測試系統設計及其在結構健康監測中的應用主講：張廣遠2017.10主要內容一、測試系統設計步驟二、測控技術在結構健康監測中的應用實例內容基本原則一般步驟抗干擾設計一、測試系統設計步驟測試系統典型組成

傳感器、信號調理、信號處理、顯示與記錄測試對象傳感器信號調理顯示/記錄電源數據采集數據處理信號處理1、基本原則測試系統設計原則測量裝置選用滿足關鍵指標合理的帶寬接口標準誤差分配綜合誤差最小或合成不確定度最小選擇直接測量量的測量精度適中的方案，降低難度傳感器選用優先考慮功能、然后再是指標其它：成本、實現1、基本原則步驟確定測試任務選擇測量方法選擇傳感器后續測量系統的選定相應的軟件設計與編制測量系統的性能評定2、一般步驟確定測試任務

在如下環境中完成如下任務任務參數監測/檢測/監控參數計算（功率測量、傳遞函數）場分布，面、陣測量——組/復合傳感器環境高壓、高溫、高沖擊工作介質:水、油、空氣或蒸氣被測表面:材質、偏差2、一般步驟選擇測量方法

功能在線測量/離線測量——是否固定實時測量/離線分析——是否現場給出結果實時測控數據存儲、數據發布/數據傳輸指標非線性度、精度、量程、分辨率穩定性、溫漂、零漂頻響成本簡易：傳感器＋電壓表；傳感器＋A/D板＋計算機適中：傳感器＋信號處理＋信號測量先進：傳感器＋信號處理＋測量、分析、傳輸2、一般步驟選擇傳感器被測參數——傳感器類型振動、位移、溫度、轉速、壓力、扭矩測試部位對被測量的影響——加速度傳感器對傳感器的影響——渦流傳感器選擇傳感器指標：靈敏度、線性范圍、精確度、頻響、穩定性等工程考慮：傳感器種類越少越好合并：位移＋振動類型優化：一種傳感器多種測量(渦流傳感器：位移、振動、轉速)輸出標準：減少信號處理難度電流4~20mA、電壓±5V;數字通訊（TCP/IP）2、一般步驟切角面3x探頭直徑圓柱面3x探頭直徑傳感器后續測量系統的選定傳感器與信號調理裝置的匹配問題

各個測量裝置的靜動態特性匹配問題測量系統的精度設計指標頻響相應的軟件設計與編制實現測試系統的自動化、智能化

——成本人機交互界面測量系統的性能評定經濟合理性抗干擾能力測試精度分析2、一般步驟干擾源外部干擾——環境電磁場、振動、溫度、濕度等內部干擾——電路元器件干擾信號回路干擾負載回路干擾電源干擾數字電路干擾3、抗干擾設計干擾傳播路徑靜電感應：導體之間通過分布電容耦合到的有效輸入成分電磁感應：變化的電流通過互感作用在另一回路中引起的感應電動勢輻射電磁干擾：周圍強烈的電磁場產生的感應電動勢造成的干擾漏電流干擾：電器元件絕緣不良或功率器件間距不夠產生的漏電現象公共阻抗：阻抗不等的兩個電路與另一公共阻抗串聯產生的干擾3、抗干擾設計屏蔽技術

靜電屏蔽：在靜電場作用下，導體內部各點等電位

利用銅、鋁等低阻導電材料，做成接地金屬容器，隔離內外部電力線，消除靜電耦合磁屏蔽：導體層以渦流方式消耗高頻干擾磁場的能量

鐵磁材料（硅鋼、坡莫合金）制成容器電磁屏蔽：用導電良好的金屬材料（銅箔,鋁箔/板）做成的接地電磁屏蔽層，同時起到電磁屏蔽和靜電屏蔽兩種作用

屏蔽導線、屏蔽電纜3、抗干擾設計屏蔽技術

簡單的屏蔽——接地、浮置

在高電壓強磁場的環境下，測量儀器經常采用浮地系統為了防止在外殼上感應出高電壓，外殼必須接大地安全可靠制造工藝復雜飛機、艦船上的設備采用浮地機殼機殼機殼絕緣層3、抗干擾設計屏蔽技術電纜屏蔽層單地原則屏蔽線的接地應與公共端連接Us放大器12UG正確連接Us放大器12C1C2C3正確連接UG3、抗干擾設計隔離技術