当前课程知识点：测试与检测技术基础 > Week1 绪论 (Introduction) > 测试技术发展与研究内容 (The development of measurement technology) > 测试技术发展与研究内容
各位同学，大家好
我是清华大学精密仪器系教授王雪
从今天开始
我们将一起学习由我讲授的
国家精品课
测试与检测技术基础这门课程
首先，我将给各位同学介绍
第一章 绪论
了解我们将在本课程中
学习到的基本内容
在测量技术当中
我们可以定义一下什么是测量
牛津在线词典当中是这样定义的
通过使用一个标准仪器
或者与一个已知大小的事物比较
那么可以确定
事物的大小、数量或者程度
我们把这样的一个定义
叫做所谓的测量
那么接下来我们看看仪器仪表
那么什么是仪器呢
在牛津在线词典当中
我们可以看到仪器的定义
它是这样表述的
仪器是一种用于测量
水平、位置、速度等参量的
测量装置
那么下面这些图当中
我们可以看到
在古埃及的时候
建立的统一的长度
我们把它称之为埃尔
那么用浑天仪来测量
天体的球面坐标的时候
那么我们用的浑天仪
那么同时我们还可以看到
在三角测量法当中
我们进行的测量
也是用的仪器
像这些测量的过程都是使用的仪器
所以我们把仪器称之为
一种用于测量水平、位置、速度
等参量的测量的装置
那么接下来我们看一下
测量技术发展与研究的主要内容
那么关于测量和仪器方面的论述
我们国家非常著名的科学家
钱学森指出
仪器测量技术是
信息技术的组成部分
信息技术的关键还是测量
测量是基础和关键
另外一位非常著名的科学家
王大珩先生指出
仪器测量技术就是信息技术的
重要组成部分
而且是不可或缺的
是对信息进行
采集、测量、处理和控制的
重要基础手段和设备
有人把它定义为IT
IT是什么呢
IT是信息技术
IT技术包括了测量
计算机和通讯技术
惠普公司曾经认为说IT
也就是信息技术等于MC2
MC2等于
Measurement Computer Communication
这是一张关于测试系统
基本的结构框图
从这张框图当中
我们可以看到
针对一个测量对象
比方说是一个天然气的管道
我们把它作为测量对象
通过安装各种各样的传感器
来对测量对象进行测量
获得的信号是一个非电的信号
我们把这个非电的信号
通过传感器转换成电信号
通过中间的变换
把它记录、放大、滤波等等
进行处理
之后存储到计算机当中
在计算机当中
我们要对这些信号
进行数字信号的处理
同时，在未来
我们要把数据变成信息的过程当中
还要进行数据的融合
最后进行信息的处理
这样就完成了一个
整个测试系统的测量的过程
那么，从上面那个图当中
我们也可以看到
一个测试系统
它是由根据被测对象的不同
选择传感器
经过信息的转换
把非电量转换成电量
之后要经过信息的提取
也就是所谓的特征提取
这个过程是一个中间变换的过程
那么接着
我们要把它存储到计算机的过程当中
还要把模拟量转换成数字量
记录到计算机当中来
其中的几个关键的组成部分
首先是传感器
传感器是从被测对象获取有用的信息
把它转换为
适合于测量的
变量或者信号的装置
那么接下来第二部分
就是所谓的信号的调理
信号的调理它的功能是
从传感器所输出的信号
进一步的加工处理
包括对信号的转换
放大、滤波和存储
以及重放
和其他的相关专门的信号处理
接下来就是数字的显示和记录了
那么把调理过的信号
用于人们经常可以观察到的
这样的方式来表达和显示出来
那么最后我们可以分析一下
对于所谓的被测对象
和观察者来说
它也是测量系统的
重要的组成部分
它的性能是影响
整个测试系统的性能的
那么接下来我们简要的
把我们将要学到的内容
做一个简单的概述
这也就是所谓的
测试与检测技术的
整个的知识的体系
那么首先
我们应该了解测量的是什么
那么在这个当中
包含在第二章当中的信号的分类
那么我们通过第二章的
信号的分类了解到
我们能够测量什么
接下来我们要了解
我们该如何测这样的信号
那么也就是在
第四章当中所谓的被测量获取的
这部分内容
我们会了解到
我们如何对所存在的信号进行测量
那么接下来就是如何去处理
在如何的处理这部分的内容当中
将包含在第五章
和第二章的两个部分
在第二章当中
其中有一部分内容是
测试信号的分析与处理
在第五章当中
有的是测试信号的转换与调理
那么这两章的部分的内容
实际上讲的就是
我们对信号进行
如何的处理这部分的内容
接下来我们有了
信号的处理这部分的内容之后
我们把信号进行输出和显示出来
那么这就是第六章的内容
在第三章的内容
我们要对整个的测量系统的特性
进行一个全面系统的分析
在这个当中
包括测量的稳定性和可靠性
以及测量的精度
对它的这些相关的性能进行评价
之后
我们会给大家介绍虚拟测试系统
那么也就是说通过虚拟测试系统
把上边我们所学到的知识
能够在这里边进行一个
统一的全面的应用
那么这就是我们所说的测试技术
所包含的最主要的内容
也是我们本课程
将要讲到的主要的内容
