1、测试技术概述、组成、原理和典型应用测试技术概述、组成、原理和典型应用课 程 内 容 测试技术的概念、测试系统的构成测试技术的概念、测试系统的构成智能检测系统的组成及基本原理智能检测系统的组成及基本原理智能检测技术的典型应用及发展智能检测技术的典型应用及发展测试系统的特性、信号分析基础等测试系统的特性、信号分析基础等 智能传感器、数字信号处理技术等智能传感器、数字信号处理技术等 基于视觉的图像检测技术、虚拟仪器技术等基于视觉的图像检测技术、虚拟仪器技术等课 程 目 录 第第1 1章章 测试技术概述测试技术概述第第2 2章章 数字信号处理技术数字信号处理技术第第3 3章章 智能传感器智能传感器第第
2、4 4章章 虚拟仪器虚拟仪器第第5 5章章 图像检测技术图像检测技术第1章 测试技术概述 1.1 测试技术基本概念测试技术基本概念1.2 信号分析基础信号分析基础1.3 测试装置基本特性测试装置基本特性1.4 智能检测技术的概况智能检测技术的概况1.1 测试技术基本概念1.1.1 什么是什么是测试技术测试技术？测试技术测试技术（Measurement and Test Technique） 是测量和试验技术的统称。是测量和试验技术的统称。测试的基本任务：测试的基本任务： 获取有用的信息，获取有用的信息，即借助专门的设备、仪器、设即借助专门的设备、仪器、设计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处
3、理，获计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处理，获得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输入到其它信息处理装置、控制系统。入到其它信息处理装置、控制系统。被测对象被测对象观察者观察者温度如何测出来？温度如何测出来？1.1 测试技术基本概念1.1.2 一个测试过程如何进行一个测试过程如何进行？被测对象被测对象输入输入信号信号输出输出信号信号观察者观察者显示结果：显示结果：刻度线刻度线变换：变换：V V H H玻璃管玻璃管敏感元件：敏感元件：酒精、水酒精、水银银1.1 测试技术基本概念1.1.2 一个测试过程如何进行一个测试过程如何进行？被测对
4、象被测对象信号信号输入输入输出输出信号信号观察者观察者显示结果：显示结果：刻度线刻度线变换：变换：V HV H玻璃管玻璃管敏感元件：敏感元件：酒精酒精、水银、水银传感器传感器中间变换器中间变换器显示记录装置显示记录装置1.1 测试技术基本概念1.1.2 一个测试过程如何进行一个测试过程如何进行？装置装置：中间变换器中间变换器变换、分析、处理信号变换、分析、处理信号显示记录装置显示记录装置显示、记录测试结果显示、记录测试结果非电量的电测法非电量的电测法1.1 测试技术基本概念1.1.3 测试系统的组成测试系统的组成信号信号：被测量被测量传感器传感器感知并转换感知并转换信号信号注注 意意输出量与输
5、入量之间应保持线性关系输出量与输入量之间应保持线性关系。尽尽量量减少或消除各种干扰。减少或消除各种干扰。1.1 测试技术基本概念1.1.3 测试系统的组成测试系统的组成1.1 测试技术基本概念1.1.4 测试、测量和计量的概念测试、测量和计量的概念什么是测试？什么是测试？ 测试测试是指具有试验性质的测量，是指具有试验性质的测量，或测量和试验的综合。或测量和试验的综合。1.1 测试技术基本概念1.1.4 测试、测量和计量的概念测试、测量和计量的概念什么是测量？什么是测量？ 测量测量是指以确定被测对象的量值是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。为目的而进行的实验过程。1.1 测试技术基本
6、概念1.1.4 测试、测量和计量的概念测试、测量和计量的概念什么是计量？什么是计量？ 计量计量是指为实现单位统一是指为实现单位统一和量值准确可靠而进行和量值准确可靠而进行的测量。的测量。1.1 测试技术基本概念1.1.5 测量方法测量方法直接测量直接测量间接测量间接测量组合测量组合测量直接通过直接通过测量仪器测量仪器得到被测量得到被测量的值的值根据已知根据已知函数关系，函数关系，通过直接测量值通过直接测量值计算出计算出被测量的值被测量的值被测量与被测量与可测量之间可测量之间按已知关系按已知关系组合成一组方程组合成一组方程（函数关系），（函数关系），通过解方程组通过解方程组得到被测量得到被测量的
7、值的值1.1 测试技术基本概念1.1.6 测量误差测量误差什么是什么是测量误差测量误差？ 测量误差测量误差=测量结果测量结果真值真值1.1 测试技术基本概念1.1.6 测量误差测量误差测量误差分类测量误差分类系统误差系统误差粗大误差粗大误差随机误差随机误差1.1 测试技术基本概念1.1.6 测量误差测量误差误差表示方法误差表示方法绝对误差绝对误差引用误差引用误差相对误差相对误差分贝误差分贝误差 绝对误差绝对误差=测量结果测量结果-真值真值 相对误差相对误差=绝对误差绝对误差真值真值 引用误差引用误差=绝对误差绝对误差引用值引用值 分贝误差分贝误差=20lg（测量结果（测量结果真值）真值）1.1
