自動測試技術第一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三老師聯系方式

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第二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三自動測試技術第三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

1.1測試系統的組成和特性

1.2基本測試技術的分類

1.3測試技術的自動化

1.4自動測試技術的發展

1.5自動測試系統的特點自動測試技術第四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三1.1測試系統的組成和特征一、測試的概念

測試：泛指生產和科學實驗中經常進行的滿足一定準確度要求的試驗性測量過程。

人們通過測試可以取得研究對象的有關信息，能夠正確地了解被測物理對象的量值或特性。

測試技術：研究和探索對各種被測對象實現試驗性測量過程的途徑和方法。

事實上，凡是需要研究某種客觀事物和現象時，在要希望弄清被研究對象的狀態、變化和特性并對其進行一定的定量描述和定性說明時都離不開測試技術。

第五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三二、測試系統的組成

一個典型的傳統測試系統常由實驗裝置、測試部件、數據處理和輸出設備等幾部分組成。

第六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

我們的測試工作就是要根據不同的測試對象，選擇適當的傳感器，設計或選擇有效而準確的中間變換電路、測量儀器和信號處理部件，以最方便、科學的形式把測試結果顯示出來。

三、測試系統的特性描述

測試系統特性描述分系統質量指標、系統的靜態特性和系統動態特性三個方面。第七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三一個測試系統的性能常用以下幾種質量指標來描述：（１）準確度。測試系統的準確度（或稱精度）用來表示測試結果值與被測量真值的一致程度，它的定義方法與電子測量是一致的。準確度往往可用測量誤差的大小來表示。（２）分辨率。指測試系統能檢測到的輸入信號的最小變化的能力，可用數值量或靈敏量程的百分數來表示。（３）測試范圍。指系統中測量電路或儀器能夠正常工作的被測量的量值范圍。在討論測試范圍時必須注意系統的工作頻率范圍。1、測試系統的質量指標第八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化，則稱為靜態測試。靜態測試時，測試裝置表現出的響應特性稱為靜態響應特性。在靜態測試中，系統的輸入輸出關系與時間無關。理想系統的靜態特性可用如下表達式表示：y=ax+b（0-1）由于系統實際情況并非如（0-1）式表示的那樣理想，因此系統的靜態特性可以用直線性、靈敏度、滯后量（差）三種參數來描述。2、測試系統的靜態特性描述

第九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三（１）直線性它一般指系統的輸入輸出關系接近理想線性關系的程度。理想的測試系統應該具有單值的、確定的輸入－輸出關系。對于每一輸入量都應該只有單一的輸出量與之對應。知道其中一個量就可以確定另一個量。其中以輸出和輸入成線性關系最佳。xy線性xy線性xy非線性第十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三非線性度：標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。若在標稱（全量程）輸出范圍A內，標定曲線偏離擬合直線的最大偏差為B，則定義非線性度為

非線性度=B/A×100%擬合直線該如何確定，目前國內外還無統一的標準。較常用的是最小二乘法。

yxB第十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三①用測試系統的輸入與輸出信號的變化之比來表示。（２）靈敏度它用來表示測試系統的輸入輸出之間量值比例的對應關系。常用兩種表示方法：例如，某溫度測試系統，每當被測溫度變化1℃時，系統輸出電壓變化100mV，則可知系統的靈敏度為100mV／℃。靈敏度(s)＝輸出信號變化量／輸入信號變化量(0-2)第十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三例如，用示波器觀測信號時，輸入信號為3.2V,在示波器屏幕上顯示的波形偏轉了6.4div,這時示波器的偏轉靈敏度為0.5V/div。在這種情況下，測試另一個信號，顯示了5div，按0.5V/div靈敏度計，就可估算出該信號為2.5V。這種定義方法所得結果與第一種恰好是互為倒數，因此有時也稱為“傳輸因數”（r）。由于它與電流表靈敏度的估算方法是一致的，將它稱為“測試靈敏度”比較容易理解，用起來也方便，人們也就直呼它為儀器的測試靈敏度了。②有時為了理解方便，靈敏度也可用測試系統或儀表的輸出指示刻度每變化一分度所對應的輸入信號變化量來表示。靈敏度（s）＝輸入信號的變化量／輸出指示刻度的變化量（0-3）第十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三靈敏度的量綱由輸入和輸出的量綱決定。應該注意的是，裝置的靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，即裝置的穩定性越差。常用兩種表示方法：第十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三滯后量也稱滯后差，表示系統的輸入信號有正反方向變化時，測試系統的輸出呈現的非重合結果誤差。在整個測試范圍內，當系統輸入發生相反方向變化時，在同一個輸入點上輸出非重合的最大差值稱為系統的滯后量。

