一种绝缘体表液体自动测试系统

第31卷第1期仪器仪表学报V ol.31 No. 1 2010年1月Chinese Journal of Scientific Instrument Jan. 2010 一种绝缘体表液体自动测试系统*

李楠1，郭宝龙1，黄川2

（1西安电子科技大学机电工程学院智能控制与图像处理研究所中国西安710071；

2英国曼彻斯特大学电气电子工程学院英国曼彻斯特M601QD）

摘 要：提出一种绝缘体表液体自动测试系统的设计方案，在保证系统测试性能的同时能够大幅降低设计成本。通过对系统数据采集数据转换，以及系统控制部分的工作与设计原理的分析，设计三种相邻电容传感器，讨论分析传感器设计关键参数，并给出了最终设计参数；简单解释了测量数据转换部分和控制部分的系统设计思想。实验部分采用有限元仿真技术模拟了电容传感器的性能；通过阻抗分析仪对测得的数据进行分析、比对、讨论了测量噪声对系统检测的影响，并提出解决方法；实验结果表明，电容探测传感技术应用于绝缘体表液体自动测试系统中的可行性与重要性，设计的系统硬件部分能够实现自动探测分级报警功能。

关键词：相邻电容传感器；电容边缘效应；阻抗分析

中图分类号：TP212.9文献标识码：A国家标准学科分类代码：510.804

Automatic detection system for liquid on isolated surface

Li Nan1, Guo Baolong1, Huang Chuan2

(1 Institute of Intelligent Control and Image Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China;

2 Department of Electrical and Electronic Engineering, University of Manchester, Manchester, M60 1QD, UK)

Abstract：An automatic detection system for liquid on isolated surface is presented, which aims to reduce the system cost. The data acquisition part, data conversion and system control parts are discussed. Three types of sensors are designed based on the principle of capacitance fringe effect, and the design parameters of the sensors are discussed and determined. The design idea about the system data conversion part and control unit is presented. Finite element simulation technologies are used to evaluate the performance of the designed sensors. An imped-ance analyzer is used for practical measurements of the capacitance between each electrode pair. The system noise occurred in measurement is discussed and the solutions are provided. Experimental results indicate that the ca-pacitance based sensing technique can be used in the system for liquid detection on isolated surface, and the de-signed system can realize the desired function.

Key words：proximity capacitance sensor; capacitance fringe effect; impedance analysis

1引 言

传感器技术已经广泛的应用于军事中武器系统的改进与民用工业生产，并在多个领域取得了不同程度的成功。像压电传感技术成功应用于震动波探测方面，而声波与超声波传感技术应用于军事特殊环境的测距领域，光电传感技术与红外传感技术作为新兴技术，通常应用于高端探测技术领域[1-3]，但昂贵的传感器部件与系统维护成本以及该技术对测量环境的挑剔是其不能成为“平民商品”的最大阻碍。1969年，Noltingk第一次将电容边缘效应应用于高精度测量试验中[4]，在随后的几十年中相继出现了许多基于相邻传感器的探测成像系统，如电容层析成像技术[5]，以及基于电容传感器的微距测量技术。该技术优点在于：1)非侵入式的探测方式。相邻电容传感器通过边缘效应原理进行测量，对被测量物质进行非

收稿日期：2009-08Received Date：2009-08

*基金项目：国家自然科学基金(60802077)、国家863高技术研究发展计划项目(2006AA01Z127)资助

第1期 李 楠 等：一种绝缘体表液体自动测试系统 39

物理接触式的测量；2)快速响应，高灵敏度与高鲁棒性。电容传感器在探测低电导率物质时，可以获得与光电传感技术不相上下的灵敏度；3)低廉的传感器部件与系统维护成本。工业生产中由于仪器工作环境温度，湿度变化容易出现仪器观测窗表面凝水或雾化，导致仪器测量误差，甚至造成工业事故，因此需要对观测窗表面液体进行检测处理。由于凝水与雾化现象不会产生震动，对温度的影响也不明显，因此无法使用压电传感技术与红外传感技术。光电传感技术与相邻电容传感技术都可以用来解决该问题，但基于相邻电容传感技术的系统具有更高的性价比。

2 系统设计

物体表面液体探测系统由四部分构成：数据采集部分——传感器部分；数据转换传输部分——基于CDC (capacitance-to-digital converter ）的电容传感器接口电路；系统控制部分——控制（PIC ）芯片；液体处理的报警部分或执行部分——LED 指示灯或烘干系统。 2.1 相邻电容传感器设计

系统使用的电容传感器以相邻多电极极板结构为基础，激励电极与接收电极间通过边缘效应形成稳定电场，当物体表面存在液体时由于极板间介电常数的变化，导致极间电容产生的变化，通过电容变化进而判断液体的存在以及液体特性，工作原理如图1所示。

图1 相邻电容传感器工作原理

Fig.1 Working principle of proximity capacitance sensor

通常情况下的平行板电容，电容值与极间液体电容值分布的关系如式(1)：

1

()()d Q C s s V V εφΓ==??Γ∫∫ (1)

式中：ε(s )表示电容传感器探测区域中的电容率分布；V 表示相邻极板间电势差；Φ(s )表示电势分布；Γ表示电极板表面。然而，对于相邻电容传感器，由于电容值变化的非线性和复杂程度，针对不同相邻电容传感器结构，并没有简单统一的数学模型和公式方程，对于不同结构的相邻电容值的计算也只有近似值，如典型的两极板构成的环形

相邻电容传感器[6]，电容值的近似值计算如式(2)：

110112112

111112()

4(){()()[()[()]()}

F i r s n S S I n C R I n I n K n I n K n ρεερρρρρρρρρ∞

= =+??

+?+?∑

(2) 其中11πR d

ρ=，2πi R d ρ=和πs S d

ρ=。

式中：R 1，R i 和S 分别表示环形电容传感器的内环激励电极半径，外环接收电极半径和内外环形电极间绝缘隔离层厚度；d 表示传感器到探测物之间的距离（即待测物体表面厚度），I 1和K 1分别表示一阶第一类和第二类修正贝塞尔函数。由上式可以看出，传感器电容值的大小与传感器极板面积，极板间距，以及传感器与待测物体间的距离，待测物表面液体的电容率（介电常数）都有着很大的关系。电场线穿透深度是衡量相邻电容传感器的关键参数之一，它决定着电场线能够穿透多厚的待测物体表面，从而测量物体表面的液体分布和液体层厚度。关于计算电容传感器的穿透性的公式复杂而且并不统一。

电场线穿透性近似正比于传感器激励电极与接收电极间的距离，距离越大，电场线穿透越深。而在实现中，极板间距是有限的，传感器测量范围也需要考虑，而决定传感器测量范围的另一个参数是极板面积。极板面积越大，相应的测量范围越大。通过实验可得，通常情况下，极板设计间距最大不超过传感器长宽或直径的40%为宜。在给定传感器尺寸，规定测量区域的情况下，传感器有效电极板长度也是影响相邻电容传感器灵敏度的一个重要参数[7]，实验表明，电极板有效长度与传感器灵敏度成正比。设计三种传感器形式结合以上参数设计进行性能比较，如图2，测试性能结果在文章实验部分给出。

