現代測試技術

2009.8

第一章概述§1-1課程主要內容一.現代數字測試技術的目的在于保證產品質量，提高生產效率，實現柔性生產自動化。

1.產品質量：要去高精度測量以達到高精度產品生產過程的高精度檢測與檢別產品的檢測（可看作開環大系統）

2.生產的高效率：生產過程系統的能測，能觀，能控性生產設備系統的高性能，自動化程度測量作系統反饋環節，直接關系系統性能（控制）（可看作閉環大系統）

3.柔性生產：以電子技術，計算機技術為核心的生產特征：自動化，自適應，智能化要求：測量檢測數字化，數據處理的智能化二.現代數字測試技術的普遍性，廣泛性信息技術社會以信息作為特征與載體（主體）測量技術是信息獲取的主要重要方法高新技術發展有賴于測量技術的發展現代生活的方方面面都離不開測量技術數字測量技術及其測檢系統（測控電路）三.涉及各種物理量，化學量，信息的獲取，即不涉及已有數字是數據領域。信息獲取的手段——傳感器信息獲取的轉移——測量電路信息獲取的量化——數字化信息獲取的傳輸——計算機化§1-2數字測試技術的主要要求

——

精快靈可靠性經濟性

一.精度要求：

1.確保數字測量的分辨率轉化器的位指標：二進制位16位12位10位8位20位24位;十進制位3

?位,4?位,6?位量化誤差指標：LSB+-1+-1/2原始信息量量程與數字測量的分辨率例：利用位移傳感器測長

0-100mm→數字量為16位0-65536LSB1

測長（理論）分辨率100/65536=

數字測量分辨率超過傳感器靈敏區信號處理電路的精度2.

測量回路的傳感器的精度低噪聲抗干擾能力低漂移，高穩定性能線性度

1）測量回路本身為線性

2）測量回路對非線性傳感器的線性化

3)保真度：波形不失真，即良好的頻率特性

4)輸入阻抗與輸出阻抗匹配原則i)

i)Rin太大，干擾Ug，影響也大，防干擾

ii)效率傳遞，要求Rin≈Rs三.轉換靈活1.數字測量的轉換（測量變化信息→物理量信息的轉換）a.模數（A/D）輸入數模（D/A）輸出多路（單路）輸入輸出b.量程轉換：系統性測量范圍最大量化值/最小量化值可達106～1012

可由軟控硬（測量電路）解決：程控放大器c.數字計算中對信號處理的影響：要求一定的頻帶寬度2.測量回路和傳感器的信號轉換a.信號形成的轉換（傳感）無源信息→有源信息（數字測量）標準A/D轉換輸入電壓范圍0～+5V+-5V0~+10V(傳感)有源信息→頻率變化（石英傳感器）→有源信息（數字測量）(傳感)有源信息→微壓變化（壓敏器件）→有源信息（數字測量）(傳感)有源信息→電荷變化（電荷器件）→有源信息（數字測量）頻率—電壓轉換電壓—電流轉換電流—電壓轉換b.信號選取測量回路的頻率選擇性頻帶選擇測量回路的抗干擾能力四.可靠性與經濟性1.可靠性的計算原則系統可靠性=部件可靠性部件可靠性=組成器件可靠性例如：系統總可靠性要求為0.99，由四個部件組成，則

K系統=K1*K2*K3*K4,顯然個部件的可靠性均應大于0.9999

如單個部件為IC電路，含有1萬個晶體管的大規模IC，則Ki=K器10000要求其可靠性達0.999999992.在線測量：可靠性，穩定性將是重要指標，連續無故障運行表示數字測量的核心IC的要求則非常高3.經濟性：器件可靠性分類軍品→工業→民用可靠性→高價格高←a.Ⅱ部分的基本組成為放大器電路：放大倍數+（微流放大器）調制解調：用于傳感器信息獲取采用調制信號的均合信號分離：模擬濾波器運算電路：模擬信息的非線性性校正（線性化）如指數，對數，高階函數的模擬處理b.Ⅲ部分為現代測量的重要組成（智能化）多路轉換，多路傳感器信息的集中處理數模信號隔離多路轉換器保持電路A/D模數轉換PC(μc)數字信息處理主要：待測物理量生成：傳感器經測量電路生成的模擬信號所表征的物理量信息。上述兩類信息間的非線性轉換。數字濾波海量數據采集