（3）滯后量yxhmaxA第十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三傳感器的滯后誤差表明傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減小）行程期間輸出-輸入曲線不重合的程序，也就是說，對應于同一大小的輸入信號，傳感器正、反行程的輸出信號大小不相等。滯后誤差是傳感器的一個性能指標，它反映了傳感器的機械部分和結構材料方面不可避免的弱點，如軸承摩擦、灰塵積塞、間隙不適當、螺釘松動、元件磨蝕或碎裂以及材料的內摩擦。滯后誤差大小一般由實驗確定。（3）滯后量第十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三靈敏閥：又稱為死區，用來衡量測量起始點不靈敏的程度。穩定性：是指在一定工作條件下，當輸入量不變時，輸出量隨時間變化的程度。可靠性：是與測試裝置無故障工作時間長短有關的一種描述。（4）靜態響應特性的其他描述第十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三3、測試系統的動態特性描述

在對動態物理量（如機械振動的波形）進行測試時，測試裝置的輸出變化是否能真實地反映輸入變化，取決于測試裝置的動態響應特性。系統的動態響應特性一般通過描述系統傳遞函數、頻率響應函數等數學模型來進行研究。

第十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三系統的動態特性反映了系統對被測時間信號的響應能力，一般用系統的傳遞函數來表示。

H（s）=(bmsm+bm-1sm-1+…+b1s1+b0)/(ansn+an-1sn-1+…+a1s1+a0)在實際中，穩態系統的動態特性常用幅頻特性（即波特圖）來表示，而對暫態系統則要用系統的暫態響應函數來表示。常見的多為一階或二階系統。第十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三1.2基本測試技術的分類

一、頻域測試（穩態測試）

頻域測試是從頻率組成和頻率響應特性的角度來分析被測信號或系統特征的。

對一個具體的測試過程來講，被測對象不同，測試方法也各不相同。歸納起來基本測試技術可分頻域測試、時域測試、數據域測試和統計域測試四類。

在這種情況下，可以不考慮時間因素，整個測試過程與時間無關，也即這種測試過程是在被測對象處于穩態的情況下進行的。由此，頻域測試又稱為穩態測試。第二十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三常見的頻域測試有網絡分析和信號頻譜分析兩種情況。

網絡分析用于研究一個被測系統的頻率響應特性，以便判別該系統的性能。常用正弦信號作為激勵測試信號，在所關心的頻率范圍內測出被測網絡的頻率響應特性。根據測試結果，再分析它與測試信號的關系，求得被測網絡系統的傳遞函數。在自動網絡分析儀中還可根據傳遞函數的幅頻相頻特性進一步推算出最大傳遞系數、中心頻率、-3dB帶寬、-20dB帶寬、阻帶抑制比以及群延遲時間及其波動等網絡參數。

第二十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三信號的頻譜分析是頻域測試的另一個內容。它用于研究被測信號的頻率組成和它的分布，從而可以判斷被測信號的性質或態勢。實現信號頻譜分析的方法有多濾波器實時分析法和超外差式掃頻頻譜分析法兩種。在自動頻譜分析儀中常采用后一種方法。第二十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三二、時域測試（脈沖測試、瞬態測試