8、 测试技术基本概念1.1.7 测量精度和不确定度测量精度和不确定度什么是什么是测量精度测量精度？ 测量精度测量精度是泛指测量结果的可信程度。是泛指测量结果的可信程度。规范化术语：规范化术语：准确度、精密度、正确度、不确定度准确度、精密度、正确度、不确定度1.1 测试技术基本概念1.1.7 测量精度和不确定度测量精度和不确定度测量精密度测量精密度测量正确度测量正确度测量准确度测量准确度表示测量表示测量结果中结果中随机误差随机误差大小的误差大小的误差表示测量表示测量结果中结果中系统误差系统误差大小的程度大小的程度表示测量表示测量结果和结果和被测量被测量真值之间真值之间的一致程度的一致程度测量不确定
9、度测量不确定度表示对表示对被测量被测量真值所处真值所处量值范围量值范围的评定的评定1.1 测试技术基本概念1.1.7 测量精度和不确定度测量精度和不确定度不确定度不确定度A类分量类分量用统计方法算出来用统计方法算出来B类分量类分量根据经验或其他信息估计出来根据经验或其他信息估计出来1.1 测试技术基本概念1.1.8 测量结果的表达方式测量结果的表达方式测量结果测量结果=样本平均值样本平均值不确定度不确定度在直接测量的情况下，在直接测量的情况下，不确定度不确定度可用可用样本平均值样本平均值的的标准偏差标准偏差来表征。来表征。1.1 测试技术基本概念1.1.8 测量结果的表达方式测量结果的表达方式
10、数学公式：数学公式： nsxxXx nxxnii 11)(12 nxxsnii1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类什么是信号？什么是信号？蕴含蕴含着信息着信息且能且能传输传输信息信息的的物理量物理量1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类信号的分类信号的分类确定性信号确定性信号随机信号随机信号离散信号离散信号连续信号连续信号能量信号能量信号功率信号功率信号1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类 1 1、确定性信号、确定性信号与随机信号与随机信号（非确定性信号）（非确定性信号） 可以用明确的数学关系式或图表描述的信号称
11、为可以用明确的数学关系式或图表描述的信号称为确定性确定性信号信号，反之，不能用数学关系式或图表所描述的，反之，不能用数学关系式或图表所描述的随机过程的随机过程的信号称信号称为为随机信号随机信号。 随机信号随机信号1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类 1 1、确定性信号、确定性信号与随机信号与随机信号（非确定性信号）（非确定性信号） 1 1）确定性信号确定性信号又分为又分为周期信号周期信号和和非周期信号非周期信号。 周期信号周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号：经过一定时间可以重复出现的信号。a) x(t)=x(t+nT)简单周期信号简单周期信号复杂周期信号复杂周
12、期信号1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类tttx2sinsin)( 准周期信号准周期信号: :由多个周期信号合成，但各信号频率不成由多个周期信号合成，但各信号频率不成公倍数。如：公倍数。如： 1 1、确定性信号、确定性信号与随机信号与随机信号（非确定性信号）（非确定性信号） 1 1）确定性信号确定性信号又分为又分为周期信号周期信号和和非周期信号非周期信号。 非非周期信号周期信号：不会不会重复出现的信号重复出现的信号。瞬态信号瞬态信号: :持续时间有限的信号，如持续时间有限的信号，如：)2sin()(ftAetxBt 1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类
13、信号的定义与分类 1 1、确定性信号、确定性信号与随机信号与随机信号（非确定性信号）（非确定性信号） 2 2）随机随机信号信号又分为又分为平稳平稳和和非平稳非平稳随机信号随机信号。噪声信号噪声信号(平稳平稳)统计特性变异统计特性变异噪声信号噪声信号(非平稳非平稳)1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类 2 2、连续信号与离散信号、连续信号与离散信号 信号数学表达式中的独立变量取值是连续的称为信号数学表达式中的独立变量取值是连续的称为连续信连续信号号。若独立变量取值离散则称为。若独立变量取值离散则称为离散信号离散信号。模拟信号模拟信号：独立变量和幅值均取连续值的信号。独
14、立变量和幅值均取连续值的信号。数字信号数字信号：独立变量和幅值均取离散值的信号。独立变量和幅值均取离散值的信号。1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类 3 3、能量能量信号与信号与功率功率信号信号1 1）能量信号能量信号 在分析区间（在分析区间（-，）内内能量为有限值的信号称能量为有限值的信号称为为能量能量（有限）（有限）信号信号，满足条件：，满足条件： dttx)(2 一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号1.2 信号分析基础1.2.1 信号的定义与分类信号的定义与分类 3 3、能量能量信号与信号与功率功率信号信号2 2）功率）功率
