清华大学测试技术第一部分.ppt

测试与检测技术基础技术Fundamentals of Measurement Technology 王伯雄 王雪 第一章 绪论 测试技术的发展与研究的内容 测量的本质和基本前提 标准及其单位 国际单位制（SI） 基本单位 国际单位制的导出单位 1.1 测试技术的发展与研究的内容 知识的获取往往从测量开始。人类在其自身的社会发展中创造并发展了测量学科，人类早期的测量活动涉及对长度（距离）、时间、面积和重量等量的测量。随着社会的进步和科学的发展，测量活动的范围不断扩大，测量的工具和手段不断精细和复杂化，从而也不断地丰富和完善了测量的理论。 测量技术的发展 公元前3000年，古埃及人建立了长度的统一标准――埃尔(Ell) ； 秦始皇在统一六国后，建立了统一的度量衡制度 ； 今天，测量学科已渗透到人类活动的每个领域。 科学技术的迅猛发展给测量学这一古老的学科注入了新的活力，现代电子技术、尤其是信息技术的发展更是推动测量学科迅猛发展。因此测量学是一门多学科交叉的边缘学科。 测量的内涵及其科学性: “Whatever exists, exists in some amount” “I often say that when you can measure what you are speaking about and express it in numbers, you know something about it, and when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of meager and unsatisfactory kind. It may be the beginning of knowledge, but you have scarcely, in your thought, advanced to the stage whatever the matter be.” ——William Thomson 根据被测的物理量随时间变化的特性，可将它们总体地分成静态量和动态量。 静态量：静止的或缓慢变化的物理量； 动态量 ：随时间快速变化的物理量 。 对静态量与动态量的测量分别称为静态测量与动态测量。 静态与动态测量是相对的，有时可以转化。 本课程中我们将主要研究对动态量的测量，亦即动态测量的理论、方法及应用。 测试系统原理框图 传感器 ：从被测对象获取有用的信息，并将其转换为适合于测量的变量或信号。 信号调理部分 ：对从传感器所输出的信号作进一步的加工和处理，包括对信号的转换、放大、滤波、储存、重放、和一些专门的信号处理。 显示和记录部分：将经信号调理部分处理过的信号用便于人们所观察和分析的介质和手段进行记录或显示。 被测对象和观察者也是测试系统的组成部分，它们同传感器、信号调理部分以及数据显示与记录部分一起构成了一个完整的测试系统。 课程目的 使学生掌握有关测试技术的基本理论和技术 ； 掌握对一个测试系统各部分的参数进行测量和分析的方法和手段 为进一步研究和处理工程测试技术问题打下基础。 课程重点 信号与信号处理的理论和方法： 信号的时域和频域的描述方法，信号的频谱和谱分析的方法，信号的卷积与相关，以及数字信号处理的基本理论和方法。 测试系统的参数及其评价方法： 测试系统传递特性的时、频域描述，脉冲响应函数和频率响应函数，一、二阶系统的动态特性描述及其参数的测量方法，以及不失真测试的条件。 课程重点（续） 传感器理论： 各类常用传感器的原理、结构及性能参数，以及传感器的典型应用。 信号调理的原理和方法 ： 电桥电路，信号的调制与解调，信号的滤波，信号的模/数和数/模转换，以及上述各种电路的原理及典型应用。 常用显示与记录仪器的工作原理、结构、动态性能及应用。 典型物理量的测试方法及工程应用。 1.2 测量的本质和基本前提 测量的本质： 采集和表达被测物理量 ； 与标准作比较。 将度量数字x作为比较量N（标准）的倍数赋予被测量x则有 ： X=xN （1.1） 从量纲上考虑对应上式有下述公式成立 ： [d]=[-] ·[d] （1.2） d表示量纲，-表示无量纲。 测量的前提： 被测的量必须有明确的定义； 测量标准必须事先通过协议确定。 没有明确定义 （如：气候的“舒适度”或人的“智力”等 ）的量，在上述的意义上是不可测的。 基本标准（绝对标准）：彼此相互独立的标准 。 在国际度量衡大会（CGPM：Conférence Générale des Poids et Mésures ）上定义了七个基本标准：长度、质量、