）

時域測試也稱脈沖測試，用于實現對信號波形的觀測和對系統瞬態特性的研究，觀測被測信號的時間變化過程。因此，時域測試也可稱作瞬態測試。常見的時域測試儀器有示波器、波形記錄儀、存貯示波器等。

事實上，時域測試和頻域測試是研究同一過程的兩種方法，它們是可以互譯的。在現代自動測試儀器中，可以通過一定的算法直接將時域測試結果推演出頻譜分析的結論來。

第二十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三三、統計域測試

在近代測試技術中，許多研究對象具有不確定性，常稱隨機信號，統計測試是研究這種隨機信號的重要方法。它包括以下三個方面：

(1)對各種不確定信號的統計特性進行測量。

(2)用具有特定統計規律的隨機信號作測試激勵信號，通過對系統響應的統計測試，實現對被測系統的統計特性研究

。

(3)用于實現對被噪聲污染的信號進行精確的檢測

。

第二十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

我們知道，描述隨機過程統計特性的主要參數有以下幾種：

第二十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

實際統計測試過程中求平均的時間總是有限的，因此只能測得以上參數的估算值，會給測試結果帶來誤差。而且，由于測試對象是隨機的，故統計特性的估值誤差也是隨機的。按統計誤差理論分析，如果被測隨機過程是正態分布的，則在所有可能的測試結果中有68％的測量誤差將小于一個σ值；95％的測量誤差總是小于2σ。顯然，測量次數愈多，隨機誤差就愈小。第二十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

隨機測試技術所用激勵信號有兩種形式，在進行系統的動態測試或對系統工作性能進行估測時，常用白噪聲作測試信號。

統計測試還可用偽隨機信號作測試信號。它是一組由計算機直接產生的二進制數字序列，具有與隨機信號一樣的頻譜和高斯概率分布特性，只要將統計測試的時間間隔取值為測試信號周期的整數倍，則測試結果不會出現統計誤差。因此它在近代測試技術中被廣泛采用。第二十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三四、數據域測試

在數字技術和計算機技術設備中都是以數字信號來傳遞和處理信息的。在它們的設計、調試以及一旦出現故障而必須開機檢查時，人們所感興趣和關心的是如何獲取各種必要的數字信息(地址信息、數據信息和各種控制信息)，希望在觀測這些信息的同時能完成故障的診斷和判別。第二十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第二十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

由于數字系統中的信號具有以下特征：

(1)數字信號幾乎都是多位傳輸且用邏輯狀態0，1來表示其每位信息特征的，它與信號波形本身的形狀關系不大；

(2)大部分數字信號是非周期性的，許多情況下僅發生一次；

(3)需要測試或檢查的錯誤信息常混雜在正常的數據流中，所以，對數據域測試儀器提出了特殊的要求。

在這種情況下，一般傳統測試儀器已無法勝任了，于是邏輯分析儀、功能自動測試診斷儀等數字測試儀器就應運而生。第三十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三1.3測試技術的自動化

在大規模生產和科學研究中，要求測試的項目和研究的問題也愈來愈多和復雜，不但工作量大，而且要求高，還常伴隨著大量的數據處理和統計運算的工作。在這種情況下，靠人工或功能簡單的儀器測試已經無法適應這種形勢的發展了，自然提出了測試技術的自動化問題。計算機技術、實時采樣技術、頻率合成技術的發展和成熟給自動測驗技術奠定了良好的基礎。近代檢測技術、傳感器技術、顯示技術、數據傳輸和處理技術以及大規模集成電路技術的發展，尤其是單片計算機技術和計算機科學的飛速發展和成就，為測試技術的自動化提供了必要的技術條件和手段。

第三十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三一、自動測試系統的組成

自動測試：就是對研究對象的整個測試過程包括數據采集、數據分析處理以及測試結果的顯示輸出等等都是在計算機統一控制下自動完成的。

自動測試系統

：實現某種測試任務的自動測試設備的總體就稱為“自動測試系統”，簡稱ATS(AutomatedTestSystem)。

第三十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

自動測試系統

：實現某種測試任務的自動測試設備的總體就稱為“自動測試系統”，簡稱ATS(AutomatedTestSystem)。

第三十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三二、自動測試系統的工作模式

實際上，自動測試系統是自動測試技術設備的總體概念，它包括硬設備和軟設備，系統也可大可小。小的自動測試系統可以僅由一臺智能測試儀器組成，它可以通過標準接口與其它測試設備進行聯接。大的系統可以由一臺計算機控制下的許多臺自動測試儀器組成設備系統。

