现代测试技术
现代测试技术
1.现代测试技术的作用：1）.通过测量生产过程中的有关公艺参数，对生产过程的运行情况进行监视，使之保持在最佳的工作状态；或对生产设备在运转过程中的有关技术参数进行测量，并对测试结果进行分析，判断设备的工作状态。
2）将生产过程中的有关公艺参数的测量结果与要求的数值相比较，并根据偏差的大小范围要求进行反馈，以对工艺参数进行调整和控制，保证生产过程的要求。
3）根据对工艺过程参数哈设备性能参数测试结果的分析和评价，找出存在的问题，并提出改进工艺过程和设备性能的措施。
4）通过测试技术手段研究机械系统的响应特性和系统参数以及进行载荷识别，为机械系统的动态设计提供依据。
[①监视参数②检测和控制信号③获取结果④为设计提供依据]2.测试系统的组成：传感器，测量电路，放大器，数据处理装置，显示与记录装置。
3.测试系统的特点：①测量精度高②反映速度快③数据传输方便④能够连续记录4.测试结果显示三种方式：①模拟显示②数字显示③图像显示5.测试技术的发展趋势：小型化、智能化、多功能化、无接触化、其特点为：1）测试仪器应用范围的扩大2）新型传感器的研究3）多功能测试仪器的开发4）测试系统的智能化。
6.信号和信息：对信息的表达形式称为信号，信号就是有关信息的载体。
7.信号的分类：根据信号的特点，①连续信号②连续性信号分为①确定性信号②随机信号8.通常把测试系统的输入信号称为激励，把输出信号称为响应。
9.理想的测试系统应该具有单值的确定的输入和输出关系。
10.描述测试系统静态特性的指标主要有灵敏度、非线性度和回程误差。
11.描述动态特性的有传递函数和频率响应函数还有脉冲响应函数。
12.幅频特性和相频特性统称为系统的频率特性。
13.传感器是把被测的物理量按一定的规律转换为相应的容易检测、传输以及处理的信息的装置。
14.传感器通常由①敏感元件②转换器件和其他的辅助器件等组成。
其中敏感元件是传感器的核心。
15.传感器的分类：按测量对象分为速度传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
现代测试技术介绍
现代测试技术介绍一、元素成分分析物质都是由各种元素组成的，要知道一个样品是由哪些元素组成，最重要的分析手段就是原子光谱分析。
它是利用原子(包括离子)所发射的辐射或原子(或离子)与辐射的相互作用而进行样品分析的一类测试技术。
图33-1 光谱仪示意图A.火焰发射光谱仪B.原子吸收光谱仪C.原子荧光光谱仪原子光谱分析中应用最广泛的是原子发射光谱法(AES)、原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)和X射线荧光光谱法(XFS)。
前三种方法涉及的是原子(或离子)外层电子的能级跃迁过程中的辐射发射、吸收和荧光的产生。
图33-1为火焰发光谱法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法最简单的工作原理示意图。
三种原子光谱法的关键都是使试样产生原子蒸气(游离态气体原子或离子)。
产生原子蒸气的手段有火焰、电孤、电热原子化器、射频等离子体以及激光等，其中火焰是最简单和广泛使用的原子蒸气源之一。
在原子发射光谱法(图33-lA)中，试样的气态原子蒸气进一步受热激发，使原子(或离子)外层电子由最低能态(称基态)激发到较高能态(称激发态)，当其返回低能态或基态时，便发射出在紫外和可见光区域内的特征辐射，这就是发射光谱。
根据原子结构理论，由于原子的电子能级高低和分布是每一种元素所特有的，因此元素都有各自的特征光谱.而谱线的强度与其元素的含量成正比。
因此原子发射光谱法可用作元素的定性分析和定量分析。
在原子吸收光谱法(图33-1B)中，辐射源辐射出待测元素的特征辐射通过样品的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收。
由辐射强度的减弱程度即可以求出待测元素的含量。
在原子荧光光谱法(图33-1C)中，当样品的原子蒸气受一次辐射源照射，待测元素基态原子吸收辐射后跃迁到较高能态(激发态)，激发态原子再以辐射跃迁形式过渡到基态。
由此而获得的辐射光谱称为原子荣光光谱。
荧光光谱的观测方向与一次辐射方向成90°角。
通过测量待测元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生的原子荧光强度可以非常灵敏地测量元素的含量。
现代测试技术：每种测试方法缩写,基本原理,仪器的结构