(a)圆阵电容传感器 (a)round array capacitance sensor

(b)多环形电容传感器 (b)multi-ring capacitance sensor

40 仪 器 仪 表 学 报 第31卷

(c)花型电容传感器

(c)flower-shaped capacitance sensor

图2 三种实验传感器设计 Fig.2 Three types of the designed sensor

2.2 数据转换与传输电路设计

多种测量技术可以运用于电容传感测量系统中，测量所得电容值变化经过处理可以转换为相应的频率，相位或者电压的变化，进而转化为数字信号进行分析和处理[7-10]。系统数据采集部分中的相邻电容传感器极板间电容值通常小于1 pF 级，采用电容-电压电荷放大器原理将测量电容值转换为电压值，通过模电-数电转换电路将模拟电压信号转换为数字信号。电路设计以AC 作为激励源，如图3虚线框内所示，放大电路输出电压值为式(3)：

1

x f

o ref f f j C R V V j C R ωω=??+ (3)

式中：C x 为传感器电极对电容值，V ref 为激励电压，V o 为与测量电容值相对应的转换输出电压，R f 和C f 分别为参考电阻和参考电容，用来调节放大器增益，C s 1和C s 2为寄生的电容。放大器为反向放大器，有两种工作模式，电容反馈模式和电阻反馈模式，分别由式(4)，式(5)所示：

当1f f

R C ω<<， 有x

o ref f

C V V C =?

? (4) 当1

f f

R C ω<<

， 有o x f ref V j C R V ω=?? (5) 电荷放大器的时常数可表达为式(6)：

f f C R τ= (6) 由式(4)可知，电容反馈模式与AC 激励源提供的信号频率无关，只与参考电容的大小以及传感器测量电容大小有关，该工作模式瞬变过程较长，即时常数τ>>1/ω；由式(5)可知，电阻反馈模式需要AC 激励源为相邻电容传感器提供稳定的信号频率，相反，该工作模式瞬变过程较短，时常数τ<<1/ω。图3

给出系统工作原理。

图3 系统工作框图 Fig.3 Block diagram of the system

2.3 系统控制部分设计

系统控制部分通过PIC 芯片对CDC 芯片(AD7142)转换的数字信号进行处理，并通过分析做出正确判断和恰当的执行。对于微控制器的选择需要考虑一下几个方面：1)系统所需要的输入/输出口数量，即需要指定芯片至少拥有的I/O 口；2)芯片I/O 口的类型。由于本系统采集的电容信号通过AD7142转换为数字信号输入控制芯片，因此控制芯片中的A/D 模块就不需要考虑；3)程序存储器的容量，芯片时钟频率也是重要的选择参数，时钟速度能够决定指令执行速度，时钟频率越高，控制芯片处理任务越快。

根据以上原则，控制芯片选择PIC18F452，该芯片有

三个8位端口，用于测试的电容传感器被设计为4极板结构，因此控制芯片能够在满足实验测量的基础上进行进一步的功能扩展。PIC18F452的片上线性程序存储器地址空间与线性数据存储器地址空间分别为32 kb 和1.5 kb 。此外该芯片还可提供一个DC-40MHz 的时钟输入口和一个

4~10 MHz 的带锁相环的时钟输入口。该控制芯片拥有16位的指令宽度和8位的数据宽度，拥有丰富的外围设备接口，如MSSP (master synchronous serial port)模块，

CCP(Capture/Compare/PWM)模块以及USART (address-able universal synchronous asynchronous receiver transmitter)模块。本系统利用芯片MSSP 模块，这是由于MSSP 能够

第1期 李 楠 等：一种绝缘体表液体自动测试系统 41

工作于两种模式下，SPI(serial peripheral interface)模式和

I 2C (inter-integrated circuit)模式。本系统分别使用SPI 模式与I 2C 模式进行测试，在文章实验部分仅给出SPI 模式下的设计电路原理图。

3 系统实验与测试结果

3.1 传感器性能测试

通过COMSOL 对给定参数，同测量环境下的三组相邻电容传感器进行电场分布仿真，并使用阻抗分析仪进行设计传感器敏感度的同步实际测试。三种电容传感器电场分布通过有限元仿真，结果如图4所示。圆阵电容传感器以四个圆形电极作为接收电极，而激励电极环绕四个接收电极。由于接收电极非常小，因此激励电极与接收电极间的电势差微小（<<1 pF ），传感器灵敏度多数无法达到实际应用要求，由图4(a)能够清楚地看到电压值变化约为0.049 V ；

多环形电容传感器以中心电极为激励电极，四个环形接收电极等相邻间隔由近及远式分布，从仿真结果可以看到靠近激励电极的相邻接收电极间电势差最为明显，但远离激励电极的最外围相邻接收电极间电势差变化微弱，因此传感器检测范围较小，传感器电容检测平均值不高，由图4(b)可知，传感器最大电压变化约为1.270 V 。通过调节多环形电容传感器的极板间距离或激励极板与接收极板的面积，能够改进多环形传感器的性能。

(a)圆阵电容传感器

(a)round array capacitance sensor

(b)多环形电容传感器

(b)multi-ring capacitance sensor

(c)花型电容传感器

(c)flower-shaped capacitance sensor

图4 三种相邻电容传感器的电场分布COMSOL 仿真 Fig.4 The potential distribution of the three types of sensors

simulated by COMSOL

花型电容传感器，结合了圆阵电容传感器与多环形电容传感器的结构优点，在相同尺寸和激励电压下，增大了激励电极的面积，并增大了激励电极与接收电极的有效公共边缘，从而增加了边缘电容，提高了传感器灵敏度。此外花型电容传感器的四个接收电极与激励电极间距相同，便于比较各电极对的电容变化差异，能够有效的降低系统控制单元的误判情况，由图4(c)可知，传感器电压变化约为0.697 V 。

应用阻抗分析仪对基于PCB 板的三组相邻电容传感器进行实际性能测试，三组相邻电容传感器外径为50 mm ，均由一个激励电极与四个接收电极组成。1）圆阵电容传感器的接收极板（圆阵）半径为2 mm ，传感器激励电极与接收电极的间距为6 mm ；2）多环形电容传感器中心激励电极半径为4 mm ，首（最近）接收电极与激励电极间距为3 mm ，其余相邻接收电极间距均为2 mm ，接收电极环宽3 mm ；3）花型电容传感器中心校正电极与激励电极间距为1 mm ，接收电极与激励电极间距均为6 mm 。通过芯片AD7142为传感器提供3 V 的激励电压与传感器屏蔽零电势进行传感器性能测试。与有限元仿真结果吻合，在相同测量环境与测量方式下，以水作为实验待测液体，对传感器表面水膜厚度由薄到厚进行30组测试，水膜起始厚度约为0.2 mm ，依次以约0.2 mm 的幅度递增测量，抽取其中10组实验结果进行比较分析。圆阵电容传感器对于水膜厚度增加的电容响应微弱，电极对的电容值平均变化约为0.011 5 pF ；多环形电容传感器的首电极，对水膜厚度增加时的电容响应强烈，电容值变化最大，但其余电极对的电容响应由于距离变化迅速下降，最外层接收电极基本没有电容响应，传感器电容平均值变化为0.074 9 pF ；花型电容传感器对水膜厚度的