15、信号信号 在分析区间（在分析区间（-，）内内能量能量是无是无限值的限值的，但在，但在有限区间有限区间（t1，t2）平均功率有限的平均功率有限的信号称为信号称为功率（有限）功率（有限）信号信号，满足条件：，满足条件： dttxtttt)(121212 一般持续时间无限的信号都属于功率信号一般持续时间无限的信号都属于功率信号1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述1 1、时域描述和频域描述的概念时域描述和频域描述的概念 直接观察或记录到的信号，一般是直接观察或记录到的信号，一般是以时间为独立变以时间为独立变量，反映的是信号幅值随时间的变化关系量，反映的是信号
16、幅值随时间的变化关系，因而称其为，因而称其为信号的信号的时域描述时域描述。数学表达式数学表达式图形图形1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述1 1、时域描述和频域描述的概念时域描述和频域描述的概念时域描述存在问题：时域描述存在问题： 为什么有的声音尖细？有的声音粗重？为什么有的声音尖细？有的声音粗重？ 一个振动的设备，振源如何寻找？一个振动的设备，振源如何寻找？ 下面这个信号里还有其它频率吗？下面这个信号里还有其它频率吗？1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述1 1、时域描述和频域描述的概念、时域描述和频域描述
17、的概念 为了解决上述问题，人们借助于数学工具，将为了解决上述问题，人们借助于数学工具，将时域描述的信号转换到频域去，从另一个角度揭示信时域描述的信号转换到频域去，从另一个角度揭示信号的特征。号的特征。傅里叶傅里叶变换变换x(t)0 t0 fX(f)1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述1 1、时域描述和频域描述的概念时域描述和频域描述的概念 若若把信号变换成把信号变换成以频率为独立变量，由此来反映以频率为独立变量，由此来反映信号的频率结构和各频率成分与幅值、相位之间的关信号的频率结构和各频率成分与幅值、相位之间的关系，系，信号的这种描述方法称之为信号的
18、这种描述方法称之为频域描述频域描述。数学表达式数学表达式图形图形幅频谱、相频谱幅频谱、相频谱须同时存在！须同时存在！1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述1 1、时域描述和频域描述的概念时域描述和频域描述的概念例：例：大型空气压缩机传动装置故障诊断大型空气压缩机传动装置故障诊断1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续周期信号时域：连续周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 频域：非周期离散信号频域：非周期离散信号 三角函数形式三角函数形式, 3 , 2 , 1
19、)(inA)(100 ntnsatxnnn 220000)(1TTdttxTa22Annnba nnnbaarctan 220000cos)(2TTntdtntxTa 220000sin)(2TTntdtntxTb 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续周期信号时域：连续周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 频域：非周期离散信号频域：非周期离散信号 02,20 ,)(00tTATtAtx, 5 , 3 , 1)33sin(34)sin(4)sin(4)sin()(0010100 ntAtAntnn
20、AtnAatxnnnn 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续周期信号时域：连续周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 频域：非周期离散信号频域：非周期离散信号基波（1次谐波）3次谐波5次谐波7次谐波 1000)5sin513sin31(sin4nttttx 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续周期信号时域：连续周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 频域：非周期离散信号频域：非周期离散信号1次谐波1、
21、3次谐波1、3、5次谐波1、3、5、19次谐波1、3、5、39次谐波1、3、5、199次谐波1、3、5、1999次谐波叠加演示叠加演示1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续周期信号时域：连续周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 频域：非周期离散信号频域：非周期离散信号 复指数函数形式复指数函数形式,2,1,0)()(0 nectxntnjnn 220000)(1TTdttxTc 220000)(1TTtjnndtetxTc 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频