那么接下来
我们给各位同学介绍一下
测试技术发展的研究内容
主要包括这么两个方面
一个是根据被测的物理量
随时间的变化的特性
通常而言
我们把它可以分成
静态的物理量
和动态的物理量两大类
所谓的静态量
是静止的
或者是缓慢变化的物理量
动态的物理量是指
随时间快速变化的物理量
对于静态物理量与动态物理量
分别可以称为静态测量和动态测量
静态与动态测量应该说是一个相对的
有时是可以转化的
在我们这一门课程当中
主要研究的是对动态量的测量
也就是动态的测量的
方法和理论及其应用
那么我们课程的重点
包括以下几个方面
首先我们可以看看
信号与信号处理的方法和理论
所包含的内容
首先是信号的时域和频域的
描述方法
接下来是信号的频谱和
频谱分析的方法
再接下来是信号的卷积
和相关的运算
最后是数字信号处理的
基本的理论和方法
在第二个方面的重点内容
包括测试系统的参数
及其评价的方法
那么测试系统
它的传递特性的
时、频域分析的描述
是非常非常重要的
接下来我们还会给各位介绍的内容
是脉冲响应函数和频率响应函数
以及一阶、二阶系统的
动态特性描述
及其参数的测量方法
以及不失真的测试的条件等
再接下来的重点内容包括
传感器的理论与应用
在这个当中
我们重点要求各位掌握的是
常用的传感器的原理
结构、性能参数及其典型的应用
那么第四部分内容主要是包括
信号的调理原理与方法
在这部分内容当中包括
电桥电路
信号的调制与解调
信号的滤波
包括信号的模数数模转换
以及上述各种的电路原理
及其典型的应用
当然最后还要包括
我们常用的显示记录器的工作原理
结构和动态特性等
还有包括一些典型的物理量
的测量方法及其工程的应用等
-测试技术发展与研究内容 (The development of measurement technology)
-测量的本质与基本前提 (The precondition and foundation of measurement)
-标准及其单位 (Standards and Units)
--标准及其单位
-本章小结 (Chapter summary)
--本章小结
-测试信号分析与处理基础知识 (Basic knowledge of signal processing)
-周期信号的频域描述 (Fourier series)
-非周期信号的频域描述 (Fourier transform)
--非周期信号的频域描述 (Fourier transform)
-Class Exercise1
-Homework1
-傅里叶变换的性质 (The property of Fourier transform)
--傅里叶变换的性质 (The property of Fourier transform)
-功率信号的傅里叶变换 (Fourier transform of power signal)
--功率信号的傅里叶变换 (Fourier transform of power signal)
-本章小结 (Chapter summary)
-Class Exercise2
-Homework2
-随机信号的描述 (Description of random signal)
--随机信号的描述 (Description of random signal)
-随机过程主要特征参数 (Characteristic parameters of stochastic process)
--随机过程主要特征参数 (Characteristic parameters of stochastic process)
-相关分析 (Correlation analysis)
-功率谱分析与巴塞伐尔定理 (Power spectral analysis and Parseval’s theorem)
--功率谱分析与巴塞伐尔定理 (Power spectral analysis and Parseval’s theorem)
-Class Exercise3
-Homework3
-数字信号处理概述 (Outline of digital signal processing)
--数字信号处理概述 (Outline of digital signal processing)
-离散傅里叶变换 (Discrete Fourier transform)
--离散傅里叶变换 (Discrete Fourier transform)
-离散傅里叶变换的性质 (The property of discrete Fourier transform)
--离散傅里叶变换的性质 (The property of discrete Fourier transform)
-采样定理 (Sampling theorem)
-泄漏与加窗 (Spectral leakage and windowing)
--泄漏与加窗 (Spectral leakage and windowing)
