测试技术概述

测试技术概述第1页，共30页，2023年，2月20日，星期一测试技术概述二、测试系统的基本组成三、简单的测试系统举例五、测试技术的发展趋势六、测试技术在工程技术领域中的应用四、测试技术的常用方法概述一、测试的重要作用和意义第2页，共30页，2023年，2月20日，星期一随着科技的发展，测试技术已经形成了一门专门的技术科学。人们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。在某种意义上来说，“没有测试，就没有科学。”因为人类的各种活动领域中都离不开测试。测试包含着测量和试验两大内容。测量就是把被测系统中的某种信息，如运动物体的位移、速度、加速度检测出来，并加以度量；试验就是通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改造世界的重要手段。第3页，共30页，2023年，2月20日，星期一1、产品检验和质量控制的重要手段一、测试技术的作用与意义被动检测主动检测（在线检测）质量控制领域2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用故障监测系统动态监测保证设备和人员安全提高经济效益3、自动化系统中不可缺少的组成部分生产过程：“物流”“信息流”控制管理数量状态趋向检测获取信息分析判断自动控制自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步检测手段水平决定科学研究的深度和广度理论研究成果离不开必要的检测手段第4页，共30页，2023年，2月20日，星期一“机遇”号火星车拍摄火星土壤的显微照片

“勇气”号火星车发回的彩色照片美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人第5页，共30页，2023年，2月20日，星期一生物医学图像分析医学临床诊断：X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）医学影像融合分析细胞个数统计

CT图像自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象﹤第6页，共30页，2023年，2月20日，星期一二、测试系统基本组成信息获取转换显示和处理（信号检出部分）（信号变换部分）（分析处理部分、通信接口及总线）第7页，共30页，2023年，2月20日，星期一1、信号检出部分传感器（Sensor）----执行检出功能的器件信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）特点：1）输出量为电压、电流、频率2）输出的电信号一般较微弱：电压----毫伏级、微伏级；电流----毫安级、纳安级3）输出信号与噪声混杂在一起----传感器内部噪声传感器的信噪比小、输出信号弱----信号淹没在噪声中4）传感器的输出特性呈线性或非线性选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制电阻、电容、电感两种：数字量、模拟量5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分第8页，共30页，2023年，2月20日，星期一2、信号变换部分检出信号适合于分析和处理的信号信号调理电路阻抗变换----输出阻抗很高时；电压/电流（V/A）转换----需要电流输出时；目的：4）简化后续系统的组成2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号3）提高测量、分析的准确度信号放大----输出信号微弱时；噪声抑制----信号淹没在噪声中；模拟/数字（A/D）转换----需要输出数字信号时1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量第9页，共30页，2023年，2月20日，星期一3、分析处理部分功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换不断注入新内容----检测系统的研究中心通用标准接口---不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联4、通信接口与总线部分计算机系统----强大问题分析能力、复杂系统的实时控制自动化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行总线：传送数字信号的公共通道----信号线的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系统）（规范、结构形式）接口---分系统和上位机之间/分系统之间交换信息﹤第10页，共30页，2023年，2月20日，星期一当机床主轴径向跳动时，相当于两极板间的极距d发生变化，其电容也发生变化。只要测得此电容的变化，就能间接知道车床主轴的径向跳动的量值。电容式位移测量仪是将传感器测得的电容的变化转换为电压的变化，并进行滤波放大等处理。计算机则通过A／D转换卡，将测得的电压转换为数字量，再经过分析处理后，将结果通过所需要的图形成文字显示出来．也可以打印出来。三、简单的测试系统举例第11页，共30页，2023年，2月20日，星期一第12页，共30页，2023年，2月20日，星期一第13页，共30页，2023年，2月20日，星期一简单来说，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成

