现代测试技术-第一章

传感器是测试系统的首要环节，在测试系 统中直接感受外界信息。
由于传感器的输出信号一般比较小，测量 电路中一般都带有放大电路。测量电路是 保证传感器能输出人们所需要的电信号的 一个重要部分。
信号调节与转换电路，能把传感元件输出 的电信号转换为便于显示、记录、处理和 控制的有用电信号。
信号调节与转换电路的种类要视传感元件 的类型而定，常用的电路有电桥、放大器、 振荡器、阻抗变换器，等等。
测试系统中的激励装置
测试所希望获取的信息，可能已载于某种可测试 的信号中，也可能尚未载于可测试的信号中。
对于后者，测试工作就包含着选用合适的方式激 励被测对象，使其产生既能充分表征其静态特性 或动态特性又便于测试的信号。
事实上，许多系统的特性参量在系统的某些状态下， 可能充分地显示出来；而在另外一些状态下却可能 没有显示出来，或显示得很不明显，以致难于测试 出来。
的变化则反映了所携带的信息的变化。 （2）对测得的信号加以处理、分析； （3）将定量的有用信息提供给观察者或输
入其它信息处理装置或控制系统。
测试技术属于信息科学范畴。是信息技术 三大支柱（测试控制技术、计算技术、通 信技术）之一。
测试技术促进了科学技术总体水平的提高
在科学技术的各个领域中，不管是基础性研究还 是应用性研究，都离不开实验。以取得各种所需 要的数据，进一步完善已有的理论或验证研究成 果。 历史上许多重大的科学成就几乎都与某种新的实 验仪器的诞生息息相关 。
现代测试技术
机械与车辆学院
任课教师：张卫民 顾亮
第一章 概述
1.1 现代测试技术的重要性
信息是事物运动的状态和方式。不是物质， 不具有能量，却是物质所固有的，是客观存在或 运动状态的特征。信息的传输依靠物质和能量。
获取信息的活动是人类最基本的活动之一。 测试是科学技术领域中定量地获取足以揭示事物 内在规律的信息的一种手段，是现代科学技术研 究的一个重要领域。
（4）动态性：动态测试系统在测试过程中， 需采用微分方程、离散化的差分方程、状态 方程或系统传递函数来描述动态测试系统的 输入与输出之间的关系，输入与输出之间的 对应关系与测试系统的动态特性有关。
非电量电测技术
在测试和分析中，一般并不考虑信号的具 体物理性质，而是将其抽象为变量之间的 函数关系，特别是时间函数或空间函数， 运用数学工具加以分析研究，从中得出一 些具有普遍意义的结论。
电信号在变换、处理、传输和处理等方面 都有明显的优点，因而成为目前应用最广 泛的信号，而对非电量的分析和处理比起 电量来相对要复杂和困难得多。
采用各种传感器把非电量变换成电量，再 用测量电量的方法测试出这些反映被测非 电量的电量信号。
非电量电测技术的优点
（1）不同的非电量变换成电量后，可用相同的仪 器仪表；
信号处理环节接受来自调理环节的信号， 并进行各种运算、滤波、分析，将结果输 至显示、记录或控制系统信号显示、记录 环节，以观察者易于认识的形式来显示测 量的结果，或者将测量结果存贮。
在所有这些环节中，必须遵循的基本原则是： （1）各环节的输出量与输入量之间应保持一
一对应和尽量不失真的关系， （2）必须尽可能地减小或消除各种干扰。
测试是依靠一定的科学技术手段定量地获取 某种对象信息的过程。
科学的基本目的在于客观地描述自然界，科学探 索本身需要测试技术；
科学定律是定量的定律，需要用准规律的正确性同样需要测试技术。 精确的测试是科学的根基。
测试工作的基本任务
（1）测试出被测对象的有关信号； 信号具有能量，是某种具体的物理量。信号
（2）电量便于传输、利于控制和远距离操作； （3）有利于进行动态测量和记录； （4）便于和计算机联接，便于对测试结果进行分
析处理。
1.3 测试系统的一般组成
一般说来，测试工作的全过程包含着许多 环节。以适当的方式激励被测对象、信号 检测和转换、信号调理、分析与处理、显 示与记录，以及必要时以电量形式输出测 量结果（如图1.1所示）
动态测试的基本特点
（1）时变性 （2）随机性 （3）相关性 （4）动态性
（1）时变性：动态测试所测量的是随测试 时间而变化的量，表现为随测试时间而变化 的某种函数。
（2）随机性：动态测试数据的另一基本特 点是既含有确定性变化部分，又含有随机性 变化部分，表现为测试时间的随机函数。
（3）相关性： 动态测试数据相邻瞬时数据 之间并非孤立而无关的，相反，它们之间具 有一定的统计相关性。
在后一种情况下，要测量这些特性参量时，就需要 激励该系统，使其处于能够充分显示这些参量特性 的状态中，以便有效地测试载有这些信息的信号。
1.2 动态测试的特点
现代测试技术与传统测试技术相比，其 深度和广度都有质的飞跃。 现代测试技术发展的明显标志： （1）动态测试 （2）实时数据处理 （3）测试误差补偿
动态测试的定义
动态测试是指被测量为变量的连续测量过程。 动态测试中，测量过程处于不断变化状态，需要 考虑被测变量的变化规律及特点、测试系统的动 态特性、以及外界扰动等影响。 动态测试误差本身也是变量，动态测试数据处理 具有其特殊性。
图1-1测试系统示意图
传感器的定义
能感受规定的被测量（物理量、化学量、生 物量等），并按照一定的规律转换成输出信号 （一般为电量）的器件或装置。
从狭义上讲，传感器也可定义为把被测的输入信 号变换为电信号的装置。其输入量可分为机械量 参数、热工参数、物理参数、成份和结构参数等。 输出的电量一般为电阻、电感、电容、电荷、电 压、电流、频率、脉冲等 。
科学技术的总体发展 促进了测试技术的发展
现代测试技术几乎利用了所有的近代新技术和 新理论。例如，半导体技术、激光技术、光纤 技术、自动化技术、计算技术及数理统计、控 制论、信息论等等。 计算机技术的发展引起了现代测试技术的新飞 跃。
测试技术在机械工程领域中的应用
（1）对某个或某些参数进行测试； （2）对结构动态响应特征的测试； （3）自动化或控制系统中的一个环节； （4）进行现场监视或故障诊断。