42 仪 器 仪 表 学 报 第31卷

增加变化明显，电容值平均变化约为0.125 0 pF ，显然花型电容传感器比其他两种电容传感器更灵敏，因此选择花型电容传感器作为系统传感器单元。由于多环形电容传感器的接收电极与激励电极，构成的电极对不是等距离电极对，因此，为了比较三种电容传感器的测量性能，取各电容传感器的电容变化均值进行比较，实验所得电容值均值分布如图5所示。

图5 电容传感器测量电容平均值的比较

Fig.5 The comparison of mean capacitance measured by the

designed capacitance sensors

3.2 传感器噪声分析

由于相邻电容传感器测量值通常<1 pF ，因此，对于传感器噪声分析和抑制也是必要的。通常噪声主要来源于两方面，传感器自身噪声和环境噪声。通常传感器屏蔽用来降低传感器自身噪声，屏蔽面积越大，噪声影响越小, 在

PCB 设计中可以降低噪声影响。需要注意的是，在系统设计的时候，传感器屏蔽应该与数据传输、转换电路共用屏蔽，此外，连接相邻传感器与数据转换传输电路的传输线也应该尽可能的短，用以降低传输噪声，增加测量精度；环境噪声包括灰尘，潮湿空气等的影响，其中温度是最主要的环境噪声。不同的温度通常导致不同液体的电容率εr 发生变化，以水为例，在0℃的时候水的电容率εr 为87.9，而在常温25℃左右的时候，电容率变为78.4[11]

。在实验测试中，由于使用人工水膜添加器控制水膜厚度，因此还存在人为误差。通过式(7)对测量电容进行归一化，能够明显的看出噪声在测量结果中的影响。

min

max min s s M S N S S ?=? (7)

式中：N s 是归一化结果，M s 为在不同液体覆盖条件下的实际测量电容值；S min 表示电容传感器无液体覆盖时的测量电容值；S max 表示电容传感器覆盖液体膜最厚时的测量电容值。以花型电容传感器为例，测量电容归一化后取10组数据，如图6。

在第8，9，10组测试数据时出现了噪声，出现测量数据下降。通过实验结果分析，得出由于水膜覆盖的不

均匀，导致花型传感器接收电极电容值差异较大，但不影响传感器整体性能。并且该噪声对系统的影响可以通过传感器自校正电路或者控制系统中的功能芯片片上电容自校正功能，降低对测量准确性和精确度的影响。

图6 花型电容传感器测量电容值归一化

Fig.6 The normalized capacitance of the flower-shaped sensor

3.3 CDC 数据转换部分及系统控制部分电路设计

AD7142有14个输入口用来支持多极板电容传感器数据输入，在基于AD7142芯片的系统数据转换部分设计中，AD7142为传感器激励电极提供频率为250 kHz 的方波电压信号，并为整个系统数据采集部分（传感器部分）提供屏蔽端口。

控制部分芯片使用MSSP 模块中SPI 工作模式，由于AD7142，PIC18F452与其他部件集成在同一PCB 上，数据发送芯片(AD7142)与数据接收处理芯片(PIC18F452)的传输距离非常短，因此系统使用同步通信模块，SPI 的数据率最高为10Mbps 。PIC 芯片作为主芯片对系统进行初始化和控制，为从芯片提供时钟并控制通信率。主芯片通过SDO(serial data output)口向从芯片发送时钟信号和8位的控制信号，从芯片通过片上SDI(serial data

input)口接收控制信号。同一时间，传感器采集到的电容值数据通过从芯片转换后进行反方向传输到主芯片的

SDI 口。整体的测试系统PCB 设计与实物如图7所示。

第1期李楠等：一种绝缘体表液体自动测试系统

43

图7绝缘体表液体自动探测系统

Fig.7 The automatic detection system for liquid

on isolated surface

4结 论

通过COMSO软件仿真以及阻抗分析仪实际的测试，证明了电容传感器能够作为系统数据测量采集部分，不仅能够大幅度降低成本，并且能够保证所需的测量精度（pF级变化）。通过比较三种实验用电容传感器用于液体检测的性能优缺点，确定以花型电容传感器作为系统传感器部分。由于系统传感器测量电容值变化微小，可以通过可编程运算放大器对转换后的电压值进行放大处理，需要注意的是噪声部分需要进行多级处理，尽量减少噪声误差对测量的影响。后续工作将针对硬件设计中仍然存在的问题包括：1)系统实验中对传感器误差的电路自校正设计部分；2)AD7142芯片与PIC18F452芯片的端口扩展以及系统的软件，包括系统初始化，数据采集和传输，报警以及警报级别控制进行完善和改进。

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44 仪器仪表学报第31卷

作者简介

李楠，2004，2006年于西安电子科技

大学分别获得学士，硕士学位，2006年提

前攻读电路与系统博士学位，2008年获得

英国曼彻斯特大学理学硕士学位，现为西安

电子科技大学智能控制与图像工程研究所

（Institute of Intelligent Control &Image En-gineering ）研究员，主要研究方向：电容层析传感器设计和技术，电容层析技术的应用和研究，层析技术的改进，电容层析结果图像重组等。

E-mail：Nan.li@https://www.wendangku.net/doc/b213786153.html,

Li Nan received his BSc degree in observation control tech-niques and instruments from Xidian University, Xi’an, China, in 2004, and MSc degree in sensors and electronic instrumenta-tion from University of Manchester, Manchester, UK, in 2008. He is currently pursuing PhD degree at Institute of Intelligent Control and Image Engineering (ICIE), Department of Elec-tro-Mechanical Engineering, Xidian University, Xi’an, China. His research interests include electrical capacitance sensor design, applications of electrical capacitance tomography, and image reconstruction for electrical capacitance tomography.

郭宝龙，教授，博士生导师，1984年，

1988年，1995年于西安电子科技大学分别

授予学士，硕士和博士学位，攻读通信与电

子系统专业。1998-1999年作为访问学者做

客日本同志社大学（Doshisha University）

工学部，现为西安电子科技大学智能控制与图像工程研究所所长。研究领域：神经网络，模式识别，智能信息处理，图像处理以及图像通信等。

E-mail: blguo@https://www.wendangku.net/doc/b213786153.html,

Guo Baolong received his BSc, MSc and PhD degrees all from Xidian University in 1984, 1988 and 1995, respectively, and all in communication and electronic system. From 1998 to 1999, he was a visiting scientist at Doshisha University, Japan. He is currently a full professor with Institute of Intelligent Control & Image Engineering (ICIE), Xidian University. His research interests include neural networks, pattern recognition, intelligent information processing, and image processing and

image communication.