测试方法缩写、基本原理、仪器的结构（一）X射线衍射分析XRD（1）基本原理：x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。
衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。
分析衍射结果，便可获得晶体结构。
X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定物质的晶体结构，织构及应力，精确的进行物相分析，定性分析，定量分析。
（2）仪器结构：X射线衍射仪主要由X射线机、测角仪、探测器和自动记录显示系统等四部分组成。
1）X射线机的作用是产生X射线，为衍射分析提供X射线源。
2）测角仪是衍射仪的核心，是一个精密的圆盘状机械部件。
其作用是支承试样、探测器和光路狭缝系统，使试样与探测器相关地转动并给出它们的角度位置。
3）探测器的作用是探测X射线并将接收到的X光子转变为电脉冲。
4）记录显示系统包括前置放大器、主放大器、波高分析器、计数率仪、定标器、定时器、模数转换器、记录仪、绘图仪、监视器、打印机、计算机等。
其作用是将探测器测得的X射线衍射强度和测角仪测得的衍射角度记录下来，形成一张X射线衍射图。
（二）透射电子显微镜TEM（1）基本原理：是以波长很短的电子束做照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领，高放大倍数的电子光学仪器。
（2）结构：电子光学系统（照明系统、图像观察和记录系统）、真空系统、供电系统1）真空系统：需要真空的原因：高速电子与气体分子相互作用导致电子散射，引起炫光和减低像衬度。
电子枪会发生电离和放电，使电子束不稳定；参与气体会腐蚀灯丝，缩短其寿命。
2）供电系统：供电系统主要提供两部分电源：一是电子枪加速电子用的小电流高压电源；二是透镜激磁用的大电流低压电源。
3）样品台——透射电镜的主要部件：样品台的作用是承载样品，并使样品能作平移、倾斜、旋转。
4）消像散器——透射电镜主要部件：消像散器可以是机械式的，可以是电磁式的。
第四章 现代测试技术
（３）相敏解调 相敏检波的特点是可以鉴别调制信号的极性，所以采用相 敏检波时，对调制信号不必再加直流偏置。
相敏检波利用交变信号在过零位时正、负极性发生突变， 使调幅波的相位(与载波比较)也相应地产生1800的相位跳 变，这样便既能反映出原调制信号的幅值，又能反映其极 性。
当调制信号x(t)为正时： 调幅波xm(t)与载波y(t)同相，这时，当载波电压为正时，VD1导通，电流 的流向是d—1—VD1—2—5—R1—地—d； 当载波电压为负时，变压器T1和T2的极性同时改变， VD3导通，电流的 流向是d—3—VD3—4—5—R1—地—d 。 可见在0-t1区间，流经负载R1的电流方向始终是由上到下，输出电压u0(t) 为正值。 当调制信号x(t)为负时： 调幅波xm(t)与载波y(t)相差1800 ，这时，当载波电压为正时， VD2导通， 电流的流向是5—2—VD2—3—d—地—R1 — 5 ； 当载波电压为负时， VD4导通，电流的流向是5—4—VD4—1—d—地— R1 — 5 。 可见在t1—t2区间，流经负载负载R1的电流方向始终是由下向上，输出电 压u0(t)为负值。 综上所述，相敏检波是利用二极管的单向导通作用将电路输出极性换向。 简单地说，这种电路相当于在0—t1段把xm(t)的负部翻上去，而在t1—t2 段把xm(t)的正部翻下来。 若将u0(t)经低通滤波器滤波，则所得到的信号就是xm(t)经过“翻转”后 的包络。
1
fc
)
2
fc
)
1 fc 2 RC
B）高通滤波器的频率特性
f A( f ) H ( f )
fc fc )
2
f 1 (n (
0
fc
)
1 fc 2 RC
C）带通滤波器的频率特性
现代测试技术学习心得
千里之行，始于足下。
现代测试技术学习心得现代测试技术是信息技术领域中一个非常重要的研究方向，其在软件开发过程中起到至关重要的作用。
在学习现代测试技术的过程中，我深深体会到了它的重要性和学习的价值。
下面我将分享一下我对现代测试技术学习的一些心得。
首先，现代测试技术学习需要掌握扎实的理论基础。
在学习测试技术的过程中，我发现理论知识的掌握是非常重要的。
只有理解了测试技术的基础原理和相关概念，才能够更好地应用测试技术解决问题。
因此，在学习过程中，我注重对相关理论知识的学习和掌握，阅读了大量的教材和学术论文，积极参加相关学术交流会议，与专业人士交流，拓宽了自己的知识面。
其次，现代测试技术学习要注重实践能力的培养。
理论只是理论，要真正将测试技术应用到实际项目中，还需要具备良好的实践能力。