不論哪種情況，自動測試系統的工作模式都是大體相同的，這就是

：

第三十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

(1)

用傳感器將電的或非電的被測物理量變換成電量或電信號，進而進行必要的放大和預處理，使之達到自動測試儀器所能接受的水平。

(2)

實現對被測信號的自動采集和數據處理。

(3)

按規定的方式對測試結果作出必要的判別和反饋，并能將測試結果自動顯示出來，有的儀器還能自報結果。

(4)

系統具有必要的自檢能力。

(5）有標準接口，可隨時參與組建成規模更大的測試系統。

自動測試技術與儀器設計就是要研究可以實現自動測試任務的各種測量技術和自動測試儀器及其系統的設計和組建方法。第三十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三1.4自動測試技術的發展

自動測試技術創始于1950年代。有一個研究計劃，它的最終目標是不必依靠任何有關的測試技術文件，由非熟練人員上機進行幾乎是全自動的操作，以電子計算機的速度完成各種必要的測試項目。通過靈活的程序編制，也可以適應任何其它具體的測試問題。在當時條件下該計劃雖然花費了可觀的經費，最終也遠沒有達到預期的目標。但是，自動測試技術的思想卻很快為廣大測試技術工作者所接受。不久，這項技術就獲得了驚人的發展。

第三十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

從自動測試技術發展過程看，從1950年代至今大致經歷了以下幾個發展階段。第一代自動測試系統（1950年代-70年代初）第一代自動測試系統多為專用系統，通常是針對某項具體任務而設計的。如數據自動采集和自動分析，只能用于大量的要求重復、快速、高可靠和對人員健康有害又難于接近的測試場合。其結構特點是采用比較簡單的定時器或掃描器作為控制器，其接口也是專用的。因此，第一代測試系統通用性比較差。第三十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第二代自動測試系統（1970年代初出現）

第二代自動測試系統典型方塊圖如下圖所示。第三十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第三十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第四十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第四十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第四十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第四十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三與第一代自動測試系統的主要不同在于：采用了標準化的通用可程控測量儀器接口總線(IEEE488)及可程序控制的儀器和測控計算機(控制器)，從而使得自動測試系統的設計、使用和組裝都比較容易。第二代自動測試系統，一般由四部分組成：第一是微機或微處理器，它是整個系統的核心；第二是被控制的測量儀器或設備，稱為可程控儀器；第三是接口；第四是軟件。第四十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三(一)微機(或微處理器)

這是整個系統的核心。在軟件控制下，微機控制夠個自動測試系統正常運轉，并對測量數據進行某種方式的處理，如計算、變換、數據處理、誤差分析等；最后將測量結果通過打印機、顯示器、磁盤磁卡或電表、數碼顯示等方式輸出。(二)可程控儀器或設備在自動測試過程中，測量儀器或設備的工作，如測量功能、工作頻段、輸出電平、量程等的選擇和調節都是由微機所發控制指令的控制下完成的。這種能接受程序控制并據之改變內部電路工作狀態，以及完成特定任務的測量儀器稱為儀器的可程序控制，簡稱可程控，或稱程控儀器。顯然程控儀器是組成自動測試系統的基本部分。第四十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三(三)接口

