現代檢測技術精勤求學敦篤勵志果毅力行忠恕任事課程安排授課方式（總學時48）：40+8學時考核方式與成績：

考試80%，作業10%，實驗10％

教師聯系方式：

劉瑞玲/p>

e-mail:meggie@

辦公室:東二樓，自動控制研究所173室，82668665-175課程網站： /kejian/

Xi’anJiaotongUniversity參考教材韓九強，《現代測控技術與系統》，清華大學出版社；韓九強，《機器視覺技術及應用》，高等教育出版社；李曉瑩，《傳感器與測試技術》，高等教育出版社；Xi’anJiaotongUniversity課程歷史沿革1，上世紀50年代——60年代末，“計測工學”；2，上世紀70年代——80年代末，“自動化儀表與過程控制”；3，上世紀90年代——2001年，“檢測技術”；4，2002至今，“現代檢測技術”Xi’anJiaotongUniversity2.電子束配列智能測定檢驗裝置替代了進口裝備3．電子槍扭彎曲自動檢查機克服了韓國裝置缺陷4.彩管蔭罩參數智能測量機替代了進口裝備5.電視會聚著屏特性智能檢驗儀克服了日本產品缺陷國外儀器校準儀器6.熒光屏粉條配列智能測量機性能好于日本產品7.儀器儀表自動測試校準系統實現了測量、校準與管理一體化8.電子槍平坦度測量儀替代了進口設備。1.投影電視會聚特性智能調整裝置速度提高兩個數量級1.電視彩管類系列虛擬儀器測控設備Xi’anJiaotongUniversity投影電視會聚特性智能調整裝置Xi’anJiaotongUniversity背投電視自動會聚校正系統投影電視會聚特性智能調整裝置Xi’anJiaotongUniversity電子槍扭彎曲特性智能檢測系統

Xi’anJiaotongUniversity電子槍扭彎曲檢測系統用戶界面

Xi’anJiaotongUniversity火藥引信成型防爆遠程測控系統地空導彈發射段自動跟蹤測控系統衛星發射雷達回波信號顯示裝置航天點火器火花能量測控系統裝置空間交會對接模擬跟蹤測控系統2.國防軍工類系列虛擬儀器測控設備Xi’anJiaotongUniversity火藥引信成型防爆遠程測控系統Xi’anJiaotongUniversity衛星發射雷達回波信號顯示裝置Xi’anJiaotongUniversity3.采油節能軟測量沖次最優調整設備嵌入式虛擬儀器系統平臺小批量抽油機智能測控裝置長慶油田抽油機測控現場Xi’anJiaotongUniversity各井場抽油機的結構Xi’anJiaotongUniversity抽油機節能測控系統結構Xi’anJiaotongUniversity抽油機監控管理系統Xi’anJiaotongUniversity4.塔吊群防碰無線傳感器網絡設備與系統嵌入式虛擬儀器系統平臺DAQ虛擬儀器遠程操作界面Xi’anJiaotongUniversity塔吊防碰撞系統組網結構Xi’anJiaotongUniversity塔吊防碰撞算法以最典型的高塔吊小車碰低塔吊吊臂問題為例，簡單介紹防碰算法：Xi’anJiaotongUniversity無線傳感器網絡系統結構和節點構成Xi’anJiaotongUniversityMPS無線傳感器節點控制系統Xi’anJiaotongUniversity5.機器視覺軟測量儀器平臺機器視覺教學實驗平臺機器視覺軟測量儀器平臺高速智能相機機器視覺組態軟件機器視覺教學實驗室Xi’anJiaotongUniversity產品缺陷檢測6.工業生產智能測控軟件產品在日本OMRON公司得到應用三維形狀恢復PCB焊點檢測與分類Xi’anJiaotongUniversity自動化測控系統裝置中的檢測技術應用領域對象：流程對象的過程控制——參數測量姿態對象的運動控制——定位測量事件對象的調度控制——事件檢測視覺對象的模識控制——識別測量信息采集：傳感器技術、信號轉換技術信息傳輸：傳輸總線協議、通信軟件信息處理：處理器技術、處理算法與軟件信息利用：控制器、執行、驅動、算法軟件測控系統裝置：檢測技術越來越重要，應用范圍越來越寬廣、研究難度越來越大。Xi’anJiaotongUniversity課程核心內容（1）檢測系統的理論基礎（2）檢測系統的感知技術（3）基于網絡的檢測技術*（4）基于機器視覺的檢測技術（5）基于無線通信的檢測技術*（6）基于雷達的檢測技術（7）基于GPS的檢測技術（8）基于虛擬儀器的檢測技術現代測控系統的發展與應用數據誤差處理不確定度系統靜態特性系統動態特性應變式電感式電容式壓電式磁電式光敏式熱敏式數字式光纖式紅外、超聲氣敏、濕敏、生物敏集散控制系統（DCS）現場總線技術（CAN、FF）以太網測控技術（TCP/IP）機器視覺測控系統原理數字圖像處理技術視覺檢測與模式識別典型案例無線通信技術基本原理無線傳感器網絡無線通信在測控系統中的應用雷達測控基本原理距離、角度及運動目標測量典型雷達系統