22、域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续周期信号时域：连续周期信号 傅里叶级数傅里叶级数 频域：非周期离散信号频域：非周期离散信号 02,20 ,)(00tTATtAtx, 5, 3, 12, 2, 1, 0)()2()(00 nenAnectxntnjntnjnn 偶对称偶对称奇对称奇对称1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续非周期信号时域：连续非周期信号 傅里叶变换傅里叶变换 频域：非周期连续信号频域：非周期连续信号dtetxfXftj 2)()( 傅里叶变换
23、：傅里叶变换：时域时域频域频域傅里叶逆变换：傅里叶逆变换：频域频域时域时域dfefXtxftj 2)()( 相频谱相频谱幅频谱幅频谱)()(sin)(fjefTcTfW 0)(sin0)(sin0)(fTcfTcf 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时域：连续非周期信号时域：连续非周期信号 傅里叶变换傅里叶变换 频域：非周期连续信号频域：非周期连续信号 2021)(TtTttw1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域
24、描述的转换连续周期信号连续周期信号 与与 连续非周期信号的关系连续非周期信号的关系1)(101nnFTF)(0F)(101FTnF)(tf)(0tf1n1T1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时间尺度改变特性时间尺度改变特性)()(fXtx若：若：)0()(1)( kkfXkktx则则：1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时间尺度改变特性时间尺度改变特性1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域
25、描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时间尺度改变特性时间尺度改变特性规律：规律： k1，时域压缩，频域扩展，幅值降低；，时域压缩，频域扩展，幅值降低； k1，时域扩展，频域压缩，幅值升高。，时域扩展，频域压缩，幅值升高。对测试工作的意义：对测试工作的意义： 时域压缩，提高了处理信号的效率。但频域信号时域压缩，提高了处理信号的效率。但频域信号频带加宽，对仪器设备通频带的要求也提高了。反过频带加宽，对仪器设备通频带的要求也提高了。反过来，来，时域扩展，处理信号的效率会下降，但频域信号时域扩展，处理信号的效率会下降，但频域信号频带变窄，对仪器设备通频带的要
26、求也降低了。频带变窄，对仪器设备通频带的要求也降低了。1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时移特性时移特性ftjefXttx020)()( 则则：)()(fXtx若：若： )2()(2)(00)()(ftjfftjfefXeefX 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换时移特性时移特性规律：规律： 信号在时域信号在时域中平移，频域中中平移，频域中幅频谱不变，相幅频谱不变，相频谱（相位）会频谱（相位）会变化。
27、变化。相位改变量：相位改变量： ft02 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述2 2、时域描述时域描述频域描述的转换频域描述的转换卷积性质卷积性质)()()()()()()()(21212121fXfXtxtxfXfXtxtx 则则：)()()()(2211fXtxfXtx，若若：dttxxtxtx)()()()(2121 1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系加减运算加减运算相 加 运 算相 减 运 算0tttgsgn)( 2220tttgsgn)( 2221110t)(
28、tg2210ttsgn1111.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系乘法运算乘法运算0t)(tg2210ttsgn11相乘运算0tttgsgn)(22111.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系平移运算平移运算0t)(tf31-10t) 2( tf11-3向左平移超前于)(tf向右平移0t) 1( tf41滞后于)(tf1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系反褶运算反
29、褶运算1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系尺度变换尺度变换0t)(tf-21420t)2 ( tf-112221压缩0t)2(tf-41824扩展1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系卷积运算卷积运算图解法图解法时时刻刻的的卷卷积积值值。就就是是曲曲线线下下的的面面积积积积分分，相相乘乘，平平移移，反反褶褶，变变量量置置换换，ttffetffdtffcffbftfftfa)()(.);()(.);()(.);()(.);()(),()(.