一個自動測試系統中，各儀器和設備之間的接口的總體稱為該自動測試系統的接口系統。顯然，接口系統是自動測試系統達到自動測試目的，使自動測試系統各儀器和設備之間進行有效通信的重要環節。60年代中期以前，接口是專用的和非標準化的，即是專門為某一自動測試系統而設計制造的，設計和制造不具有重復性。第四十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三接口的主要任務是在下列方面提供儀器與計算機連接需要的兼容。機械兼容對接口的最簡單的要求是提供機械兼容，就是要有適當的連接器和它們之間的連線。電磁兼容接口的第二種作用是使計算機和探器之間有適配的電器特性即在邏輯電平方面要相符合。數據兼容一旦接口已使計算機和儀器實現了機械和電器兼備它們就能通過數據線交換電信號信息，但需要某種格式翻譯，有種種編程能力的計算機通常能執行這種功能，考慮到速度，往往把這個任務交給接口完成。第四十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第三代自動測試系統——智能儀器儀表（1980年代初出現）隨著微電子技術的迅速發展，微處理器、單片計算機開始推廣應用，人們開始用微處理器來設計儀器儀表。由于微處理器和單片計算機具有強大的數據運算能力和數據處理能力，因此，這種新型的儀器無論在性能和綜合測試能力方面都比傳統儀器儀表強的多。有些用傳統儀器無法測試的參數或需要人工計算才能得到結果，現在可以借助計算機的推演運算直接得到。因此人們常稱這類新型儀表為“智能儀器”或“智能儀表”。這種儀器一般都配有標準接口，可以參與自動測試系統的組建。第四十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三智能儀器的一般結構：一、在物理結構上，微型計算機內含于測量儀器。微處理器及其支持部件是整個測試電路的一個組成部分，但是，從計算機的觀點來看，測試電路與鍵盤、GPIB接口、顯示器等部件一樣，僅是計算機的一種外圍設備。二、智能儀器的管理程序也稱監控程序，分析、接受、執行來自鍵盤或接口的命令，完成測試和數據處理等任務。軟件存于ROM或EPROM。軟件是智能儀器的靈魂。第五十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第五十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三圖0-7示出了它的組成原理圖，圖中測量系統一般指信號放大器和調理器。ADC部件將被測模擬量轉換成數字量。計算機將測量得到的數據經過必要的處理運算之后，就可以通過輸出部件將結果顯示出來。智能儀器的所有功能操作都是通過鍵盤實現的，這也是它區別于一般傳統儀器的主要特點之一。近年來已有人將語音技術應用于智能儀器，實現了測試結果的自報。第五十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第五十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三

智能儀器的特點（1）具有自動校準的功能；（2）具有強大的數據處理能力；（3）具有量程自動切換的功能；（4）具有操作面板和顯示器；（5）具有修正誤差的能力；（6）有簡單的報警功能。第五十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第四代自動測試系統——虛擬儀器（1980年代中后期出現）計算機技術的發展和普及，人們開始用PC機來開發新一代的自動測試系統，這就是個人儀器/PC測量系統（PersonalInstrument/personalInstrumentationSystem）。也稱“PC儀器”或“虛擬儀器”。所謂的虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現的一種計算機儀器系統。“虛擬”的含義虛擬的儀器面板由軟件實現儀器的測量功能（軟件就是儀器）第五十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第五十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第五十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第五十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第五十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第六十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第六十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三PXI模塊第六十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三VXI模塊第六十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三用個人儀器組建的自動測試系統，可以去掉一些不必要的硬件，充分利用個人計算機的軟硬件資源。這種情況下，不同功能的儀器僅體現于測量模塊及其軟件的不同，儀器不再以傳統的獨立形態出現了，儀器效率極高。一臺計算機只要配備相應的測量模板或擴展機箱，就可立即成為存貯示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、數字多用表、通用計數器、函數發生器或GPIB儀器控制器等等。因此個人儀器的開發是當代儀器技術的又一重大進步。第六十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三第六十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期三虛擬儀器技術降低了市場門欄

長期以來，我國儀器行業作出了巨大的努力，但始終沒有能力與國外競爭。思考其中緣由，國外先進國家在長期的儀器發展中，形成了以知識產權為核心的技術壁壘，這個我們很難突破。也就是說，儀器市場準入門欄太高。虛擬儀器技術采用通用計算機平臺，