西安交通大学 现代检测技术 绪论

现代检测技术精勤求学敦笃励志果毅力行忠恕任事课程安排授课方式（总学时48）：40+8学时考核方式与成绩：

考试80%，作业10%，实验10％

教师联系方式：

刘瑞玲/p>

e-mail:meggie@

办公室:东二楼，自动控制研究所173室，82668665-175课程网站： /kejian/

Xi’anJiaotongUniversity参考教材韩九强，《现代测控技术与系统》，清华大学出版社；韩九强，《机器视觉技术及应用》，高等教育出版社；李晓莹，《传感器与测试技术》，高等教育出版社；Xi’anJiaotongUniversity课程历史沿革1，上世纪50年代——60年代末，“计测工学”；2，上世纪70年代——80年代末，“自动化仪表与过程控制”；3，上世纪90年代——2001年，“检测技术”；4，2002至今，“现代检测技术”Xi’anJiaotongUniversity2.电子束配列智能测定检验装置替代了进口装备3．电子枪扭弯曲自动检查机克服了韩国装置缺陷4.彩管荫罩参数智能测量机替代了进口装备5.电视会聚着屏特性智能检验仪克服了日本产品缺陷国外仪器校准仪器6.荧光屏粉条配列智能测量机性能好于日本产品7.仪器仪表自动测试校准系统实现了测量、校准与管理一体化8.电子枪平坦度测量仪替代了进口设备。1.投影电视会聚特性智能调整装置速度提高两个数量级1.电视彩管类系列虚拟仪器测控设备Xi’anJiaotongUniversity投影电视会聚特性智能调整装置Xi’anJiaotongUniversity背投电视自动会聚校正系统投影电视会聚特性智能调整装置Xi’anJiaotongUniversity电子枪扭弯曲特性智能检测系统

Xi’anJiaotongUniversity电子枪扭弯曲检测系统用户界面

Xi’anJiaotongUniversity火药引信成型防爆远程测控系统地空导弹发射段自动跟踪测控系统卫星发射雷达回波信号显示装置航天点火器火花能量测控系统装置空间交会对接模拟跟踪测控系统2.国防军工类系列虚拟仪器测控设备Xi’anJiaotongUniversity火药引信成型防爆远程测控系统Xi’anJiaotongUniversity卫星发射雷达回波信号显示装置Xi’anJiaotongUniversity3.采油节能软测量冲次最优调整设备嵌入式虚拟仪器系统平台小批量抽油机智能测控装置长庆油田抽油机测控现场Xi’anJiaotongUniversity各井场抽油机的结构Xi’anJiaotongUniversity抽油机节能测控系统结构Xi’anJiaotongUniversity抽油机监控管理系统Xi’anJiaotongUniversity4.塔吊群防碰无线传感器网络设备与系统嵌入式虚拟仪器系统平台DAQ虚拟仪器远程操作界面Xi’anJiaotongUniversity塔吊防碰撞系统组网结构Xi’anJiaotongUniversity塔吊防碰撞算法以最典型的高塔吊小车碰低塔吊吊臂问题为例，简单介绍防碰算法：Xi’anJiaotongUniversity无线传感器网络系统结构和节点构成Xi’anJiaotongUniversityMPS无线传感器节点控制系统Xi’anJiaotongUniversity5.机器视觉软测量仪器平台机器视觉教学实验平台机器视觉软测量仪器平台高速智能相机机器视觉组态软件机器视觉教学实验室Xi’anJiaotongUniversity产品缺陷检测6.工业生产智能测控软件产品在日本OMRON公司得到应用三维形状恢复PCB焊点检测与分类Xi’anJiaotongUniversity自动化测控系统装置中的检测技术应用领域对象：流程对象的过程控制——参数测量姿态对象的运动控制——定位测量事件对象的调度控制——事件检测视觉对象的模识控制——识别测量信息采集：传感器技术、信号转换技术信息传输：传输总线协议、通信软件信息处理：处理器技术、处理算法与软件信息利用：控制器、执行、驱动、算法软件测控系统装置：检测技术越来越重要，应用范围越来越宽广、研究难度越来越大。Xi’anJiaotongUniversity课程核心内容（1）检测系统的理论基础（2）检测系统的感知技术（3）基于网络的检测技术*（4）基于机器视觉的检测技术（5）基于无线通信的检测技术*（6）基于雷达的检测技术（7）基于GPS的检测技术（8）基于虚拟仪器的检测技术现代测控系统的发展与应用数据误差处理不确定度系统静态特性系统动态特性应变式电感式电容式压电式磁电式光敏式热敏式数字式光纤式红外、超声气敏、湿敏、生物敏集散控制系统（DCS）现场总线技术（CAN、FF）以太网测控技术（TCP/IP）机器视觉测控系统原理数字图像处理技术视觉检测与模式识别典型案例无线通信技术基本原理无线传感器网络无线通信在测控系统中的应用雷达测控基本原理距离、角度及运动目标测量典型雷达系统