30、212122222211 的的卷卷积积值值。即即可可得得到到所所有有相相应应时时刻刻无无重重合合面面积积为为止止，与与，直直至至不不断断平平移移)()()(212tfftf1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系卷积运算卷积运算图解法图解法01-11011221)(1f)(2f0)(2f-12211)(2tf01-11)(1f1t21t221)(2tf1-1)(1f1t21t012)(2tf01-11)(1f1t21t2)(2tf01-11)(1f1t21t2)(2tf1-1)(1f1t21t0120.50.50.50
31、.5置换置换 反褶反褶 平移平移 继续平移继续平移 结结束束1.2 信号分析基础1.2.2 信号的时域描述和频域描述信号的时域描述和频域描述3 3、信号的运算关系信号的运算关系卷积运算卷积运算图解法图解法0t)(1tf1-110t)(2tf11221210t)(ty223-12189815*1.3 测试装置基本特性1.3.1 测试装置对输入信号的响应测试装置对输入信号的响应)()()(tythtx时域：时域：)()()(X YH频频域域：* = =1.3 测试装置基本特性1.3.1 测试装置对输入信号的响应测试装置对输入信号的响应测试工作解决的问题测试工作解决的问题已知输入、输出，求系统特性。
32、已知输入、输出，求系统特性。已知输入、系统特性，求输出。已知输入、系统特性，求输出。已知系统特性、输出，求输入。已知系统特性、输出，求输入。测定未知装置的特性测定未知装置的特性检验、校准仪器装置检验、校准仪器装置测出未知信号测出未知信号1.3 测试装置基本特性1.3.1 测试装置对输入信号的响应测试装置对输入信号的响应对测试装置的要求对测试装置的要求输入、输出必须是单值、确定的关系。输入、输出必须是单值、确定的关系。输入、输出必须是线性关系。输入、输出必须是线性关系。结论：结论： 测试装置必须是线性系统！测试装置必须是线性系统！1.3 测试装置基本特性1.3.1 测试装置对输入信号的响应测试装
33、置对输入信号的响应测试装置和输入、输出信号之间的时域数学模型测试装置和输入、输出信号之间的时域数学模型)()()()()()()()(01110111txbdttdxbdttdxbdttdxbtyadttdyadttdyadttdyammmmnnnn 输输出出信信号号及及其其各各阶阶导导数数)(ty输输入入信信号号及及其其各各阶阶导导数数)(tx系统特性系统特性和和011011,bbbbaaaammnn 1.3 测试装置基本特性1.3.1 测试装置对输入信号的响应测试装置对输入信号的响应线性系统频率保持特性线性系统频率保持特性 线性系统输出信号的频率与输入信号的频率保持一致。线性系统输出信号的
34、频率与输入信号的频率保持一致。对测试工作的意义：对测试工作的意义： 由此即可判断出输出信号中只有与输入信号频率相同的由此即可判断出输出信号中只有与输入信号频率相同的部分才是由输入信号引起的输出，其它部分则可以认为是干部分才是由输入信号引起的输出，其它部分则可以认为是干扰信号引起的输出从而加以排除。扰信号引起的输出从而加以排除。1.3 测试装置基本特性1.3.2 测试装置的静态特性测试装置的静态特性测试装置测量静态量时表现出来的特性。测试装置测量静态量时表现出来的特性。)()()()()()()()(01110111txbdttdxbdttdxbdttdxbtyadttdyadttdyadttd
35、yammmmnnnn )()(00txbtya 是是常常值值！)(tx1.3 测试装置基本特性1.3.2 测试装置的静态特性测试装置的静态特性测试装置静态特性描述指标：测试装置静态特性描述指标：线性度：线性度：线性度是指测试装置输出与输入之间保线性度是指测试装置输出与输入之间保持常值比例关系的程度。持常值比例关系的程度。灵敏度：灵敏度：灵敏度是用来描述测试装置对输入变化灵敏度是用来描述测试装置对输入变化的反应能力。的反应能力。灵敏度定义为：灵敏度定义为：)()(00txbtya )(00abkkxy xyS xy0 xy1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测