电子测量技术的现状及发展趋势

电子测量技术的现状及 发展趋势 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

电子测量论文 题目：电子测量技术现状及发展趋势姓名： 班级： 学号：

摘要:本文综合论述了电子测量技术的现状和总体发展趋势,分析了电子测量仪器的研究开发，阐述了我国电子测量技术与国际先进技术水平的差距，进而提出了发展电子测量仪器技术的对策。特别是由于测试技术的突破带来的电子测量仪器的革命性变化.同时,针对业界自动测试系统的发展历史和现状提出了作者的一些看法,并介绍了业界的最新进展和最新标准.近年来，以信息技术为代表的新技术促进了电子行业的飞速增长，也极大地推动了测试测量仪器和设备的快速发展。鉴于中国在全球制造链和设计链的重要地位，使得这里成为全球各大测量仪器厂商的大战场，同时，也带动了中国本土测试测量技术研发与测试技术应用的迅速发展。 关键词: LXI ATE 自动测试系统智能化虚拟技术总线接口技术VXI

目录 摘要................................................................................................I 前言 (1) 第一章测试技术现状及其存在的问题 (2) 第二章电子测量技术的发展方向 (2) （一）总线接口技 术 (2) （二）软件平台技 术 (3) （三）专家系统技 术 (3) （四）虚拟测试技 术 (3) 第三章展望未来 (4) 参考文献 (5)

前言 中国电子测量技术经过40多年的发展，为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献。随着世界高科技发展的潮流，中国电子测量仪器也步入了高科技发展的道路，特别是经过“九五”期间的发展，我国电子测量技术在若干重大科技领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。进入21世纪以来,科学技术的发展已难以用日新月异来描述。新工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件,同时也促使电子测量技术和电子测量仪器产生了新概念和新发展趋势。本文拟从现代电子测量技术发展的三个明显特点入手,进而介绍下一代自动测试系统的概念和基本技术,引入合成仪器的概念，面向21世纪的我国电子测量技术的发展趋势和方向是：测量数据采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规格化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导作用。

检测系统的基本特性

第２章 检测系统的基本特性 2.1 检测系统的静态特性及指标 2.1.1检测系统的静态特性 一、静态测量和静态特性 静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变（即dx/dt=0系统处于稳定状态）时的测量。 静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输出－输入特性。 n n x a x a x a x a a y +++++= 332210 例如：理想的线性检测系统： x a y 1= 如图2-1-1(a)所示 带有零位值的线性检测系统：x a a y 10+= 如图2-1-1(b)所示 二、静态特性的校准（标定）条件――静态标准条件。 2.1.2检测系统的静态性能指标 一、测量范围和量程 1、 测量范围：（x min ，x max ） x min ――检测系统所能测量到的最小被测输入量（下限） x max ――检测系统所能测量到的最大被测输入量（上限）。 2、量程： min max x x L -= 二、灵敏度S dx dy x y S x =??=→?)( lim 0 串接系统的总灵敏度为各组成环节灵敏度的连乘积 321S S S S = 三、分辨力与分辨率 1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量min x ?。 2、分辨率：全量程中最大的min x ?即min max x ?与满量程L 之比的百分数。 四、精度（见第三章） 五、线性度e L max .. 100%L L F S e y ?=± ? max L ?――检测系统实际测得的输出－输入特性曲线（称为标定曲线）与其拟合直线之

间的最大偏差 ..S F y ――满量程（F.S.）输出 注意：线性度和直线拟合方法有关。 最常用的求解拟合直线的方法：端点法 最小二乘法 图2-1-3线性度 a.端基线性度； b.最小二乘线性度 四、迟滞e H %100. .max ??= S F H y H e 回程误差――检测系统的输入量由小增大（正行程），继而自大减小（反行程）的测试 过程中，对应于同一输入量，输出量的差值。 ΔHmax ――输出值在正反行程的最大差值即回程误差最大值。 迟滞特性 五、稳定性与漂移 稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的变化而出 现缓慢变化的程度。 时漂： 在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时间变化的现象。 温漂： 随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵敏度温漂）。 2.2 检测系统的动态特性及指标 动态测量：测量过程中被测量随时间变化时的测量。 动态特性――检测系统动态测量时的输出－输入特性。 常用实验的方法： 频率响应分析法――以正弦信号作为系统的输入；

自动测试系统的新趋势

自动测试系统的新趋势 摘要：在科技日新月异的今天，新的测试技术及新的电子元器件设计和制造技术不断推动着电子测量仪器设计水平向前发展。尤其是通信技术和计算机技术的发展，以及在自动测试系统内的深入应用，使得自动测试系统有了其新的特点。 关键词：自动测试系统、新趋势、融合 PXI总线是Compact PCI总线的进一步扩展，具有开放性、高性能、低成本和通用性特点，已在航空、航天、军事等高技术领域得到了迅速发展，越来越多的大型复杂自动测试系统集成工程师选用PXI总线作为开发平台。PXI总线得到迅速发展的原因是它综合了PCI和VME计算机总线、COmpact PCI的插卡结构、VXI与GPIB测试总线的特点，并采用了windows和Plug＆Play的软件工具作为平台技术的软件和硬件基础，具有更好的性能。它充分发挥了计算机的功能，能直接选用有关货架产品和即插即用程序方便地组成各类自动测试系统。 进入21世纪，电子测量仪器的总体发展出现了新的趋势，概括起来有以下三方面特点： 第一，仪器的性能更加优异，测量功能更加强大，仪器的测量精度，测试灵敏度，测量的动态范围等都达到了前所未有的高度。例如，Agilent公司的PSA频谱分析仪的测量灵敏度高达一169dBm(接近物理界热噪声一174dBm)，PNA网络分析仪的动态范围高达143dB。 第二，仪器和计算机技术的前所未有的融合。首先，越来越多的仪器选用以Windows软件和Intel芯片为平台，采用Windows GUI和基于军用标准的软件，用Windows软件代替仪器内部操作软件，并易于与MS办公室应用软件连接，充分发挥其效能，同时，触摸屏被广泛利用，话音控制可解决双手同时被占用时操作仪器的问题，通过网络控制仪器操作,并用基于MS Windows和MS Visual Studio实现测试自动化。 第三，随着计算机的运算速度和处理数据能力的不断增加，及计算机仿真技术的广泛应用，仪器的硬件和测试软件及仿真软件的结合越来越紧密。首先，硬件的模块化设计，使得通过不同的硬件模块组合配以不同的软件，从而形成不同功能的仪器和不同的测试解决方案。通过插入不同的模块并配以不同软件，该仪器可成为抖动分析仪，宽带示波器，数字通信分析仪，时域反射分析仪；此外，VXI结构的测试仪器更加充分地解释了模块化结构仪器的灵活配置和应用。其次，软件无线电的概念已有了全新的解释和现实的应用。 随着测量仪器功能的不断提高和完善，与其相关的自动测试系统(特别是军用ATS测试系统)的组建与发展也经历了从台式仪器ATS系统到卡式仪器ATS系统，从卡式仪器ATS系统到卡式仪器与台式仪器混合的ATS系统的发展过程。到目前为止，VXI 结构的仪器(主要对于大通道数的数字信号测量)与GPIB标准的台式仪器(主要对于性能要求严格的射频／微波信号测量)相结合组建ATS测试系统已成为军用ATS测试系统普遍遵从的主流原则和典范。它可以极大地降低整个测试系统的组建、开发、维护、替换和升级的成本。但是，由于军工行业系统研制周期和认证周期相对较长，系统维护和需要支持的周期通常在lO年至20年，而民用科技的发展日新月异，流行商用仪器的更新速度越来越快，一些COTS产品在军工行业被大规模全面使用之前就