GPS系统组成定位原理

GPS测控系统典型应用虚拟仪器系统组成虚拟仪器设计开发在测控系统中的应用Xi’anJiaotongUniversity测试技术基本概念

现代测试系统基本结构与类型

现代测试技术的发展趋势

测试技术的应用

绪论部分Xi’anJiaotongUniversity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”。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。完整的测试过程包括：被测对象、测试方法、数值和计量单位、测量误差等。测试技术基本概念Xi’anJiaotongUniversity静态测量：对不随时间变化的（静止）被测量进行测量。动态测量：对随时间变化的被测量进行测量，需确定被测量的瞬时值及其随时间变化的规律。直接测量法和间接测量法接触式测量和非接触式测量静态测量和动态测量测试方法分类直接测量：用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。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，计算出待测量y。非接触式测量——避免了对被测对象的影响。Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型GPIBSerialDAQ传感器单元VXI图象采集运动控制PXI硬件应用软件驱动软件Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型信号获取信号放大、预滤波量程切换、分时采样、A/D转换等控制中枢智能传感器集成仪器基本型Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型PC-DAQ系统：基于PC-DAQ组成虚拟仪器测控系统，通用的构建方法是在计算机上插入数据采集（DAQ）卡，并由驱动软件驱动硬件，通过应用程序构建虚拟面板和发送通讯命令。PCI总线图像采集卡Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型2、标准通用接口型标准化总线：利用总线技术，能够大大简化系统结构，增加系统的兼容性、开放性、可靠性和可维护性，便于实行标准化以及组织规模化的生产，从而显著降低系统成本。接口的机械结构遵循统一规范，包括接插件的结构和几何尺寸、引脚定义和数量、插件板的结构和几何尺寸等。通过标准总线将各个台式仪器模块连接起来，也可将有关插板部件模块插入标准机箱扩展槽，即可方便的构成测试系统。Xi’anJiaotongUniversity所谓总线是指计算机、测量仪器、自动测试系统内部以及相互之间信息传递的公共通路，是计算机和内部测试系统的重要组成部分，是计算机、自动测试系统乃至网络系统的基础。总线的类别很多，分类方式多样，仅按应用的场合可分为芯片总线、板内总线、机箱总线、设备互连总线、现场总线及网络总线等多种类型。本节简要介绍基于PC的测试系统的总线技术：测量仪器机箱总线、测量仪器机箱(机柜)与计算机之间的互连总线。

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity自动测试系统机箱底板总线组成系统各种机箱的底板总线。在总线底板插槽上插入模拟量输入/输出、数字量输入/输出、频率和脉冲量输入/输出等功能插件，可组成具有不同规模和功能的自动测试系统。分为两类：经有关标准化组织发布的标准总线，各公司设计的专用总线。

STD和CAMAC总线

ISA总线

VXI总线

PCI、CompactPCI及PXI总线

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity

STD和CAMAC总线

STD总线，1978年由Pro-Log公司作为工业标准发明，由STDGM制定为STD-80规范，1987年被批准为国际标准IEEE-961。STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O、OEM模板、低成本、低功耗、可扩展温度范围、良好的可靠性和可维护性，使其在空间和功耗有严格限制的、高可靠性的工业自动化领域得到广泛应用。CAMAC总线，70年代初推出，一种专门为测控系统设计的标准机箱底板总线。其总线规范完整、严格，曾得到广泛的应用。由于其他高性能总线的出现，这两种总线逐渐被淘汰。

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity

ISA总线工业标准结构总线(IndustrialStandardArchitecture-ISA)，1984年，实际上属于PC总线。8/16位的非同步数据总线，工作频率8MHz，数据传输率为1Mbps(8位)或2Mbps(16位)。虽未被标准化组织正式定为标准，但在测试领域内以PC为基础的数据采集应用中长期占据着主导地位。ISA总线虽然扩展了对微处理器的支持能力，但仍存在许多不足之处，如I/O扩展能力差，边缘式印制插头(座)接触不良，耐振动、冲击能力差，对温湿度比较敏感而不适应工业现场工作等，在速度上已成为系统的瓶颈，已逐渐被PCI、CompactPCI总线所取代。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityVXI总线