在学习过程中，我注重实践训练，积极参与项目开发和测试过程，不断提升自己的实践能力。
通过实际应用，我发现只有在实践中才能真正理解理论的运用，才能更好地掌握测试技术。
另外，现代测试技术学习要关注行业动态和最新技术。
现代测试技术在不断发展和演进，新的技术不断涌现，测试方法和策略也在不断更新。
因此，学习者要时刻关注行业动态，及时了解最新的测试技术进展，以便保持自己的竞争力。
在学习过程中，我经常浏览相关的技术资讯和论坛，参加各类行业培训和讲座，与行业专家进行交流，保持了对现代测试技术的敏感度和关注度。
最后，现代测试技术学习要注重综合能力的培养。
现代测试技术需要具备广泛的知识和技能，不仅需要了解软件工程、计算机科学等相关领域的知识，还需要具备良好的沟通能力、团队合作能力和问题解决能力。
在学习过程中，第1页/共2页锲而不舍，金石可镂。
我注重培养自己的综合能力，参加各类社团和组织，担任学校项目的开发和测试负责人，通过与团队成员的合作，不断锻炼自己的沟通和解决问题的能力。
总之，现代测试技术学习是一项综合性、深入性的工作。
通过系统学习相关理论知识，注重实践能力的培养，关注行业动态和最新技术，以及注重综合能力的培养，可以更好地掌握现代测试技术，并将其应用到实际项目中。
(精品)现代测试技术讲义(超全讲解)
一、测试技术的作用及其发展
2 .测试技术在国民经济的地位
测试与科学研究 测试与军事 测试与人民生活 测试与贸易
一、测试技术的作用及其发展
3. 测试仪器的发展进程 第一代:以电磁感应定律为基础的模拟指针式仪表; 第二代:以电子管或晶体管为基础的分离元件式仪表;
第三代:以集成电路为基础的数字式仪表;
测不准原理表明，本质上，科学不能做出超越 统计学范围的观测。在许多实际情况中，这并 不构成严重的障碍，统计数目巨大时，统计方 法可以提供比较可靠的依据，但是在牵涉到小 数目的情况下，就靠不住了。事实上在微观体 系里，测不准原理迫使我们不得不抛弃我们的 严格的物质因果观念。这就表明了科学基本观 发生了非常深刻的变化。 其实何止在微观世界，宏观世界也是如此。
现代测试系统的发展趋势
敏 感 元 件
调 理 元 件
多 路 A/D V/F 转 换 器
数 字 信 号 处 理
显 示 元 件
现代测试系统的的发展趋势
敏 感 元 件
调 理 元 件
数 据 采 集 卡
数 字 信 号 处 理
显 示 元 件
现代传统测试系统的的发展趋势
敏 感 元 件
调 理 元 件
数 据 采 集
第四代:以微处理器为基础的智能式仪表和以计算机 为基础的虚拟仪器;
第五代:以标准总线为信号传递路径的现场总线型测 控系统，是测试系统由单体独立式向集散式、分布式 发展的标志，形成了真正意义上的系统化结构。
绪 论
二、现代测试系统的基本结构与类型
1. 现代测试系统的基本组成: • 敏感元件或传感器 • 信号调理电路 • 采集卡 • 计算机。 2. 现代测试系统的基本类型: • 基本型 • 标准接口型 • 闭环控制型
现代测试技术知识与方法
可以发现黑盒测试和白盒测试都能发现的问题，提高软件的质量和可靠性。
灰盒测试
定义
单元测试是对软件中的最小可测试单元进行检查和验证，通常是对单个方法或函数的测试。
优点
可以发现代码级别的错误和问题，提高代码质量。
缺点
需要较高的技术水平和经验，对于大型复杂系统可能难以全面覆盖。
测试方法
单元测试通常采用白盒测试的方法，通过编写驱动程序来模拟外部输入并检查内部状态和输出结果。常用的单元测试框架包括JUnit、TestNG等。
单元测试
定义
集成测试是在单元测试的基础上，将多个模块或组件进行集成，检查它们之间的协调和交互是否正常。
测试方法
集成测试通常采用黑盒测试的方法，通过模拟外部输入并检查输出结果来验证多个模块或组件之间的协调和交互是否正常。常用的集成测试框架包括JUnit、TestNG等。
优点
可以发现模块或组件之间的协调和交互问题，提高系统的可靠性和稳定性。
通过现代测试技术，可以全面了解产品的性能和可靠性，及时发现和解决潜在问题，提高产品质量。
提高产品质量
降低生产成本
提升企业竞争力
现代测试技术能够快速、准确地检测产品，减少人工检测和返工成本，降低生产成本。
采用现代测试技术可以提高产品的质量和可靠性，增强企业的市场竞争力。
03
02
01
现代测试技术的重要性
03
基于风险的测试是一种将风险管理和测试相结合的测试方法。
基于风险的测试可以提高测试效率和效果，确保高风险部分得到充分关注和验证。
基于风险的测试可以根据风险评估结果来确定优先级和重点，优先对高风险部分进行深入的测试。