GPS系統組成定位原理

GPS測控系統典型應用虛擬儀器系統組成虛擬儀器設計開發在測控系統中的應用Xi’anJiaotongUniversity測試技術基本概念

現代測試系統基本結構與類型

現代測試技術的發展趨勢

測試技術的應用

緒論部分Xi’anJiaotongUniversity測試技術與傳感技術是信息技術三大支柱（傳感技術、通信技術和計算機技術）之一，與通信技術、計算機技術一起分別構成信息技術系統的“感官”、“神經”和“大腦”。測試的基本任務：獲取有用的信息，即借助專門的設備、儀器、設計合理的實驗方法與必需的信號分析及數據處理，獲得與被測對象有關的信息，最后將結果進行顯示或輸入到其它信息處理裝置、控制系統。完整的測試過程包括：被測對象、測試方法、數值和計量單位、測量誤差等。測試技術基本概念Xi’anJiaotongUniversity靜態測量：對不隨時間變化的（靜止）被測量進行測量。動態測量：對隨時間變化的被測量進行測量，需確定被測量的瞬時值及其隨時間變化的規律。直接測量法和間接測量法接觸式測量和非接觸式測量靜態測量和動態測量測試方法分類直接測量：用已標定的儀器，直接地測量出某一待測未知量的量值。間接測量：對與未知待測量y有確切函數關系的其他變量x(或n個變量)進行直接測量，然后再通過函數，計算出待測量y。非接觸式測量——避免了對被測對象的影響。Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型GPIBSerialDAQ傳感器單元VXI圖象采集運動控制PXI硬件應用軟件驅動軟件Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型信號獲取信號放大、預濾波量程切換、分時采樣、A/D轉換等控制中樞智能傳感器集成儀器基本型Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型PC-DAQ系統：基于PC-DAQ組成虛擬儀器測控系統，通用的構建方法是在計算機上插入數據采集（DAQ）卡，并由驅動軟件驅動硬件，通過應用程序構建虛擬面板和發送通訊命令。PCI總線圖像采集卡Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型2、標準通用接口型標準化總線：利用總線技術，能夠大大簡化系統結構，增加系統的兼容性、開放性、可靠性和可維護性，便于實行標準化以及組織規模化的生產，從而顯著降低系統成本。接口的機械結構遵循統一規范，包括接插件的結構和幾何尺寸、引腳定義和數量、插件板的結構和幾何尺寸等。通過標準總線將各個臺式儀器模塊連接起來，也可將有關插板部件模塊插入標準機箱擴展槽，即可方便的構成測試系統。Xi’anJiaotongUniversity所謂總線是指計算機、測量儀器、自動測試系統內部以及相互之間信息傳遞的公共通路，是計算機和內部測試系統的重要組成部分，是計算機、自動測試系統乃至網絡系統的基礎?？偩€的類別很多，分類方式多樣，僅按應用的場合可分為芯片總線、板內總線、機箱總線、設備互連總線、現場總線及網絡總線等多種類型。本節簡要介紹基于PC的測試系統的總線技術：測量儀器機箱總線、測量儀器機箱(機柜)與計算機之間的互連總線。