海量數據采集海量數據中的信息識別和信息提取(獲取)2.數字測量電路傳感器的輸出為編碼信息（數字量）a.脈沖計數是該電路的核心計數器計數輸入（辨別脈沖最快的個數，計數頻率10N～400M）b.傳感器脈沖輸出的各種采樣，形成各種需求c.整形電路：采用施密特電路，細分甚高頻傳感器信息內插細分測量的特征電路：脈沖當是變換電路辨向電路：増量碼的變化方向d.Ⅱ，Ⅲ部分的實現方式

Ⅱ放大器+整形+特殊電路+計數器+鎖定器

Ⅲ從鎖存器中讀取數據信息DCS系統PC系統特殊電路+計數+鎖存器+指令+μc(計算機的測量檢測)3.數字測量系統的輸入輸出信號b.數字量信號i)増量碼信號（光柵，激光干涉法等）特點：被測物理量的變化與傳感器輸出信號的變化周期數成正比，類似調頻式（或非線性增量關系）ii)絕對碼信號：伺服電流測量轉速的編碼器特點：每一角度對應一組編iii)開關信號：0，1狀態如：行程開關，觸發頭，光電開關等。§1-4現代數字測試技術的發展一.集成化技術模擬測量IC器件的集成化，體積小，功耗低如：程控放大器IC，微電流放大器IC

特點：有源器件集成化容易，各類晶體管，電阻，低值電容無源器件集成化困難，如：電感，變壓器，電容。另外參數精確度較難，但產品一直性能好。二．數字化技術：成為測量技術的主要部分，但模擬測量不可能完全代替。三．通用化，模塊化：柔性生產的需求四．測控一體化：閉環系統的要求五．自動化，智能化，具有自學習，系診斷，自適應，要求數字測量μc化。六．嵌入式計算機技術：單片機技術發展→性能強，已逼近PC機（ARM主頻已達1G，32位），存儲器的微型化，大容量（片內已達256KB），功耗低3.3V,10mw1．4現代測量技術的發展趨勢

科學技術的快速發展和生產實踐領域的不斷擴大，對測試技術提出了越來越高的要求．因此也促進了測試技術的迅速發展。現代測試技術除了進一步提高測試的精度和可靠性外，總的發展趨勢是測試系統的小型化、智能化、多功能化以及無接觸化，其特點主要表現在下述幾個方面。１緒論1．4現代測量技術的發展趨勢

(2)新型傳態器的研究測試技術應用的領域隨著生產和科學研究的發展在不斷擴大，需要測量的參數種類也在不斷增加，如顏色、味覺、化學成分、超高溫、超低溫等，因此，促使人們不斷地探討新型的測量機理，研制新型的傳感器以及測量系統。這方面研究除了采用新的物理效應、化學反應以及生物功能外，還不斷地研究具有仿生功能的新型傳感器。在新型傳感器的開發研究過程中，新型傳感器敏感元件材料的開發與應用具有十分重要的意義。目前，半導體材料、陶瓷材料以及高分子聚合材料作為傳感器敏感元件材料的研究正在不斷深入，開發出了仿生化、智能化以及生物化的傳感器。１緒論1．4現代測量技術的發展趨勢

(3)多功能測試儀器的開發傳統的傳感器大多是進行一個點的單參數測試，這已不能滿足生產實際和科學研究發展的需要。在有些場合，希望某一測量點測得多個參數，因此需要具有多種參數同時變換的傳感器，并且測量電路能夠將不同參數的電信號同時處理和記錄，也就是要求測試系統的多參數測量和多功能化。例如要同時測量一點的溫度和濕度，就必須尋求一種能同時感受溫度和濕度的敏感元件材料，并將其制造成同時將溫度和溫度變換成不同電量的傳感器，并且互不影確。由鈦酸鋇和鈦酸鍶組成的多孔陶瓷的電容量與溫度有關，而其電阻值與濕度呈函數關系，這樣就可以通過閱量電容和電阻值間接獲得溫度和濕度的數值。１緒論1．3現代測量技術的發展趨勢

多功能化測試系統的另一層含義是指除傳感器之外的其他測試部分具有普遍的通用性，即測量電路對電信號的轉換和放大以及測試系統的顯示和記錄可應用于多種場合下不同種類參數的測量。對于不同參數的測量，只是對測試系統聯接相應的合適傳感器。這樣，就使得測試系統的功能和應用范圍得到了擴大１緒論§1-5參考書籍及課程安排一.參考書籍1.

《現代測試技術與系統集成》劉君華等.中國農業大學出版社2.

《現代測試技術》李成華等,電子工業出版社3.《測控電路》天津大學，張國雄等。機械工業出版社。4.《數字化測試技術—模擬信號調理，數據轉換及采集技