感器n
信号调理
数 据 采 集 卡 （ 板 ）
输出 计算机 绘图 显示
打印
计算机控制现代测试系统的基本结构形式框图
二、现代测试系统的基本结构与类型 闭环控制型 计算机控制的现代自动控制系统大体上有三个环节： •实时信号的获取、调理、转换与采集 —由传感器、调理电路、A/D与D/A转换器、 微处理器、数字接口电路组成。 • 实时判断决策与控制 —由计算机或微处理器（μP）完成。 • 实时执行控制 —由执行器接收控制指令并执行。
现代测试技术
现代测试技术的发展以新型高性能传感器和数据 采集技术为主要方向。 信息技术的三大核心技术：
• 信息采集技术（传感技术、测试技术） • 信息传递技术（通信技术） • 信息处理技术（计算机技术）
仪器仪表是可以通用化、规格化，并且 可商业化的测试系统。
一、仪器仪表在当代社会中的重要作用
测试系统与仪器仪表是科研与生产测试 的工具，是测试技术的表征。 1.仪器仪表的界定 现代仪器仪表包含以下6个领域： • 自动化仪表与控制系统 • 科学仪器 • 医疗仪器 • 信息技术电测仪器 • 各种专用仪器 • 传感器及仪器仪表元器件和材料

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现代测试的特点： 1）被测参数种类多、覆盖面宽； 2）被测点数多； 3）数据量大； 4）被测信号微弱，测量精度要求高； 5）测试速度快； 6）测试自动化。
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1.2 现代测试系统
测试系统：能够完成某项测试任务、按照 一定规则构造、互相连接起来的一套测试仪器 或设备。 现代测试系统：具有自动化、智能化、可 编程化等功能的测试系统。 1.2.1 现代测试系统的分类 现代测试系统可以分为3大类： 智能仪器，自动测试系统，虚拟仪器。
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3. 虚拟仪器 虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬 件平台上，由用户自己定义，具有虚拟面 板，测试功能由测试软件实现的一种计算机 仪器系统。 虚拟仪器包括硬件和软件两部分。硬件 是基础，软件是关键。 虚拟 仪 器 既 可 以 作 为 测 试 仪 器 单 独 使 用，也可以通过高速计算机网络构成复杂的 分布式测试系统。
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（1）第1代自动测试系统 多为专用系统，主要用于测试工作量很 大的重复测试。与人工测试比较，其测试功 能强，速度快，效率高。缺点是仪器研制人 员进行接口设计，无统一标准，系统通用性 较差。 （2）第2代自动测试系统 采用标准接口总线GPIB，以积木方式组 建。系统中的各设备均为台式设备，配有标 准接口电路。优点是组建方便，易于增删测 试内容。缺点是总线传输速度不够高，系统 的体积、质量很难降低。
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智能仪器：采用专门的微处理器、存储器 和接口芯片，与仪器测量部分融合在一起。 自动测试系统：是用现成的 PC 配以一定 的硬件和仪器测量部分组合而成。 虚拟仪器：是将测试仪器软件化和模块 化，并与计算机结合构成的仪器系统。 1. 智能仪器 智能仪器是指包含微计算机或微处理器的 测量或检测仪器。具有对数据进行存储、运 算、逻辑判断及自动化操作等功能。它具有的 软件功能使仪器呈现某种智能作用。

现代测试技术
现代测试技术是指利用先进的技术手段对物品、系统或者软件等进行测试和检查的一种技术。

现代测试技术拥有更高的测试效率和更精准的测试结果，能够准确地检测出各种问题和缺陷，并为解决这些问题提供了科学的方法和手段。

现代测试技术主要包括自动化测试、性能测试、安全测试、可靠性测试、负载测试等多个方面。

自动化测试是指利用自动化工具对软件进行测试，可以大大提高测试效率和准确度，减少测试人员的工作量。

性能测试是指测试软件的响应时间、吞吐量、并发性等性能指标，以评估软件的性能。

安全测试是指测试软件的安全性能，以保证软件的安全和可靠性。

可靠性测试是指测试软件在长时间运行下的稳定性和可靠性。

负载测试是指测试软件在高并发访问下的性能，以保证软件的稳定性和可靠性。

现代测试技术的使用可以有效地提高软件的质量和可靠性，减少软件故障和缺陷的发生，提高软件的生产效率和用户满意度。

现代测试技术已经广泛地应用于各个领域，包括电子商务、金融、医疗、制造等行业，成为了现代化生产和管理的重要工具和手段。

总的来说，现代测试技术对于软件的质量和可靠性有着非常重要的作
用，是现代化生产和管理不可或缺的一部分。

随着科技的不断进步和发展，现代测试技术也将不断地发展和完善，为我们提供更加高效和精确的测试手段和方法。