测试系统的特性

第4章测试系统的特性 一般测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量（如压力、加速度、温度等）检出并转换为电信号，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对电信号用硬件电路进行处理或经A/D变成数字量，再将结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。测试系统见图4-1所示。 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中每个环节又可由多个模块组成。例如，图4-2所示的机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换器和快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，简称FFT）分析软件三部分组成。测试系统中传感器为振动加速度计，它将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D变换器用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT分析软件则对转换后的数字信号进行快速傅里叶变换，计算出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。 要实现测试，一个测试系统必须可靠、不失真。因此，本章将讨论测试系统及其输入、输出的关系，以及测试系统不失真的条件。 图4-1 测试系统简图 图4-2 轴承振动信号的测试系统

4.1 线性系统及其基本性质 机械测试的实质是研究被测机械的信号)(t x （激励）、测试系统的特性)(t h 和测试结果)(t y （响应）三者之间的关系，可用图4-3表示。 )(t x )(t y )(t h 图4-3 测试系统与输入和输出的关系 它有三个方面的含义： （1）如果输入)(t x 和输出)(t y 可测，则可以推断测试系统的特性)(t h ； （2）如果测试系统特性)(t h 已知，输出)(t y 可测，则可以推导出相应的输入)(t x ； （3）如果输入)(t x 和系统特性)(t h 已知，则可以推断或估计系统的输出)(t y 。 这里所说的测试系统，广义上是指从设备的某一激励输入（输入环节）到检测输出量的那个环节（输出环节）之间的整个系统，一般包括被测设备和测量装置两部分。所以只有首先确知测量装置的特性，才能从测量结果中正确评价被测设备的特性或运行状态。 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入/输出关系，并且最好为线性关系。由于在静态测量中校正和补偿技术易于实现，这种线性关系不是必须的（但是希望的）；而在动态测量中，测试装置则应力求是线性系统，原因主要有两方面：一是目前对线性系统的数学处理和分析方法比较完善；二是动态测量中的非线性校正比较困难。但对许多实际的机械信号测试装置而言，不可能在很大的工作范围内全部保持线性，只能在一定的工作范围和误差允许范围内当作线性系统来处理。 线性系统输入)(t x 和输出)(t y 之间的关系可以用式（4-1）来描述 )()(...)()()()(...)()(0111101111t x b dt t dx b dt t x d b dt t x d b t y a dt t dy a dt t y d a dt t y d a m m m m m m n n n n n n ++++=++++------ （4-1） 当n a ，1-n a ，…，0a 和m b ，1-m b ，…，0b 均为常数时，式（4-1）描述的就是线性系统，也称为时不变线性系统，它有以下主要基本性质： （1）叠加性 若 )()(11t y t x →，)()(22t y t x →，则有

第三章 测试系统的基本特性

第三章 测试系统的基本特性 （一）填空题 1、某一阶系统的频率响应函数为1 21)(+= ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为= ω，幅值= y ，相位= φ。 2、试求传递函数分别为5.05.35 .1+s 和2 22 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统 的总灵敏度。为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有、 和 。 3、当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y ?=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。4、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的越小。5、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数 2、从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。（1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性 为 。 （1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q +（3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）) ()(21ωωQ Q ?4、一阶系统的阶跃响应中，超调量 。 （1）存在，但<5％（2）存在，但<1（3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、忽略质量的单自由度振动系统是 系统。（1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6、一阶系统的动态特性参数是 。 （1）固有频率 （2）线性度 (3)时间常数（4）阻尼比 7、用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值 倍所经过的

液体绝缘击穿理论

液体绝缘击穿理论 饶文彬 用以隔绝不同电位导电体的液体。又称绝缘油。它主要取代气体，填充固体材料内部或极间的空隙，以提高其介电性能，并改进设备的散热能力。例如，在油浸纸绝缘电力电缆中，它不仅显著地提高了绝缘性能，还增强散热作用；在电容器中提高其介电性能，增大每单位体积的储能量；在开关中除绝缘作用外，更主要起灭弧作用。 性能 液体绝缘材料均具有优良的电气性能，即击穿强度高,介质损耗角正切(tanδ)小，绝缘电阻率高,相对介电常数εb 小（电容器中为 了增大储能则要求εb 大） ；其次是具有优良的物理和化学性能。如汽化温度高，闪点高,尽量难燃或不燃；凝固点低,合适的粘度和粘度－温度特性；热导率大，比热容大；热稳定性好，耐氧化；在电场作用下吸气性小；它和与之接触的固体材料之间的相容性要好；毒性低、易生物降解。还要求来源广、价格低。开关油还要求在电弧作用下生成的碳粒少、易分散、沉淀快。超高压变压器油则要求油的流动产生的静电荷少。 采取精制处理清除油中的杂质和水分，可以提高油的绝缘性能。常用的方法是用白土(Al 2O 3·mSiO 2·nH 2O)、硅胶或活性氧化铝等吸附剂进行吸附精制，亦可用溶剂精制或电净化。为抑制绝缘油的老化，应加强设备的散热，隔绝空气并添加抗氧剂。20世纪60年代初发展

的油中气体分析（气相色谱）技术，可对变压器进行异常监测与诊断，以确保其安全运行。 分类 液体绝缘材料可按其极性分为弱极性、非极性、极性、强极性等几类。弱极性和非极性液体绝缘材料（以矿物油为代表）的固有电偶 极矩小，相对介电常数ε b 约为2.2。ε b 随温度的升高略有下降,与电 压的频率无关,ε b 的温度系数和它的体积膨胀系数有相同数量级。介 质损耗主要来自电导。由于极性小,不易吸附杂质,或吸附杂质后易于精制，因此电导率γ和tanδ可较小。温度升高，载流子的活化能增大,故γ和tanδ随温度升高而增大。tanδ与电压的频率成反比。极 性液体绝缘材料的固有电偶极矩大，故ε b 较大，一般为3～7。强极 性液体绝缘材料的ε b 更大。由于存在较大的本征离子电导,且易吸附杂质,故γ和tanδ较大。由于存在偶极损耗,使tanδ和温度、电压频率的关系出现峰值，使用中应注意避开峰值的温度和频率。纯净液体的击穿主要是碰撞电离击穿和气泡击穿，因而密度大的液体击穿强度较高；升温使密度减小，击穿强度降低；减薄油层可提高击穿强度；随着电压作用时间的减少与环境压力的提高，击穿电压提高。工程液体绝缘材料因含气、水和杂质，在电场作用下易形成跨越电极间的汽泡(气桥)、水泡(水桥)、杂质(杂质桥)，从而使击穿电压降低。祛气、脱水、滤除杂质可以提高绝缘油的击穿场强。处理完善的绝缘油,在标准电极(电极直径为25毫米，极间距离为2.5毫米,电极边缘曲率半径为2毫米)中击穿电压约为35～70千伏。

计算机在线考试系统项目总结

附件: 总结 计算机在线考试系统项目 随着计算机信息技术、网络技术和软件技术的不断发展和完善，促进了人们很多传统的工作手段和方法也随之改变。“在线考试系统”就是利用计算机信息技和网络平台结合软件技术，把在教学中可实现标准化考试的课程由传统的纸张考试模式转变成为无纸化考试模式，以实现试题管理、考务管理、随机生成试卷、在线监考、自动阅卷和成绩统计等功能，达到节约资源，提高工作效率，保证考试结果客观公正性的目的。 一、系统可行性 由于《计算机文化基础》这门课程的考试题型通常为判断、单项选择、多项选择、填空和文字录入等，而这类题型的答案通常又具有单一性、确定性或有限枚举性等特点，所以便于计算机编码和标准化，以实现无纸化考试。 二、系统需求 目前，学院每年学习《计算机文化基础》人数约3000余人，根据以往惯例，该课程的考核方式采用闭卷笔试，由此产生的试卷印刷、装订、分袋、回收试卷、阅卷、成绩统计等工作量非常庞大，且由于考核方法的落后，基本上难以准确、客观、公正地反映学生具有的基本职业技能和素质，其结果是培养的学生，懂理论多些，会实践操作少些，从而偏离了高职学院培养高技能专业人才的目标。 针对《计算机文化基础》课程实践性强的特点，探索与之相适应

