2013西电自动测试1.ppt
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1、1,自动测试技术,西安电子科技大学 机电工程学院,测控工程与仪器系 贺华,Automatic Test Technology,2,老师联系方式 电话:15594843078 邮箱:,西安电子科技大学 机电工程学院,3,自动测试技术课程的教学目标与任务: 为测控技术与仪器专业技术类课程中的专业必修课,是为了提高学生在计算机测控系统设计和智能化仪器仪表设计方面的能力而设置的。课程主要介绍了常用的自动测试技术,自动测试系统的组成和设计方法,使学生熟悉和掌握构成自动测试系统常用的设计方法,具备较全面的自动测试系统分析、设计能力。为今后从事测控技术和智能化仪器仪表方面的销售、运维和研发打下较好的基础。,
2、课程背景,4,教学目标本课程与其他课程的联系与分工: 自动测试技术课程综合性、应用性强,是测控技术与仪器专业的专业主干课程之一,涉及到C语言程序设计、数字电路与逻辑设计、微机原理与系统设计、单片机原理与程序设计、电子测量技术等基础课专业课的相关知识,要求在先修课程中要能基本具备数字电路的设计、微机原理与接口、单片机原理与程序设计等能力。同时本课程也为“虚拟仪器设计”课程的学习建立基本概念。,课程背景,5,教材:,课程背景,6,网上学习平台: 访问 中的栏目”教育教学”-“精品课程”,,课程背景,7,课程背景,8,课程背景,9,课程背景,10,课程背景,11,课程背景,12,参考书:,课程背景,
3、13,参考书:,课程背景,14,参考书:,课程背景,15,第1章 概 论,自动测试技术,16,1.1 测试系统的组成和特性 1.2 基本测试技术的分类 1.3 测试技术的自动化 1.4 自动测试技术的发展 1.5 自动测试系统的特点,自动测试技术,第1章 概 论,17,1.1 测试系统的组成和特征,一、测试的概念,测试:泛指生产和科学实验中经常进行的满足一定准确度要求的试验性测量过程。 人们通过测试可以取得研究对象的有关信息,能够正确地了解被测物理对象的量值或特性。,测试技术:研究和探索对各种被测对象实现试验性测量过程的途径和方法。 事实上,凡是需要研究某种客观事物和现象时,在要希望弄清被研究
4、对象的状态、变化和特性并对其进行一定的定量描述和定性说明时都离不开测试技术。,18,二、测试系统的组成,一个典型的传统测试系统一般由哪几部分组成?,19,一个典型的传统测试系统常由实验装置、测试部件、数据处理和输出设备等几部分组成。,测量部分,(激励装置),(结果表达),我们的测试工作就是要根据不同的测试对象,选择适当的传感器,设计或选择有效而准确的中间变换电路、测量仪器和信号处理部件,以最方便、科学的形式把测试结果显示出来。,20,三、测试系统的特性描述,测试系统特性描述分系统质量指标、系统的静态特性和系统动态特性三个方面。,21,一个测试系统的性能常用以下几种质量指标来描述: ()准确度。
5、测试系统的准确度(或称精度)用来表示测试结果值与被测量真值的一致程度,它的定义方法与电子测量是一致的。准确度往往可用测量误差的大小来表示。 ()分辨率。指测试系统能检测到的输入信号的最小变化的能力,可用数值量或灵敏量程的百分数来表示。 ()测试范围。指系统中测量电路或仪器能够正常工作的被测量的量值范围。在讨论测试范围时必须注意系统的工作频率范围。,1、测试系统的质量指标,22,如果测量时,测试装置的输入、输出信号不随时间而变化,则称为静态测试。 静态测试时,测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。 在静态测试中,系统的输入输出关系与时间无关。理想系统的静态特性可用如下表达式表示: y=ax+
6、b (0-1) 由于系统实际情况并非如(0-1)式表示的那样理想,因此系统的静态特性可以用直线性、灵敏度、滞后量(差)等参数来描述。,2、测试系统的静态特性描述,23,()直线性 它一般指系统的输入输出关系接近理想线性关系的程度。 理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。,24,非线性度:标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。若在标称(全量程)输出范围A内,标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B,则定义非线性度为 非线性度=B/A100%,拟合直线该如何确定,目前国内外还无
7、统一的标准。 较常用的是最小二乘法。,25,用测试系统的输入与输出信号的变化之比来表示。,()灵敏度 它用来表示测试系统的输入输出之间量值比例的对应关系。常用两种表示方法:,例如,某温度测试系统,每当被测温度变化1时,系统输出电压变化100mV,则可知系统的灵敏度 为100mV。,灵敏度(s)输出信号变化量输入信号变化量 (0-2),26,例如,用示波器观测信号时,输入信号为3.2V ,在示波器屏幕上显示的波形偏转了6.4div,这时示波器的偏转灵敏度为0.5V/div 。在这种情况下,测试另一个信号,显示了5div,按0.5V/div灵敏度计,就可估算出该信号为2.5V。这种定义方法所得结果