传感器将被测物理量(如噪声,温度)检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。

信息转换信息提取﹤第14页，共30页，2023年，2月20日，星期一四、测试技术的常用方法概述选择：被测量的性质、特点和测量任务要求分类：（1）按测量手段：直接测量、间接测量（2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、差分式测量（3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、非接触式测量（4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量1、直接测量与间接测量直接测量----与同类基准进行简单的比较以得到被测量线纹尺----物体尺寸、天平----物体重量间接测量----被测量无法或不易进行直接测量自变量目标变量负载电阻功率=电压电流（关系）（直接测量）第15页，共30页，2023年，2月20日，星期一2、偏移法与零位法测量1）偏移法---完全从被测量中获得信号转换所需能量例：弹簧秤2）零位法---不从信号源获得能量作用：测量原理线性化、提高灵敏度结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上（常见检测结构形式）高精度测量例：天平称量物体测量误差3、差分式测量消除干扰的影响2第16页，共30页，2023年，2月20日，星期一4、随动跟踪测量---基于零位法的测量例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器自学习能力---神经网络模拟某种非线性映射---智能化检测的标志之一高精度测量5、主动探索与信息反馈型检测自适应能力改变传感器的工作温度传感器的灵敏度被测对象传感器信息处理检测结果通过学习不断调整连接强度问题最优解调整对象的位置、姿态使检测结果具有确定性信号特征辨析第17页，共30页，2023年，2月20日，星期一最常用的测试方法—电测法

在各种测量中，大量的参量很难用直接测量的方法获得，需要将它们的变化转换成另外某些参的变化，然后对转换后的参量进行测量。测量的方法可以用机械方法、光学方法、电学方法和声学方法等等。随着微电子技术、半导体超大集成器件的发展．特别是微型电子计算机技术的成熟，极大的推进了测试技术的进步，对电量的测量技术已达到比较完美的程度。由于它的高精确度、高灵敏度、高响应速度，以及低功耗、结构小、可以速续测量、自动控制和可以方便地与计算机接口等连接，使之达到了用机械方法和一般光学方法测量时很难达到的水平，致使电测法(把被测的非电量变换成电量后，再加以测量)在动、静态测量中得到了广泛的应用。第18页，共30页，2023年，2月20日，星期一用电测方法测试时有以下优点：

(1)可以将许多不同的非电量转换成电量加以测量，从而可以使用相同的测量和记录显示仪器。

(2)输出的电量信号可以作远距离传输，有利于远距离操作和自动控制。

(3)采用电测法可以对变化中的参数进行动态测量，因此可以测量和记录其瞬时值及变化过程。

(4)易于用许多后续的数据处理分析仪器，特别是与电子计算机连接。从而能够对复杂的测量结果进行快速的运算分析处理，以及提供反馈控制。﹤第19页，共30页，2023年，2月20日，星期一五、测试技术的发展趋势测试技术重要手段相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等新的检测理论、方法和技术手段1、传感器水平的提高光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件）化学传感器、微生物传感器、仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器1）新原理、新材料、新工艺新功能传感器2）新领域、新需求新型传感器科学研究形成推动实验研究和发展第20页，共30页，2023年，2月20日，星期一3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展微电子技术---多个同类型传感器集成在一个芯片或阵列上②一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体③微型化：微米/纳米技术、MEMS技术体积微小、重量轻微特点：点测量平面/空间测量例：电荷耦合器件（CCD）----光敏元阵列数码相机多功能传感----不同功能的传感器集成化①集成化：特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数例：测量血液中各种成分的多功能传感器特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用；可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成）2、测试系统由模拟式、数字式向智能化方向发展以计算机为中心的检测系统复杂对象或系统的多路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加工；故障诊断﹤第21页，共30页，2023年，2月20日，星期一六、测试技术在工程技术领域中的应用领域：工业、农业、航天、军事等(1)零件的识别与定位1、工业检测■自动连接引线、对准芯片和封装；■自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。(2)零件尺寸的在线测量钢板厚度的在线测量

(3)零件外观及内部缺陷检测(5)产品标识、编码识别商品条码、印鉴、标签(4)产品分类、分组苹果分级、分色、配色第22页，共30页，2023年，2月20日，星期一“手-眼”定位：两个摄像机---两幅平面图像---三维场景信息用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人实例：美国Sojourner系列和Rocky系列火星探测移动机器人2、机器人密歇根大学的机械手装配模型香港理工AGV模型第23页，共30页，2023年，2月20日，星期一交通---车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测安全---指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关）监视---超市、商店防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视5、军事与国防：4、监控、安防、交通管理：超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象6、办公与家电：办公设备---数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪家用电器---数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃3、遥感图像分析：卫星遥感图像---气象卫星（红外成象---云图---气象状况）资源卫星（多光谱成象----地质、矿藏、森林、灾害）海洋卫星（合成孔径雷达成象---海洋、海浪、海滩）航空摄影图像---（多目成象--