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity自動測試系統機箱底板總線組成系統各種機箱的底板總線。在總線底板插槽上插入模擬量輸入/輸出、數字量輸入/輸出、頻率和脈沖量輸入/輸出等功能插件，可組成具有不同規模和功能的自動測試系統。分為兩類：經有關標準化組織發布的標準總線，各公司設計的專用總線。

STD和CAMAC總線

ISA總線

VXI總線

PCI、CompactPCI及PXI總線

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity

STD和CAMAC總線

STD總線，1978年由Pro-Log公司作為工業標準發明，由STDGM制定為STD-80規范，1987年被批準為國際標準IEEE-961。STD總線的16位總線性能滿足嵌入式和實時性應用要求，小板尺寸、垂直放置無源背板的直插式結構、豐富的工業I/O、OEM模板、低成本、低功耗、可擴展溫度范圍、良好的可靠性和可維護性，使其在空間和功耗有嚴格限制的、高可靠性的工業自動化領域得到廣泛應用。CAMAC總線，70年代初推出，一種專門為測控系統設計的標準機箱底板總線。其總線規范完整、嚴格，曾得到廣泛的應用。由于其他高性能總線的出現，這兩種總線逐漸被淘汰。

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity

ISA總線工業標準結構總線(IndustrialStandardArchitecture-ISA)，1984年，實際上屬于PC總線。8/16位的非同步數據總線，工作頻率8MHz，數據傳輸率為1Mbps(8位)或2Mbps(16位)。雖未被標準化組織正式定為標準，但在測試領域內以PC為基礎的數據采集應用中長期占據著主導地位。ISA總線雖然擴展了對微處理器的支持能力，但仍存在許多不足之處，如I/O擴展能力差，邊緣式印制插頭(座)接觸不良，耐振動、沖擊能力差，對溫濕度比較敏感而不適應工業現場工作等，在速度上已成為系統的瓶頸，已逐漸被PCI、CompactPCI總線所取代?，F代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityVXI總線

VXI(VMEbus

eXtensionforInstrumentation)總線是VME計算機總線在儀器領域中的擴展，由HP等公司于1987年提出，1992年成為IEEE1155標準。在該系統中圍繞機械、電氣、控制方式、通信協議、電磁兼容、軟面板、驅動程序、I/O控制乃至機箱、印制電路板的VXI總線產品相互兼容。VXI系統綜合了計算機技術、GPIB技術、PC儀器技術、接口技術、VME總線和模塊化結構技術的成果，VXI2.0版本提供了64位擴展能力，數據傳輸率最高可達80Mbps。VXI系統最多可包含256個器件(裝置)，可組成一個或多個子系統，每個子系統最多可包含13個插入式模塊，適用于組建大、中規模自動測量系統以及對速度、精度要求高的場合。VXI總線支持即插即用、人機界面良好、資源利用率高、容易實現系統集成，大大地縮短了研制周期，且便于升級和擴展。不足的是VXI系統的成本相對較高。

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity基于GPIB通信的VXI檢測模塊VXI嵌入式CPU檢測模塊現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityPCI、CompactPCI及PXI總線PCI(PeripheralComponentInterconnect，外圍設備互連總線)規定了微型機上的處理器/存儲器與外圍控制部件、外圍卡之間的互連機構的協議、電氣、機械以及配置空間規范，是地址、數據多路復用的高性能32位或64位同步總線。Intel公司1993年提出，很快成為PC行業新的標準。最高工作頻率33MHz，數據傳輸率為132Mbps(32位)和264Mbps(64位)，很好地解決了ISA總線的瓶頸問題。真正的即插即用(PnP)功能，大大提高了系統的數據采集率。

