《测试技术概述》PPT课件.ppt

测试技术与信号处理,主讲人：刘建慧博士 副教授先进制造技术研究所河南理工大学机械与动力工程学院,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,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。,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”,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,“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,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,二、测试系统基本组成,（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）,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,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,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,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AD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,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,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,（直接测量）,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）,例：天平称量物体,3、差分式测量,消除干扰的影响,2,4、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一,5、主动探索与信息反馈型检测,自适应能力,被测对象,通过学习不断调整连接强度,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。,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。,五、测试技术的发展趋势,测试技术,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,科学研究,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,一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体,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,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,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,“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,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-大地测量、测绘）,航天,指纹传感器,军事,智能电子警察监测系统,号,超声波探伤/测距/测物,t,A,无损探伤,原理：裂纹检测，缺陷造成涡流变化。,火车轮检测,油管检测,