的，将考核和实践过程有机的结合在一起的较为准确、客观、公正地反映学生具有的计算机文化基础技能和素质的考试方式，减少成绩考核中的片面性，真实反映学生的计算机文化基础技能水平，提高学生对实践教学的重视程度，促进学生学习和实践的积极性和主动性，促使学生朝着提高自身基础技能的方向发展。 三、系统设计 1.系统功能设计 根据系统需求可知，该在线考试系统应具有以下主要功能，包括考务管理（考生管理、考场安排）、题库管理（试题录入、删改）、试卷管理（定义试卷模板）、考试管理（在线监考、异常处理）、成绩管理（自动阅卷、成绩报表）和系统管理等。其系统构成如下图。 2.系统运行环境

绝缘材料介绍

电工绝缘材料的发展与现状 1 电工绝缘材料的重要性 电工绝缘材料是能阻止电流通过的材料，它的电阻率很高，通常在106-1019Ω·m范围内。一般的电机、电气设备都是由导体材料、碳性材料、绝缘材料和结构材料构成的，除绝缘材料之外，其他都是金属材料，电机、电气在运行中，不可避免地要受到温度、电、机械的应力和振动，有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等各种因素的作用，这些因素对绝缘材料的影响比对其他材料更明显，可以说，绝缘材料对这些因素更为敏感，容易变质劣化，致使电工设备损坏。所以绝缘材料是决定电机、电器运行可靠性的关键材料。随着运行时间的延续，绝缘材料必然要老化，并且其老化速度要比其他材料快，所以决定电机、电器使用寿命的关键材料也是绝缘材料。 2 绝缘耐热分级 电工绝缘材料的使用期受多种因素的影响，而温度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素，通常将电气绝缘的耐热性划分为若干耐热等级。按国家标准GB11021（IEC60085）规定，各耐热等级及所对应的温度见附表。 附表 耐热等级温度/℃耐热等级温度/℃ Y 90 H 180 A 105 200 200 E 120 220 220 B 130 250 250 F 155 绝缘结构的温度极限与其中绝缘材料的温度极限可能不直接相关。在绝缘结构中，绝缘材料的温度极限可能因受到其他组成材料的保护而有所提高，也可能因其他材料不相容而使绝缘结构的温度极限低于各个组成材料的温度极限。所有这些问题应该通过功能试验予以评定。 3 电工绝缘材料的分类 电工绝缘材料共分为八大类： 1）漆、可聚合树脂和胶类：有溶剂漆，无溶剂可聚合树脂、覆盖漆、防晕漆、半导电漆、硬质覆盖漆、瓷漆、胶粘漆、熔敷粉末、硅钢片漆、漆包线漆、丝包线漆、灌注胶、包封（浇注）树脂、胶泥、腻子。 2）树脂浸渍纤维制品类：漆布、漆稠、合成纤维漆布、上胶布、玻璃纤维漆布、混织纤维漆布、防晕带、漆管、树脂浸渍无纬绑扎带、树脂浸渍适型材料。 3）层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶和引拔制品类：有机底材层压板、真空压力浸胶制品、无机底材层压板、防晕板及导磁层压板、有机底材层压管、无机底材层压管，有机底材层压棒、无机底材层压棒、引拔制品。4）模塑料类：木粉填料为主的模塑料、石棉填料为主的模塑料、玻璃纤维填料为主的模塑料、云母填料为主的模塑料、其他有机填料为主的模塑料、无填料塑料。

自动测试系统 复习总结

第一章、自动测试系统 1.1 自动测试系统的概念 自动测试系统:以（计算机）为核心，在（程控指令）下，能完成某种测试任务而组合起来的（测量仪器）和（其它设备）的有机整体。简称ATS(Automatic Test System) 1.2 虚拟仪器概念、组成和分类 虚拟仪器（Virtual Instrument，简写为VI）：在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义的具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。 是计算机硬件资源、仪器与测试系统硬件资源和软件资源三者的有效结合。 1.2.3 虚拟仪器组成 虚拟仪器组成：通用仪器硬件平台和应用软件 硬件平台：计算机、总线与I/O接口设备 总线：连接计算机与各种程控仪器与设备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换。 I/O接口设备：完成被测信号的采集、放大、A/D转换。当然也包括机械接插件、插槽、电缆等。 1.3 自动测试系统的组成 自动测试系统的组成：控制器、程控仪器及设备、总线与接口、测试软件、被测对象 自动测试系统包括五大部分： 1. 控制器：系统的指挥、控制中心。包括小型计算机、个人计算机、DSP、单片机。 2. 程控仪器、设备：能完成一定测试或控制任务的硬件。程控多用表、信号源、控制开关、伺服系统… 3. 总线与接口：连接控制器与各种程控仪器、设备的通路，完成命令、数据的传输与交换。包括机械接插件、插槽、电缆等。 5. 被测对象：如坦克、飞机、导弹、卫星、雷达、大型通讯交换机、手机等，需要通过电缆、接插件等与程控仪器、设备相连。 总线标准：VXI总线标准、PXI总线标准、LXI总线标准（重点）、GPIB(IEEE488)总线标准、PC总线 软件规范：VPP规范、IEEE488.2标准、SCPI标准 自动测试系统的发展 第一代：专用 第二代：GIPB 、CAMAC、PC-DAQ等 第三代：VXI、PXI、LXI等 第2章虚拟仪器软件开发平台 2.1 软件开发平台概述 虚拟仪器系统的一大核心技术是软件技术，系统性能的优劣很大程度上取决于软件的设计。 虚拟仪器软件开发平台主要有两大类： (1) 通用软件开发平台 各种版本的C/C++（包括Visual C++等），Visual Basic，Delphi，Java等。 (2) 专用的虚拟仪器软件开发平台 美国NI公司的LabWindows/CVI、LabVIEW和Agilent公司的VEE。 LabWindows/CVI属于可视化的文本型开发平台 LabVIEW 与Agilent VEE属于图形化的软件开发平台。 补充：LXI测试平台 A.2.3 LXI的仪器功能类(重点) LXI标准定义了三种仪器功能类：C、B、A 1) 功能类C 提供符合LXI标准的LAN和Web浏览器接口。