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityPCI、CompactPCI及PXI總線CompactPCI總線，1994年提出，是PCI總線的12種規范之一，也是PCI總線的增強和擴展，在電氣上完全與PCI兼容，具有抗振顫和利于散熱等，更適合于工業測控的應用。其數據寬度同PCI，最高傳輸速率可達528Mbps。PXI(PCIeXtensionsforInstrumentation)總線，1997年，美國國家儀器公司(NI)發布的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線。PXI在機械結構方面與CompactPCI總線的要求基本相同，對機箱和印制電路板的溫度、濕度、振動、沖擊、電磁兼容性和通風散熱的要求與VXI總線的要求相似?，F代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityPCI、CompactPCI及PXI總線在電氣方面，PXI總線完全與CompactPCI總線兼容。PXI總線增加了系統參考時鐘、觸發器總線、星型觸發器和局部總線等內容。PXI系統具有8個插槽(1個系統槽和7個儀器模塊槽)，利用PCI-PCI橋技術擴展多臺PXI系統，可以使擴展槽的數量在理論上最多能達到256個。PXI將WindowsNT和Windows95定義為其標準軟件框架，并要求所有的儀器模塊都必須帶有按VISA規范編寫的WIN32設備驅動程序，使PXI成為一種系統級規范，保證系統的易于集成與使用，從而進一步降低用戶的開發費用，在數據采集、工業自動化系統和圖像處理等方面獲得了廣泛應用。

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity主板上的PCI插槽Xi’anJiaotongUniversity計算機與測控機箱之間互連總線與計算機相對獨立的測控機箱或機柜需要用相應的總線(或標準接口)與計算機連接，以組成計算機控制的自動測試系統或網絡。

串行總線——串行總線是指按位傳送數據的通路。其連接線少、接口簡單、成本低、傳送距離遠，被廣泛用于PC與外設的連接和計算機網絡。常用的串行總線有RS-232C、RS-422A、RS-485、USB及IEEE-1394等。并行總線——為提高數據傳輸速率，在集成式自動測試系統中大多采用并行總線進行連接。并行總線分為標準的和非標準兩類。常用的并行標準總線有通用接口總線GPIB(IEEE488)和SCSI總線?，F代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityRS-232CRS-232C(RecommendedStandard)串行接口是計算機與外設之間以及計算機與測試系統之間最簡單、最普遍的連接方法。采用23線連接器，最高的單向數據傳輸率為20kbps，此時的最大傳輸距離為15米。適當降低速率，其最大傳輸距離可達60米。但它只是一對一的傳輸，僅用于簡單或低速的系統，在實際應用中還有一定的市場?，F代測試系統基本結構與類型RJ-45connectorsXi’anJiaotongUniversity通用串行總線USBUSB(UniversalSerialBus)是由美國多家公司在1995年提出的一種高性能串行總線規范。具有傳輸速率高、即插即用、熱切換(帶電插拔)和可利用總線傳送電源等特點，能連接127個裝置。其電纜只有一對信號線和一對電源線，USB2.0傳輸速度為480Mbps，輕巧便宜，適用于傳遞文件數據和音響信號，新的PC機都已配上USB總線接口。