-栅栏效应 (Picket fence effect)
-快速傅里叶变换 (Fast Fourier transform)
--快速傅里叶变换 (Fast Fourier transform)
-Class Exercise4
-Homework4
-测试系统概述 (Outline of the measurement system)
--测试系统概述 (Outline of the measurement system)
-测量误差 (Measurement error)
-测试系统的静态特性 (Static characteristics)
--测试系统的静态特性 (Static characteristics)
-测试系统的动态特性 (Dynamic characteristics)
--测试系统的动态特性 (Dynamic characteristics)
-Class Exercise5
-Homework5
-伯德图与奈奎斯特图 (Bode plot and Nyquist plot)
--伯德图与奈奎斯特图 (Bode plot and Nyquist plot)
-一阶惯性系统 (First-order system)
-二阶惯性系统 (second-order system)
--二阶惯性系统 (second-order system)
-测试系统对典型激励的响应函数 (The response function of typical signal stimulus)
--测试系统对典型激励的响应函数 (The response function of typical signal stimulus)
-测试系统实现精确测量的条件 (The preconditions of accurate measurement)
--测试系统实现精确测量的条件 (The preconditions of accurate measurement)
-测试系统的负载效应 (Loading effect)
-Class Exercise6
-Homework6
-被测量获取的基本概念 (Outline of sensors)
--被测量获取的基本概念 (Outline of sensors)
-传感器的分类 (The category of sensors)
--传感器的分类 (The category of sensors)
-电阻式传感器 (Resistive sensors)
-Class Exercise7
-Homework7
-电感式传感器 (Inductive sensors)
-电容式传感器 (Capacitive Sensors)
-压电传感器 (Piezoelectric sensors)
--压电传感器 (Piezoelectric sensors)
-磁电式传感器 (Magnetic sensors)
-Class Exercise8
-Homework8
-霍尔传感器 (Hall sensors)
-图像传感器 (CCD image sensor)
-光纤传感器 (Fiber optic sensor)
-传感器选用原则 (Selection principles of sensors)
--传感器选用原则 (Selection principles of sensors)
-Class Exercise9
-Homework9
-测试信号转换绪论 (The introduction of signal conditioning)
--测试信号转换绪论 (The introduction of signal conditioning)
-电桥 (Bridge circuit)
-调制与解调 (Modulation and demodulation)
--调制与解调 (Modulation and demodulation)
-Class Exercise10
-Homework10
-滤波器概述 (Outline of filter)
-滤波器的一般特性 (The characteristics of filter)
--滤波器的一般特性 (The characteristics of filter)
-滤波器的类型介绍 (The category of filter)
--滤波器的类型介绍 (The category of filter)
-滤波器的综合运用与MATLAB实现 (The application of filter and MATLAB realization)
--滤波器的综合运用与MATLAB实现 (The application of filter and MATLAB realization)
-Class Exercise11
-Homework11
-虚拟仪器技术概述
--虚拟仪器技术概述
-Class Exercise12
-Homework12