36、试装置测量动态量时表现出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。时域数学模型：时域数学模型：问题：问题：直接使用不方便，需要转换！直接使用不方便，需要转换！)()()()()()()()(01110111txbdttdxbdttdxbdttdxbtyadttdyadttdyadttdyammmmnnnn 1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测试装置测量动态量时表现出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。频域数学模型频域数学模型频率响应函数频率响应函数 频率响应函数是系统输出信号傅里叶变换与输入信频率响应函数是系统输出信号傅里叶变换与输入信号傅里
37、叶变换的比值！号傅里叶变换的比值！)()()()()( XYjXjYH dtetyYtj )(21)(dtetxXtj )(21)(1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测试装置测量动态量时表现出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。频域数学模型频域数学模型频率响应函数频率响应函数)()()()()()()()()()()( xyxyjjjeXYeXeYXYH )()()( jeAH )()()( XYA 幅频特性幅频特性)()()( xy 相频特性相频特性1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测试装置测量动态量时表现
38、出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。频域数学模型频域数学模型频率响应函数频率响应函数意义：意义：输出与输入信号的输出与输入信号的相位差！相位差！)()()( XYA 幅频特性幅频特性意义：意义：输出与输入信号的输出与输入信号的幅值比！幅值比！)()()( xy 相频特性相频特性1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测试装置测量动态量时表现出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。频域数学模型频域数学模型频率响应函数频率响应函数 例：例：已知系统传递函数已知系统传递函数 ，若输入信，若输入信号为号为 ，求输出信号。，求输出信号。 分析：分析：输
39、出信号的频率不变！输出信号的频率不变！ （频率保持特性）（频率保持特性） 问题：问题：输出信号幅值、相位如何变？输出信号幅值、相位如何变？ 005. 011)(jH )60200sin(10)( ttx1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测试装置测量动态量时表现出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。频域数学模型频域数学模型频率响应函数频率响应函数 解：解： 005. 011)(jH 已已知知：)005. 0arctan()()005. 0(11)(2 ，则则：A200 代代入入：45)005. 0arctan()200()( 22)005. 0(1
40、1)200()(2 AA可可得得：1.3 测试装置基本特性1.3.3 测试装置的动态特性测试装置的动态特性测试装置测量动态量时表现出来的特性。测试装置测量动态量时表现出来的特性。频域数学模型频域数学模型频率响应函数频率响应函数 解：解：60,10 xxA 由由输输入入已已知知：15,25 yyA 由由此此可可得得：45)(,22)( xyxyAAA 则则：)15200sin(25)( tty则输出信号：则输出信号：1.3 测试装置基本特性1.3.4 测试装置实现不失真测试的条件测试装置实现不失真测试的条件 一个能实现一个能实现不失真测试不失真测试的装置必然满足：的装置必然满足： 对上式去傅里叶