基于风险的测试可以通过风险识别、评估、优先级排序、实施相应的测试策略等方式进行。
现代材料测试技术
测试标准的统一和规范
目前，材料测试领域存在多种不同的测试标准和规范，这给测试结果的可比性和互操作性带来了挑战。为推动测试标 准的统一和规范，需要加强国际合作和交流，共同制定国际通用的测试标准和规范。
应用
广泛应用于生物学、医学、 材料科学等领域，用于观 察细胞、组织、材料等微 观结构。
优缺点
具有高分辨率、操作简便 等优点，但对样品制备要 求高，且对非金属材料成 像效果较差。
激光共聚焦显微镜技术
原理
利用激光作为光源，通过共聚焦 技术实现三维成像，可获得样品
的表面形貌和内部结构信息。应用适用于生物医学、材料科学等领 域，用于研究细胞、组织、材料
对操作环境要求较高。
04
电子显微分析技术
透射电子显微镜技术
原理
利用高能电子束穿透样品，通过电磁透镜成像，观察样品的内部 结构。
应用
用于研究材料的微观形貌、晶体结构、化学成分及相变等。
特点
具有高分辨率、高放大倍数和广泛的应用范围。
扫描电子显微镜技术
1 2
原理
利用聚焦电子束在样品表面扫描，通过检测样品 发射的次级电子等信号成像，观察样品表面形貌。
能测试。
非破坏性测试
在不破坏材料的情况下，利用物理、 化学等方法对材料进行测试。例如， X射线衍射、超声波检测、电子显 微镜观察等。
在线测试
在材料加工、使用过程中进行实时 测试，以监控材料性能和质量。例 如，自动化生产线上的无损检测、 实时监测等。
材料测试技术的原理和特点
原理
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信号实例
自然和物理信号
例如：语音、图象、地震信号、生理信号等
实例：雨声、地震信号
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印尼大地震震前次声异常信号分析
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印尼大地震震前次声异常信号分析
2004年12月26日印尼苏门答腊岛附 近印度洋海域的地震震级高达9. 0 (MW 9. 0)
07:14
信息的载体称为信号(Signal)。
信息 信号 如：古代的烽火；防空警笛；门铃；哑语。
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信号 (Signal)
信号是事物运动状态和方式的表现。 信号是物理性的，是物质，具有能量，它以
各种形式存在。
机械振动信号 心电图信号 光电信号 图像信号
本课程研究的是信号，是信息的一种载体。
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例1：热轧设备诊断
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例1
热轧设备诊断
问题及解决方法：
（1）怎样测量压力、振动 位移、电气信号以及控制 信号开关量？ （2） 信号如何传输？ （3） 多传感器信息融 合处理（fusion)？ （4） 设备的管理、调度 和控制
传感器技术
信息处理技术
计算机等技术
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例2
信 号 分 析 基 础
传 感 器 原 理
测 试 系 统 特 性
模 拟 信 号 处 理
数 字 信 号 处 理
虚 拟 仪 器 技 术
工 程 应 用
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学习方法
本课程是一门培养学生解决实际工程测量问 题的能力的专业技术基础课，课程具有很强的实 践性。 学习时应充分利用课程所开设实验和提供的 仿真课件。 只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能 得到应有的能力培养，才能更好的掌握书本知识 和具备解决实际测量问题的能力。 理论学习、实践学习和研究学习三元并重。
汽车防抱死制动系统ABS
ABS = Antilock Braking System
如果刹车片抱死车轮
汽车的制动力来自轮胎与地面的摩擦力，而地面与车轮
间的静摩擦系数大于滑动摩擦系数，则刹车距将增长。 前轮若抱死，前轮转向附着力达极限，即使转动方向盘， 汽车仍会沿原方向滑行。 后轮若抱死，后轮无法转动，如有侧向力，极易发生甩 尾现象。
1.1 测试技术的基本概念