自动测试系统的原理、应用与发展

自动测试系统的原理、应用与发展 北京航空航天大学自动化学院测控系李行善于劲松 摘要自动测试系统（ATS）广泛应用于各类产品（器件、部件、电路板、设备或系统）从设计、生产到使用维护的各个阶段，对提高产品性能及生产率，降低生产成本及整个生命周期成本，起着重要作用。对于飞机、导弹、舰船或武器系统，自动测试系统更是这些它们的综合保障设备的重要组成部分，对保障各类设备或武器系统的机动性和提高战斗力有重要意义。本文介绍自动测试系统的工作原理及发展概况，自动测试设备(ATE)的类型及测试程序集(TPS)开发的主要内容，并对一些有代表性的通用自动测试系统进行了评述。希望本文对国内从事这方面的研究工作的读者有所帮助。 1 自动测试系统（ATS）的发展概况 1.1 自动测试系统的概念与组成 一般意义的自动测试系统是对那些能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出测试结果的一类系统的统称。通常这类系统是在标准的测控系统总线或仪器总线（CAMAC、GPIB、VXI、PXI等）的基础上组建而成的，并且具有高速度、高精度、多功能、多参数和宽测量范围等众多特点。工程上的自动测试系统（Automatic Test System，缩写为ATS）往往针对一定的应用领域和被测对象，并且常以应用对象命名，如飞机自动测试系统，发动机自动测试系统，雷达自动测试系统，印制电路板自动测试系统等，也可以按照应用场合来划分，例如可分为生产过程用自动测试系统，场站维护用自动测试系统等。 自动测试系统（ATS）由自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE），测试程序集（Test Program Set，TPS）和TPS软件开发工具所组成，如图1 所示。 图1 自动测试系统的组成

测试系统的基本特性

第4章测试系统的基本特性 4．1 知识要点 4.1.1测试系统概述及其主要性质 1.什么叫线性时不变系统？ 设系统的输入为x (t )、输出为y (t )，则高阶线性测量系统可用高阶、齐次、常系数微分方程来描述： )(d )(d d )(d d )(d 01111t y a t t y a t t y a t t y a n n n n n n ++++--- )(d )(d d )(d d )(d 01111t x b t t x b t t x b t t x b m m m m m m ++++=--- （4-1） 式（4-1）中，a n 、a n -1、…、a 0和b m 、b m -1、…、b 0是常数，与测量系统的结构特性、输入状况和测试点的分布等因素有关。这种系统其内部参数不随时间变化而变化，称之为时不变（或称定常）系统。既是线性的又是时不变的系统叫做线性时不变系统。 2.线性时不变系统具有哪些主要性质？ （1）叠加性与比例性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和。 （2）微分性质：系统对输入微分的响应，等同于对原输入响应的微分。 （3）积分性质：当初始条件为零时，系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。 （4）频率不变性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。 4.1.2测试系统的静态特性 1.什么叫标定和静态标定？采用什么方法进行静态标定？标定有何作用？标定的步骤有哪些？ 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程。 静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。 静态标定方法：在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点），从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值（称标定的正行程），然后再倒序由高至低依次输入预定的标定值，直至返回零点（称标定的反行程），并按要求将以上操作重复若干次，记录下相应的响应－激励关系。 标定的主要作用是：确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度

常见电工材料在绝缘上的应用

常见电工材料在绝缘上的应用 ——高电压工程 2014年4月21日

目录 第一章固体绝缘材料 (3) 一、概况 (3) 二、分类 (3) 三、常见固体绝缘材料举例 (3) 1、NOMEX绝缘纸 (3) 2、绝缘漆 (4) 3、酚醛树脂 (4) 第二章液体绝缘材料 (5) 一、简介 (5) 二、分类： (5) 1、按极性强弱： (5) 2、按材料来源： (5) 三、几种常见液体绝缘材料介绍 (5) 1、变压器油： (5) 2、硅油 (6) 第三章气体绝缘材料 (7) 一、简介 (7) 二、纯气体绝缘材料 (8) 1、空气 (8) 2、SF6气体 (8) 3、氮气 (8) 三、混合气体绝缘材料 (8) 1、SF6/N2混合气体 (8) 2、SF6/CO2混合气体 (9) 附录：小组分工 (9) 参考文献： (10)

第一章固体绝缘材料 一、概况 固体绝缘材料可分有机、无机两类。有机固体绝缘材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品和粘带、电工用层压制品等。无机固体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固体绝缘材料品种多样，也最为重要。 二、分类 三、常见固体绝缘材料举例 1、NOMEX绝缘纸 NOMEX 绝缘纸是一种高结晶、由热塑性芳香聚酰胺纤维合成、经特殊设备加工制成的耐高温的绝缘材料。即使温度超过 220℃时，它的稳定性依然良好。在液体冷却介质中高温运行不会裂解，正常工作状态下，该绝缘纸可耐受 180℃温度（变压器中普通绝缘纸为A 级绝缘105℃）。 NOMEX绝缘纸是一种芳香族聚酰胺，由两种形式的芳香族聚酰胺的聚合物制成。细小的纤维状粘结颗粒一层析纤维是在很高的剪切作用下从聚合物上直接切下来的。这些颗粒与从纤维丝上切下的一定长度的短纤维混合在一起。 短纤维及层析纤维两种组元在一种水基浆料中混合，再由专门的制纸机制成成连续的片状结构。刚从机器中出来的纸的密度较低，只具有中等的机械和电气性能。随后通过高温轧光来实现致密化及内部粘结。这样生产出来的NOMEX绝缘纸具有较高的机械强度、柔性和良好电气性能，而且可以在较高的温度下保持其特性。 根据电气化铁道牵引负荷的情况，在牵引变压器制造中使用新型绝缘材料，NOMEX 绝缘纸代替普通绝缘纸，提高变压器的过负荷能力，降低牵引变压器的安

自动检测技术的应用与发展..

自动检测技术的应用与发展 摘要 在当今经济全球化高速发展的时代，随着工业自动化技术的迅猛发展，自动检测技术被广泛地应用在工业自动化、化工、军事、航天、通讯、医疗、电子等行业，是自动化科学技术的一个格外重要的分支科学。众所周知，自动检测技术是在仪器仪表的使用、研制、生产的基础上发展起来的一门综合性技术。 自动检测系统广泛应用于各类产品的设计、生产、使用、维护等各个阶段，对提高产品性能及生产率、降低生产成本及整个生产周期成本起着重要作用。本文首先介绍自动检测系统的概念，其次通过自动检测系统的各个组成部分，详述系统的工作原理，介绍了自动检测系统组建的概念、结构以及在组建中所使用的关键技术。以此为铺垫，进而深入探讨自动检测技术在各领域间的应用与推广。 关键词：自动检测系统应用发展 第一章自动检测系统的概念与组成 自动检测技术是一种尽量减少所需人工的检测技术，是一种依赖仪器仪表，涉及物理学、电子学等多种学科的综合性技术。与传统检测技术相比，这一技术可以减少人们对检测结果有意或无意的干扰，减轻人员的工作压力，从而保证了被检测对象的可靠性，因此自动检测技术已经成为社会发展不可或缺的重要部分。自动检测技术主要有

