智能测试系统设计及虚拟仪器

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1、第8章智能测试系统设计及虚拟仪器8.1被测信号的种类8.2智能测试系统的基本结构及功能8.3智能测试系统的设计原则8.4虚拟仪器技术思考与练习题8.1被测信号的种类数据采集前，必须对所采集信号的特性有所了解，因为不同信号的测量方式和对采集系统的要求是不同的，只有了解了被测信号，才能选择合适的测量方式和采集系统配置。任意一个信号是随时间而改变的物理量。一般情况下，信号所运载的信息是很广泛的，如状态、速率、电平、形状、频率成分等。根据信号运载信息方式的不同，可以将信号分为模拟信号和数字信号。数字(二进制)信号又可分为开关信

2、号和脉冲信号，模拟信号可分为直流信号、时域信号和频域信号，如图8-1所示。图8-1被测信号的分类及其波形(a)被测信号分类；(b)各类被测信号的波形8.1.1数字信号第一类数字信号是开关信号。一个开关信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。TTL信号就是一个开关信号。一个TTL信号如果在2.0～5.0V之间，就定义它为逻辑高电平；如果在0～0.8V之间，就定义为逻辑低电平。第二类数字信号是脉冲信号。这种信号包括一系列的状态转换，信息就包含在状态发生转化的数目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间隔的时间里。安装在马达轴上的

3、光学编码器的输出就是脉冲信号。有些装置需要数字输入，比如一个步进式马达就需要一系列的数字脉冲作为输入来控制位置和速度。8.1.2模拟信号1.模拟直流信号模拟直流信号是静止的或变化非常缓慢的模拟信号。直流信号最重要的信息是它在给定区间内运载的信息的幅度。常见的直流信号有温度、流速、压力、应变等。采集系统在采集模拟直流信号时，需要有足够的精度以正确测量信号电平。由于直流信号变化缓慢，用软件计时就够了，不需要使用硬件计时。2.模拟时域信号模拟时域信号与其他信号的不同在于它在运载信息时不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化

4、。在测量一个时域信号时，也可以说是一个波形，需要关注一些有关波形形状的特性，比如斜度、峰值等。为了测量一个时域信号，必须有一个精确的时间序列，序列的时间间隔也应该合适，以保证信号的有用部分被采集到。要以一定的速率进行测量，这个测量速率要能跟上波形的变化。用于测量时域信号的采集系统包括一个A／D转换器、一个采样时钟和一个触发器。A／D转换器的分辨率要足够高，带宽要足够宽，以保证采集数据的精度和高速率采样；精确的采样时钟用于以精确的时间间隔采样；触发器使测量在恰当的时间开始。3.模拟频域信号模拟频域信号与时域信号类似。然而

5、，从频域信号中提取的信息是基于信号的频率成分，而不是信号的形状，也不是随时间变化的特性。用于测量一个频域信号的系统必须有一个A／D转换器、一个简单的时钟和一个用于精确捕捉波形的触发器。系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的DSP硬件来迅速而有效地分析信号。模拟频域信号也很多，比如声音信号、地球物理信号、传输信号等。上述信号分类不是互相排斥的。一个特定的信号可能运载有不只一种信息，可以用几种方式来定义信号并测量它，也可用不同类型的系统来测量同一个信号，从信

6、号中提取出需要的各种信息。8.2智能测试系统的基本结构及功能8.2.1系统硬件组成1)微机子系统微机子系统是整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用，例如进行复杂的信号处理、控制决策、产生特殊的测试信号、控制整个测试过程等。此外，利用微机强大的信息处理能力和高速运算能力，可实现命令识别，逻辑判断，非线性误差修正，系统动态特性的自校正，以及系统自学习、自适应、自诊断、自组织等功能。图8-2智能测试系统的典型结构2)数据采集子系统及接口数据采集子系统及接口用于和传感器、测试元件、变送器联接，实现参数采集、选路控

7、制、零点校正、量程自动切换等功能。被测参数由数据采集子系统收集、整理后，传送到微机子系统进行处理。3)基本I/O子系统及接口基本I/O子系统及接口用于实现人—机对话，输入或修改系统参数，改变系统工作状态，输出测试结果，动态显示测控过程，实现以多种形式输出、显示、记录、报警等功能。4)通信子系统及接口通信子系统及接口用于实现本系统与其他仪器仪表、系统的通信与互联。依靠通信子系统，可根据实际问题需求灵活构造不同规模、不同用途的微机测控系统，如分布式测控系统、集散型测控系统等。通信接口的结构及设计方法与采用的总线技术、总线

8、规范有关，例如有IEEE-488(或GP-IB)总线、RS-232C总线、STD总线、VXI总线、现场总线等。总线技术及规范不同，需要采用不同的软硬件接口实现方法及不同的技术平台支撑。5)控制子系统及接口控制子系统实现对被测控对象、被测试组件、测试信号发生器乃至系统本身和测试操作过程的自动控制。接口根据实际需要以各