测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种 物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。 测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程 参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。
简单的测试系统可以 只有一个模块，如玻 璃管温度计。它直接 将被测对象温度变化 转化液面示值。没有 电量转换和分析处理 电路，很简单，但测 量精度底，无法实现 测量自动化。 为提高测量精度和 自动化程度，以便 于和其它环节一起 构成自动化装置， 通常先将被测物理 量转换为电量，再 对电信号进行处理 和输出。如图所示 的声级计。
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c) 生产加工过程监测
切削力传感器，加 工噪声传感器，超 声波测距传感器、 红外接近开关传感 器等。
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扬子石化50MW热电机组监测系统 2、流程工业设备运行状态监控
阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态 荆门电厂200MW机组监测系统 关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。 青山热电厂生产信息实时查询系统 沙角电厂生产信息实时查询系统 宝钢30KW以上风机监测系统 宝钢精轧F2轧机网络化监测系统 宝钢冷轧带钢振动纹监测系统 武钢风机状态监测系统
测试技术定义
测试技术涵义 是研究客观事物变化规律的方法（手段），是从客观事
物中摄取有关信息的认识过程。运用专门的设备，通过 合适的实验方法和必要的数据处理，求得所研究的有关 信息的量值。 测试定义： 是具有 试验 性质的 测量。 Measurement & Test
为确定被测对象量值(Value)而进 行的实验过程
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1.2 测试技术的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
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1、工业自动化中的应用
在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作 用，是其重要组成部分。
a) 机械手、机器人中的传感器
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本课程的研究对象
（机械）工程 中的 动态 物理量
广义的
随时间而变化的
静态 物理量 不随时间而变化的
g的测量、电子半径（1964 MIT和Harvard 1966丁肇中） <1*10e-17m <1*10e-24m
G目前测量最高精度是13个ppm，角加速度法测量
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例：电机故障诊断实验结果
上图分别为典型合格品与废品的振动频谱。
图中可看出，废品的频谱图中往往在某一频率有较
大的幅值。
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三个实际问题的启示
机、电、液、气技术相结合；
传感器、信息处理、计算机技术的综
合运用； 相关学科的整体发展才可能有某一项 技术的提高。 测试技术是解决这类问题的第一步。
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例：电机故障诊断实验步骤
具体检测步骤如下：
（1）将装有微型加速度计的测头接触传送
带上运送的电动机； （2）检测电动机的振动信号，经放大器后 输入FFT分析仪； （3）将检测得的振动频谱与预先在分析仪 中设定的判别谱进行比较； （4） 进行合格与否判断，输出判断信号。
现代测试技术
主讲教师：李锡文 教授 李俊杰 电子邮件： xiwenli@ calvin_junjie@ 办公地址：湖北工程学院科技楼一楼 彩虹学者办公室 实验员办公室
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课程内容