41、变换，可得：对上式去傅里叶变换，可得：由此即得装置的频率响应函数为：由此即得装置的频率响应函数为：都都是是常常值值）、0000()()(tAttxAty 时时移移特特性性）()()(00 jteXAY 00)()()(jteAXYH 1.3 测试装置基本特性1.3.4 测试装置实现不失真测试的条件测试装置实现不失真测试的条件测试装置实现不失真测试必须满足的条件为：测试装置实现不失真测试必须满足的条件为：1、幅频特性为一常值，、幅频特性为一常值，2、相频特性与频率呈线性关系，、相频特性与频率呈线性关系，0)(AA 0)(t 1.4 智能检测技术的概况1.4.1 检测技术的发展检测技术的发展发展历
42、程：发展历程：机械式仪表机械式仪表光学仪表光学仪表电动仪表电动仪表自动检测系统自动检测系统智能仪器智能仪器1.4 智能检测技术的概况1.4.1 检测技术的发展检测技术的发展20世纪世纪80年代，检测仪器与微处理器结合诞生了智能年代，检测仪器与微处理器结合诞生了智能仪器。仪器。1981年年Northwest仪器系统公司研制了第一台仪器系统公司研制了第一台“个人个人仪表仪表”85ascope数字滤波器。数字滤波器。1986年年International Instrument公司开发了公司开发了LabVIEW 1.0 软件工具。软件工具。20世纪世纪90年代微机械加工导致了高度集成化的智能传年代微机
43、械加工导致了高度集成化的智能传感器（感器（Smart Sensor）的出现。）的出现。人工智能原理和技术在检测技术中的应用，更进一步人工智能原理和技术在检测技术中的应用，更进一步促进了检测技术的智能化。促进了检测技术的智能化。1.4 智能检测技术的概况1.4.2 检测智能化检测智能化初级智能化初级智能化 将微处理器或计算机技术与传统检测技术结合。将微处理器或计算机技术与传统检测技术结合。1、实现数据的自动采集、存储和记录。、实现数据的自动采集、存储和记录。2、利用计算机的数据处理功能进行简单的测量数据的、利用计算机的数据处理功能进行简单的测量数据的处理。处理。3、采用按键式面板通过按键输入各种
44、数据和控制信息。采用按键式面板通过按键输入各种数据和控制信息。1.4 智能检测技术的概况1.4.2 检测智能化检测智能化中级智能化中级智能化 中级智能化是指检测系统或仪器具有一定的自治功中级智能化是指检测系统或仪器具有一定的自治功能，一般具有自校正、自诊断、自补偿、自学习、自能，一般具有自校正、自诊断、自补偿、自学习、自动量程转换等功能，具有自动进行指标判断及进行逻动量程转换等功能，具有自动进行指标判断及进行逻辑操作、极限控制和程序控制的功能。辑操作、极限控制和程序控制的功能。 目前绝大多数智能仪器或检测系统都属于这一类。目前绝大多数智能仪器或检测系统都属于这一类。1.4 智能检测技术的概况1
45、.4.2 检测智能化检测智能化高级智能化高级智能化 高级智能化是指检测技术与人工智能原理相结合，高级智能化是指检测技术与人工智能原理相结合，利用人工智能的原理和方法改善传统的检测方法。利用人工智能的原理和方法改善传统的检测方法。1、具有知识处理功能。、具有知识处理功能。2、具有多维检测、具有多维检测和数据融合功能。和数据融合功能。3、具有自适应检测功能。、具有自适应检测功能。4、具有网络通讯和远程控制功能。、具有网络通讯和远程控制功能。5、具有视觉、听觉等高级检测功能。、具有视觉、听觉等高级检测功能。1.4 智能检测技术的概况1.4.3 智能检测装置的主要形式智能检测装置的主要形式智能传感器智
46、能传感器智能仪表智能仪表虚拟仪器虚拟仪器通用智能检测系统通用智能检测系统1.4 智能检测技术的概况1.4.4 智能检测技术的应用智能检测技术的应用塔吊群智能防碰撞系统塔吊群智能防碰撞系统1.4 智能检测技术的概况1.4.4 智能检测技术的应用智能检测技术的应用无线传感器网络节点控制器及其应用无线传感器网络节点控制器及其应用1.4 智能检测技术的概况1.4.4 智能检测技术的应用智能检测技术的应用采油设备节能冲次软测量最优调整采油设备节能冲次软测量最优调整1.4 智能检测技术的概况1.4.4 智能检测技术的应用智能检测技术的应用电子枪扭曲与弯曲度智能测量仪电子枪扭曲与弯曲度智能测量仪1.4 智能检测技术的概况1.4.4 智能检测技术的应用智能检测技术的应用机器视觉软测量仪器平台机器视觉软测量仪器平台
