自动测试技术

第1章概论老师联系方式电话：[phone]邮箱:[e-mail]第1章概论自动测试技术第1章概论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。第1章概论二、测试系统的组成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。第1章概论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。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。第1章概论一个测试系统的性能常用以下几种质量指标来描述：（１）准确度。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。（２）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。（３）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第1章概论如果测量时，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+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）三种参数来描述。2、测试系统的静态特性描述第1章概论（１）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。xy线性xy线性xy非线性第1章概论非线性度：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/A×100%拟合直线该如何确定，目前国内外还无统一的标准。较常用的是最小二乘法。yxB第1章概论①用测试系统的输入与输出信号的变化之比来表示。（２）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)第1章概论例如，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。②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）第1章概论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。常用两种表示方法：第1章概论滞后量也称滞后差，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yxhmaxA第1章概论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）滞后量第1章概论灵敏阀：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，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第1章概论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。第1章概论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。第1章概论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。第1章概论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、-3dB带宽、-20dB带宽、阻带抑制比以及群延迟时间及其波动等网络参数。第1章概论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。第1章概论二、时域测试（脉冲测试、瞬态测试）时域测试也称脉冲测试，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。第1章概论三、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。第1章概论我们知道，描述随机过程统计特性的主要参数有以下几种：第1章概论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σ值；95％的测量误差总是小于2σ。显然，测量次数愈多，随机误差就愈小。第1章概论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。第1章概论四、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。第1章概论第1章概论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来表示其每位信息特征的，它与信号波形本身的形状关系不大；(2)大部分数字信号是非周期性的，许多情况下仅发生一次；(3)需要测试或检查的错误信息常混杂在正常的数据流中，所以，对数据域测试仪器提出了特殊的要求。在这种情况下，一般传统测试仪器已无法胜任了，于是逻辑分析仪、功能自动测试诊断仪等数字测试仪器就应运而生。第1章概论1.3测试技术的自动化在大规模生产和科学研究中，要求测试的项目和研究的问题也愈来愈多和复杂，不但工作量大，而且要求高，还常伴随着大量的数据处理和统计运算的工作。在这种情况下，靠人工或功能简单的仪器测试已经无法适应这种形势的发展了，自然提出了测试技术的自动化问题。计算机技术、实时采样技术、频率合成技术的发展和成熟给自动测验技术奠定了良好的基础。近代检测技术、传感器技术、显示技术、数据传输和处理技术以及大规模集成电路技术的发展，尤其是单片计算机技术和计算机科学的飞速发展和成就，为测试技术的自动化提供了必要的技术条件和手段。第1章概论一、自动测试系统的组成自动测试：就是对研究对象的整个测试过程包括数据采集、数据分析处理以及测试结果的显示输出等等都是在计算机统一控制下自动完成的。自动测试系统：实现某种测试任务的自动测试设备的总体就称为“自动测试系统”，简称ATS(AutomatedTestSystem)。第1章概论自动测试系统：实现某种测试任务的自动测试设备的总体就称为“自动测试系统”，简称ATS(AutomatedTestSystem)。第1章概论二、自动测试系统的工作模式实际上，自动测试系统是自动测试技术设备的总体概念，它包括硬设备和软设备，系统也可大可小。小的自动测试系统可以仅由一台智能测试仪器组成，它可以通过标准接口与其它测试设备进行联接。大的系统可以由一台计算机控制下的许多台自动测试仪器组成设备系统。不论哪种情况，自动测试系统的工作模式都是大体相同的，这就是：第1章概论(1)用传感器将电的或非电的被测物理量变换成电量或电信号，进而进行必要的放大和预处理，使之达到自动测试仪器所能接受的水平。(2)实现对被测信号的自动采集和数据处理。(3)按规定的方式对测试结果作出必要的判别和反馈，并能将测试结果自动显示出来，有的仪器还能自报结果。(4)系统具有必要的自检能力。(5）有标准接口，可随时参与组建成规模更大的测试系统。自动测试技术与仪器设计就是要研究可以实现自动测试任务的各种测量技术和自动测试仪器及其系统的设计和组建方法。第1章概论1.4自动测试技术的发展自动测试技术创始于1950年代。有一个研究计划，它的最终目标是不必依靠任何有关的测试技术文件，由非熟练人员上机进行几乎是全自动的操作，以电子计算机的速度完成各种必要的测试项目。通过灵活的程序编制，也可以适