本课程主要介绍工业自动化、环境监测、楼 宇控制、交通等领域中常见物理量(压力、应变、 位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测 量电路原理、信号分析及处理方法。 内容如下 绪 论
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考试
实验报告，平时作业和考勤：30分。
实验报告10分
平时作业10分
考勤10分
期终考试占：70分。
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第一章
绪论
本章学习要点： 1.1 掌握测试技术的概念及研究内容
1.2 了解测试技术的应用情况
1.3 了解测试技术的发展动态
1.4 了解主要测试仪器生产厂商
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课程学习资源
教材 卢文祥，杜润生. 工程测试与信息处理(第二版). 武 汉：华中科技大学出版社，2002.4. 康宜华. 工程测试技术. 武汉：机械工业出版社， 2005.7.
参考书 奥本海默 信号与系统 吴湘淇 信号、系统与信号处理 学习工具 软件 Matlab MiniDRV
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测试技术的基本内容
测试技术的内容相当广泛。 例如：医生给病人看病。 病情
信息的获取
观察
处理
人
简单检查 仪器检查
诊断
பைடு நூலகம்
治疗
病灶
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典型信号处理过程
信息 对象 信息获取 信号分析 （静态） 信号分析 信 号 源 传 感 器 中间变换 信号处理 （动态）
记录
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信息--信息的定义
从纯客观的角度，信息定义为：
事物 运动 的 状态
广 义 的 广 义 的 相对稳定
和
方式
运动变化
事物运动的两个基本侧面
注意：信息是客观存在的，但本身不是物质，不具有能 量。“不是东西”。
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信息的基本性质
信息的基本性质 可识别（可获取）； 可转换； 可存储； 可传输； 信息的传输依靠物质能量，一般来说，传输
1.1 测试技术的基本概念
一般说来，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。
信息转换 信息提取
•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。
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信号实例
自然和物理信号
例如：语音、图象、地震信号、生理信号等
实例：人的心音、弓头鲸发出声音
图 正常心音时域波形图
图 房室隔缺损病人心音时域波形图
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信号实例
人工产生的信号
例如：雷达信号、通讯信号、医用超声信号、机械
探伤信号等 实例：雷达信号、机械声音
对未知事物的探索性认识过程(Process)， 是一个动态过程而非静止
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测试的意义 测试是人类认识自然、掌握自然规律的实践途径
之一，是科学研究中获得感性材料、接受自然信 息的途径，是形成、发展和检验科学理论的实践 基础。
测试属于信息科学范畴，因而被称为信息探测工
程学。
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信息 (Information)
较为典型和著名的几个定义：
美国科学家维纳(N. Wiener)在1948年出版的奠基性著作
《控制论--动物和机器中的通信与控制问题》一书中指 出：“信息就是信息，不是物质，也不是能量。”
美国科学家山农(C. E. Shanon)在1948年“通信的数学
理论”一文中定义为：“能够用来消除不定性的东西。”
转动 / 移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。