VXI(VMEbus

eXtensionforInstrumentation)总线是VME计算机总线在仪器领域中的扩展，由HP等公司于1987年提出，1992年成为IEEE1155标准。在该系统中围绕机械、电气、控制方式、通信协议、电磁兼容、软面板、驱动程序、I/O控制乃至机箱、印制电路板的VXI总线产品相互兼容。VXI系统综合了计算机技术、GPIB技术、PC仪器技术、接口技术、VME总线和模块化结构技术的成果，VXI2.0版本提供了64位扩展能力，数据传输率最高可达80Mbps。VXI系统最多可包含256个器件(装置)，可组成一个或多个子系统，每个子系统最多可包含13个插入式模块，适用于组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。VXI总线支持即插即用、人机界面良好、资源利用率高、容易实现系统集成，大大地缩短了研制周期，且便于升级和扩展。不足的是VXI系统的成本相对较高。

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity基于GPIB通信的VXI检测模块VXI嵌入式CPU检测模块现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityPCI、CompactPCI及PXI总线PCI(PeripheralComponentInterconnect，外围设备互连总线)规定了微型机上的处理器/存储器与外围控制部件、外围卡之间的互连机构的协议、电气、机械以及配置空间规范，是地址、数据多路复用的高性能32位或64位同步总线。Intel公司1993年提出，很快成为PC行业新的标准。最高工作频率33MHz，数据传输率为132Mbps(32位)和264Mbps(64位)，很好地解决了ISA总线的瓶颈问题。真正的即插即用(PnP)功能，大大提高了系统的数据采集率。

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityPCI、CompactPCI及PXI总线CompactPCI总线，1994年提出，是PCI总线的12种规范之一，也是PCI总线的增强和扩展，在电气上完全与PCI兼容，具有抗振颤和利于散热等，更适合于工业测控的应用。其数据宽度同PCI，最高传输速率可达528Mbps。PXI(PCIeXtensionsforInstrumentation)总线，1997年，美国国家仪器公司(NI)发布的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线。PXI在机械结构方面与CompactPCI总线的要求基本相同，对机箱和印制电路板的温度、湿度、振动、冲击、电磁兼容性和通风散热的要求与VXI总线的要求相似。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityPCI、CompactPCI及PXI总线在电气方面，PXI总线完全与CompactPCI总线兼容。PXI总线增加了系统参考时钟、触发器总线、星型触发器和局部总线等内容。PXI系统具有8个插槽(1个系统槽和7个仪器模块槽)，利用PCI-PCI桥技术扩展多台PXI系统，可以使扩展槽的数量在理论上最多能达到256个。PXI将WindowsNT和Windows95定义为其标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带有按VISA规范编写的WIN32设备驱动程序，使PXI成为一种系统级规范，保证系统的易于集成与使用，从而进一步降低用户的开发费用，在数据采集、工业自动化系统和图像处理等方面获得了广泛应用。

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity主板上的PCI插槽Xi’anJiaotongUniversity计算机与测控机箱之间互连总线与计算机相对独立的测控机箱或机柜需要用相应的总线(或标准接口)与计算机连接，以组成计算机控制的自动测试系统或网络。

串行总线——串行总线是指按位传送数据的通路。其连接线少、接口简单、成本低、传送距离远，被广泛用于PC与外设的连接和计算机网络。常用的串行总线有RS-232C、RS-422A、RS-485、USB及IEEE-1394等。并行总线——为提高数据传输速率，在集成式自动测试系统中大多采用并行总线进行连接。并行总线分为标准的和非标准两类。常用的并行标准总线有通用接口总线GPIB(IEEE488)和SCSI总线。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityRS-232CRS-232C(RecommendedStandard)串行接口是计算机与外设之间以及计算机与测试系统之间最简单、最普遍的连接方法。采用23线连接器，最高的单向数据传输率为20kbps，此时的最大传输距离为15米。适当降低速率，其最大传输距离可达60米。但它只是一对一的传输，仅用于简单或低速的系统，在实际应用中还有一定的市场。现代测试系统基本结构与类型RJ-45connectorsXi’anJiaotongUniversity通用串行总线USBUSB(UniversalSerialBus)是由美国多家公司在1995年提出的一种高性能串行总线规范。具有传输速率高、即插即用、热切换(带电插拔)和可利用总线传送电源等特点，能连接127个装置。其电缆只有一对信号线和一对电源线，USB2.0传输速度为480Mbps，轻巧便宜，适用于传递文件数据和音响信号，新的PC机都已配上USB总线接口。