8、与第一种恰好是互为倒数,因此有时也称为“传输因数”(r)。由于它与电流表灵敏度的估算方法是一致的,将它称为“测试灵敏度”比较容易理解,用起来也方便,人们也就直呼它为仪器的测试灵敏度了。,有时为了理解方便,灵敏度也可用测试系统或仪表的输出指示刻度每变化一分度所对应的输入信号变化量来表示。,灵敏度(s)输入信号的变化量输出指示刻度的变化量 (0-3),27,灵敏度的量纲由输入和输出的量纲决定。 应该注意的是,装置的灵敏度越高,就越容易受外界干扰的影响,即装置的稳定性越差。,28,滞后量也称滞后差,表示系统的输入信号有正反方向变化时,测试系统的输出呈现的非重合结果误差。 在整个测试范围内,当系统输入
9、发生相反方向变化时,在同一个输入点上输出非重合的最大差值称为系统的滞后量。,(3)滞后量,29,传感器的滞后误差表明传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行程期间输出-输入曲线不重合的程序,也就是说,对应于同一大小的输入信号,传感器正、反行程的输出信号大小不相等。 滞后误差是传感器、测量装置和仪器的一个性能指标,它反映了传感器的机械部分和结构材料方面不可避免的弱点,如轴承摩擦、灰尘积塞、间隙不适当、螺钉松动、元件磨蚀或碎裂以及材料的内摩擦。滞后误差大小一般由实验确定 。,(3)滞后量,30,灵敏阀:又称为死区,用来衡量测量起始点不灵敏的程度。 稳定性:是指在一定工作条件下,当输入量不变时,
10、输出量随时间变化的程度。 可靠性:是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。,(4)静态响应特性的其他描述,31,3、测试系统的动态特性描述,在对动态物理量(如机械振动的波形)进行测试时,测试装置的输出变化是否能真实地反映输入变化,取决于测试装置的动态响应特性。 系统的动态响应特性一般通过描述系统传递函数、频率响应函数等数学模型来进行研究。,32,系统的动态特性反映了系统对被测时间信号的响应能力,一般用系统的传递函数来表示。,H(s)=(bmsm+bm-1sm-1+b1s1+b0 ) /(ansn+an-1sn-1+a1s1+a0 ),在实际中,稳态系统的动态特性常用幅频特性(即波特图)来
11、表示,而对暂态系统则要用系统的暂态响应函数来表示。常见的多为一阶或二阶系统。,33,1.2 基本测试技术的分类,一、频域测试(稳态测试 ),频域测试是从频率组成和频率响应特性的角度来分析被测信号或系统特征的。,对一个具体的测试过程来讲,被测对象不同,测试方法也各不相同。归纳起来基本测试技术可分频域测试、时域测试、数据域测试和统计域测试四类。,在这种情况下,可以不考虑时间因素,整个测试过程与时间无关,也即这种测试过程是在被测对象处于稳态的情况下进行的。由此,频域测试又称为稳态测试。,34,常见的频域测试有网络分析和信号频谱分析两种情况。,网络分析用于研究一个被测系统的频率响应特性,以便判别该系统
12、的性能。常用正弦信号作为激励测试信号,在所关心的频率范围内测出被测网络的频率响应特性。根据测试结果,再分析它与测试信号的关系,求得被测网络系统的传递函数。 在自动网络分析仪中还可根据传递函数的幅频相频特性进一步推算出最大传递系数、中心频率、-3 dB带宽、-20 dB带宽、阻带抑制比以及群延迟时间及其波动等网络参数。,35,信号的频谱分析是频域测试的另一个内容。它用于研究被测信号的频率组成和它的分布,从而可以判断被测信号的性质或态势。 实现信号频谱分析的方法有多滤波器实时分析法和超外差式扫频频谱分析法两种。在自动频谱分析仪中常采用后一种方法。,36,二、时域测试(脉冲测试 、瞬态测试 ),时域
13、测试也称脉冲测试,用于实现对信号波形的观测和对系统瞬态特性的研究,观测被测信号的时间变化过程。因此,时域测试也可称作瞬态测试。常见的时域测试仪器有示波器、波形记录仪、存贮示波器等。,事实上,时域测试和频域测试是研究同一过程的两种方法,它们是可以互译的。在现代自动测试仪器中,可以通过一定的算法直接将时域测试结果推演出频谱分析的结论来。,37,三、统计域测试,在近代测试技术中,许多研究对象具有不确定性,常称随机信号,统计测试是研究这种随机信号的重要方法。它包括以下三个方面:,(1)对各种不确定信号的统计特性进行测量。,(2)用具有特定统计规律的随机信号作测试激励信号,通过对系统响应的统计测试,实现
14、对被测系统的统计特性研究 。,(3)用于实现对被噪声污染的信号进行精确的检测 。,38,我们知道,描述随机过程统计特性的主要参数有以下几种:,39,实际统计测试过程中求平均的时间总是有限的,因此只能测得以上参数的估算值,会给测试结果带来误差。而且,由于测试对象是随机的,故统计特性的估值误差也是随机的。按统计误差理论分析,如果被测随机过程是正态分布的,则在所有可能的测试结果中有68的测量误差将小于一个值;95的测量误差总是小于2。显然,测量次数愈多,随机误差就愈小。,40,随机测试技术所用激励信号有两种形式,在进行系统的动态测试或对系统工作性能进行估测时,常用白噪声作测试信号 。 统计测试还可用
15、伪随机信号作测试信号。它是一组由计算机直接产生的二进制数字序列,具有与随机信号一样的频谱和高斯概率分布特性,只要将统计测试的时间间隔取值为测试信号周期的整数倍,则测试结果不会出现统计误差。因此它在近代测试技术中被广泛采用。,41,四、数据域测试,在数字技术和计算机技术设备中都是以数字信号来传递和处理信息的。在它们的设计、调试以及一旦出现故障而必须开机检查时,人们所感兴趣和关心的是如何获取各种必要的数字信息(地址信息、数据信息和各种控制信息),希望在观测这些信息的同时能完成故障的诊断和判别。,42,43,由于数字系统中的信号具有以下特征: (1)数字信号几乎都是多位传输且用逻辑状态0,1来表示其
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