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityIEEE1394串行總線IEEE1394串行總線(又叫火線-FireWire)是由蘋果公司于80年代提出的，1995年被IEEE接受，當時最高傳輸速率400Mbitps，傳輸距離72米，以后還要按800M、1.6G及3.2Gbitps分段提高。兩對信號線和一對電纜線，在無HUB時可用任何方式連接63個裝置。而且支持即插即用、帶電插拔。應用前景非常廣闊的串行總線，和USB總線工作于不同的頻率范圍，可相互配合使用，適用于動畫等視頻信號的傳輸，可用于連接計算機的高速外部設備，也可用于連接數字電視、DVD等消費類電子設備以及作為測試儀器的數據傳輸總線。在測控系統中，它可作為機箱底板總線的備份總線，以及用作計算機與高速數據采集系統互連總線?，F代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity1394接口Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型CameraLink串行總線串行通信協議，設計用于點對點自動視覺應用。基于國家半導體公司的通道鏈路接口，經過擴展可支持通用LVDS數據傳輸。由自動圖像協會(AIA)提供支持，對攝像機接口、電纜和抓幀器進行了標準化，用于轉換攝像機數據，通常通過PCI或者PCIe總線將數據傳送至計算機。適合于機器視覺系統和智能攝像機等應用。CameraLink支持多種配置：基本配置使用了24位像素數據(以及3位視頻同步數據)來實現最大255MB/s的視頻吞吐量。中等配置增加了另外24位數據，實現最大510MB/s的視頻吞吐量。全面配置使用64位數據，實現最大680Mbps的視頻吞吐量。擴展配置最多可使用80位數據，更大視頻吞吐量850MB/s。Xi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversityGPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)又稱IEEE488標準，IEC652標準，是HP公司在70年代推出的臺式儀器接口總線，因此也稱HPIB(HPInterfaceBus)。在微機中插入一塊GPIB接口卡，通過24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口。當微機的總線變化時，例如采用ISA或PCI等不同總線，接口卡也隨之變更，從而使GPIB系統能適應微機總線的快速變化。GPIB系統在PC出現的初期問世，其數據線只有8根，傳輸速率最高1Mbps，傳輸距離20米(加驅動器可達500米)。仍是儀器、儀表及測控系統與計算機互連的主流并行總線。因為裝有GPIB接口的臺式儀器的品種和數量都明顯超過VXI儀器，目前應用的VXI系統、PXI系統中與GPIB混合應用的比例很大?，F代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityISA-GPIB接口卡GPIB線纜PCI-GPIB通信接口卡Xi’anJiaotongUniversitySCSI總線SCSI總線的原型是美國Shugart公司推出的，用于計算機與硬盤驅動器之間傳輸數據的SASI(ShugartAssociatesSystemInterface)總線，1986年成為美國國家標準ANSIX3.131，命名為SCSI總線(SmallComputerSystemInterface)。目前最新的SCSI接口所支持的最大總線速度為640MB/s（SCSI5）

。它的突出優點在于高帶寬、低CPU占用率和支持多任務。

該總線已普遍用作計算機的高速外設總線，如連接高速硬盤驅動器。許多高速數據采集系統也用它與計算機互連。目前仍處在發展之中?，F代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversitySCSI接口Xi’anJiaotongUniversityMXI總線MXI總線(多系統擴展接口Multi-systemeXtensionInterfacebus)是一種高性能非標準的通用多用戶并行總線，由NI(NationalInstruments)公司于1989年推出。32位高速并行互連，最高速度可達23Mbps，傳輸距離20米。MXI總線通過電纜與多個器件連接，采用硬件映象通訊設計，不需要高級軟件，一根MXI電纜上可連接8個MXI器件。MXI器件通過簡單地讀寫相應的地址空間就可直接訪問其他所有器件的資源而無需任何軟件協議。目前，VXI總線的測控機箱大都用這種總線與計算機互連。它將成為VXI總線機箱與計算機互連的事實上的標準總線。現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversityPCI與PXI總線的MXI-3接口Xi’anJiaotongUniversityGPIB系統：以GPIB標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統?；赑CI總線的GPIB總線通信接口卡現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity串口系統：以串行標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統。基于USB2.0總線的高分辨數字圖像傳感器（1280*1024）

現代測試系統基本結構與類型Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型

VXI系統：以VXI標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統。VXI總線集成儀器Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型控制器與VXI總線的連接方式通常分為GPIB-VXI方式、嵌入式方式、1394-VXI方式和MXI方式。GPIB內嵌式計算機系統高速MXI連接高速1394連接Xi’anJiaotongUniversity現代測試系統基本結構與類型

PXI系統：