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityIEEE1394串行总线IEEE1394串行总线(又叫火线-FireWire)是由苹果公司于80年代提出的，1995年被IEEE接受，当时最高传输速率400Mbitps，传输距离72米，以后还要按800M、1.6G及3.2Gbitps分段提高。两对信号线和一对电缆线，在无HUB时可用任何方式连接63个装置。而且支持即插即用、带电插拔。应用前景非常广阔的串行总线，和USB总线工作于不同的频率范围，可相互配合使用，适用于动画等视频信号的传输，可用于连接计算机的高速外部设备，也可用于连接数字电视、DVD等消费类电子设备以及作为测试仪器的数据传输总线。在测控系统中，它可作为机箱底板总线的备份总线，以及用作计算机与高速数据采集系统互连总线。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity1394接口Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型CameraLink串行总线串行通信协议，设计用于点对点自动视觉应用。基于国家半导体公司的通道链路接口，经过扩展可支持通用LVDS数据传输。由自动图像协会(AIA)提供支持，对摄像机接口、电缆和抓帧器进行了标准化，用于转换摄像机数据，通常通过PCI或者PCIe总线将数据传送至计算机。适合于机器视觉系统和智能摄像机等应用。CameraLink支持多种配置：基本配置使用了24位像素数据(以及3位视频同步数据)来实现最大255MB/s的视频吞吐量。中等配置增加了另外24位数据，实现最大510MB/s的视频吞吐量。全面配置使用64位数据，实现最大680Mbps的视频吞吐量。扩展配置最多可使用80位数据，更大视频吞吐量850MB/s。Xi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversityGPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)又称IEEE488标准，IEC652标准，是HP公司在70年代推出的台式仪器接口总线，因此也称HPIB(HPInterfaceBus)。在微机中插入一块GPIB接口卡，通过24或25线电缆连接到仪器端的GPIB接口。当微机的总线变化时，例如采用ISA或PCI等不同总线，接口卡也随之变更，从而使GPIB系统能适应微机总线的快速变化。GPIB系统在PC出现的初期问世，其数据线只有8根，传输速率最高1Mbps，传输距离20米(加驱动器可达500米)。仍是仪器、仪表及测控系统与计算机互连的主流并行总线。因为装有GPIB接口的台式仪器的品种和数量都明显超过VXI仪器，目前应用的VXI系统、PXI系统中与GPIB混合应用的比例很大。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityISA-GPIB接口卡GPIB线缆PCI-GPIB通信接口卡Xi’anJiaotongUniversitySCSI总线SCSI总线的原型是美国Shugart公司推出的，用于计算机与硬盘驱动器之间传输数据的SASI(ShugartAssociatesSystemInterface)总线，1986年成为美国国家标准ANSIX3.131，命名为SCSI总线(SmallComputerSystemInterface)。目前最新的SCSI接口所支持的最大总线速度为640MB/s（SCSI5）

。它的突出优点在于高带宽、低CPU占用率和支持多任务。

该总线已普遍用作计算机的高速外设总线，如连接高速硬盘驱动器。许多高速数据采集系统也用它与计算机互连。目前仍处在发展之中。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversitySCSI接口Xi’anJiaotongUniversityMXI总线MXI总线(多系统扩展接口Multi-systemeXtensionInterfacebus)是一种高性能非标准的通用多用户并行总线，由NI(NationalInstruments)公司于1989年推出。32位高速并行互连，最高速度可达23Mbps，传输距离20米。MXI总线通过电缆与多个器件连接，采用硬件映象通讯设计，不需要高级软件，一根MXI电缆上可连接8个MXI器件。MXI器件通过简单地读写相应的地址空间就可直接访问其他所有器件的资源而无需任何软件协议。目前，VXI总线的测控机箱大都用这种总线与计算机互连。它将成为VXI总线机箱与计算机互连的事实上的标准总线。现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversityPCI与PXI总线的MXI-3接口Xi’anJiaotongUniversityGPIB系统：以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。基于PCI总线的GPIB总线通信接口卡现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity串口系统：以串行标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。基于USB2.0总线的高分辨数字图像传感器（1280*1024）

现代测试系统基本结构与类型Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型

VXI系统：以VXI标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。VXI总线集成仪器Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型控制器与VXI总线的连接方式通常分为GPIB-VXI方式、嵌入式方式、1394-VXI方式和MXI方式。GPIB内嵌式计算机系统高速MXI连接高速1394连接Xi’anJiaotongUniversity现代测试系统基本结构与类型

PXI系统：