两项职责，一方面，通过自动检测技术可以直接得出被检测对象的数值及其变化趋势等内容；另一方面，将自动检测技术直接测得的被检测对象的信息纳入考虑范围，从而制定相关决策。检测和检验是制造过程中最基本的活动之一。通过检测和检验活动提供产品及其制造过程的质量信息，按照这些信息对产品的制造过程进行修正，使废次品与反修品率降至最低，保证产品质量形成过程的稳定性及产出产品的一致性。 传统的检测和检验主要依赖人，并且主要靠手工的方式来完成。传统的检验和检测是在加工制造过程之后进行，一旦检出废次品，其损失已发生。基于人工检测的信息，经常包含人的误差影响，按这样的信息控制制造过程，不仅要在过程后才可以实施，而且也会引入误差。自动检测是以多种先进的传感技术为基础的，且易于同计算机系统结合，在合适的软件支持下，自动地完成数据采集、处理、特征提取和识别，以及多种分析与计算。而达到对系统性能的测试和故障诊断的目的。 1.1检测与检验的概念 检测是指为确定产品、零件、组件、部件或原材料是否满足设计规定的质量标准和技术要求目标值而进行的测试、测量等质量检测活动，检测有3个目标： ①实际测定产品的规定质量我及其指标的量值。 ②根据测得值的偏离状况，判定产品的质量水平，确定废次品。 ③认定测量方法的正确性和对测量活动简化是否会影响对规

绝缘材料分类

目前常用绝缘材料分为三类： ⑴无机绝缘材料：云母、瓷器、石棉、大理石、玻璃、硫磺等。用于电机、电器的 绕组绝缘，开关底板和绝缘子等。 ⑵有机绝缘材料：橡胶、树脂、虫胶、棉纱纸、麻、蚕丝、人造丝管等。用于制造 绝缘漆、绕组导线的外层绝缘等。 ⑶混合绝缘材料：由两种绝缘材料进行加工的成型绝缘材料。用于电器的底座、外壳等。 有机绝缘材料可以分为一下几类： 1.树脂树脂分为天然树脂和合成树脂两种，合成树脂包括热塑性树脂和热固性树 脂。 (1)热塑性合成树脂。热塑性合成树脂是由化学方法通过聚合反应人工合成的，其 聚合物是线型结构，具有热塑性。 热塑性合成树脂应用较广。聚乙烯有相当的弹性和柔韧性，可制成薄膜，常用做高频电缆的绝缘材料，高频骨架和电容器的薄膜介质;聚苯乙烯的电阻率高，常用做高频 和超高频的低损耗绝缘：聚四氟乙烯的化学稳定性高，不会燃烧，用于耐高温的电容器;聚氯乙烯广泛用于制造各种塑料、导线绝缘及电缆的保护层，以及用于制造绝缘漆;聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃，可用于装饰，制作一般结构零件，读数透镜，绝缘零件 及壳、罩、接线柱等。 (2)热固性合成树脂。热固性合成树脂是通过化学缩聚反应产生的，聚合物大多是 空间结构，具有热固性。常用的热固性合成树脂主要有：酚醛树脂：酚醛树脂大多数 为热固性的，是由苯酚和甲醛缩聚所得的热固性酚醛，又称胶木(电木)，价格低廉，在电子工业中应用相当普遍。如用于制造合成电阻器及合成电位器的电阻体、酚醛塑料、 酚醛层压板，电工中的各类开关、插座、插头等。但其高频损耗较大，只适用于工频和 音频等低频场合。 环氧树脂：环氧树脂本来呈热塑性，在各种固化剂作用下，会变成热固性。环氧树 脂的电气绝缘性好，耐热，耐气候变化，稳定性高，透湿性小，巍结性好，能与金属、 陶瓷等多种材料密切粘合。在电子工业中主要用于编结、浇注、包封、涂覆及层压板中。硅氧树脂：又称有机树脂，具有有机物和无机物优点的一类新型高分子化合物。有较好的机械性能和耐热性，介电性能好，防水，防潮，耐寒，耐化学腐蚀，耐电弧高压电晕。广泛用于制造有机硅漆，有机硅模塑料，用于浸渍、涂覆和电子元器件的封装。透明的 有机硅玻璃树脂，电气性能和高频性能好，适用高温、高湿条件下使用，常用做各种材 料表面涂 2.塑料塑料是以合成树脂为主要原料，加入填料和各种添加剂等配制而成的 粉状、粒状或纤维状，在一定的温度、压力条件下可以塑制的高分子材料。塑料质轻， 电气性能优良，有足够的硬度和机械强度，易于用模具加工成型，所以在电气设备中得到广泛的应用。

基于计算机的机床测试系统计算机测试系统基本组成

基于计算机的机床测试系统计算机测试系统基本组成 以计算机为主要平台，采用微机控制和可视化编程技术，设计 出一种模块化高精度机床集成测试系统。在工业生产测试过程中，经常要对温度、流量、压力等模拟量进行采集，对继电器、接触器等开关量进行控制，此外还有步进电机和伺服电机进行精确的位移控制。开发一种基于计算机的机床测试系统，把各种控制量集成在一起构成闭环控制系统很有必要。本文以一台计算机为主控制器，采用Windows 风格接口软件，计算和测试速度快，信息处理能力强，系统集成度高，工作界面友好，操作方便，实现了多参数测试过程自动化，提高了测试效率和准确性。 系统主要功能及特点 系统以对机床性能影响大的参数集成测试为主要目的，具有以 下功能和特点：

(1)系统对减速器具有测量载荷，进行空载试验、负载试验、惯性负载试验、离合器通断试验、回差试验等功能，可同时对X、Y1、Y2三轴进行测试； (2)系统对自动调高系统具有在线测量；调高精度功能，最多可同时测试8机头，对进给距离具有自动设置和用户给定功能，误差值随着机头的进给实时计算并显示； (3)具有自动测试时间设定、加虚拟负载、载荷调节功能； (4)对控制系统具有高温老化试验功能，自动监测和记录系统状态； (5)测量数据动态显示，如果发现数据超标立即报警或停止实验； (6)测试结果进行自动分析和打印，并可进行相关文件操作，以便对测试结果进行深层分析和统计。 系统硬件结构和组成

系统采用模块式结构，以计算机作为主控制器。计算机有着丰富的软硬件资源和强大的系统功能，运算和控制速度高，在现场控制上有着良好的控制性能。系统其他部分都通过接口卡与计算机相连，被其控制同时为其提供测试数据。通过执行计算机上的接口软件，系统的硬件结构框图如图1所示。主要有以下部分： 主控制器 系统的主控制器由一台工控计算机、标准键盘、鼠标器、CRT 彩色显示器和打印机等组成。计算机作为系统的主控制器，通过接口卡控制其他部分动作，采集测试数据，并对这些数据进行复杂的计算和分析，完成系统集成的各项测试功能，同时在测试的过程中，对测试结果进行实时动态显示，如果发现超标即进行报警处理，并自动记录故障时刻，以便操作者采取相关措施。操作者可通过显示器、键盘和鼠标进行人机操作，选择相应的测试项目，输入必要的测试参数，监测整个测试过程，并进行相应的文件操作，通过打印机打印测试结果。

自动测试系统硬件搭建及数据处理实验

1.电涡流开关铁磁性物体检测实验 一. 实验目的 1.通过本实验熟悉电涡流传感器的工作原理。 2.通过本实验了解和掌握采用LDG-12-A型电涡流传感器进行铁磁性物体检测实验的原理和方法。 二. 实验原理 电涡流传感器是一种非接触式传感器，一般由探头、延伸电缆、前置器构成基本的工作系统（如图24.1所示）。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。 图24.1 电涡流传感器基本工作系统 其工作过程是，当被测金属与探头之间的距离发生变化时。则探头中线圈的Q值发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、放大归一处理转化成电压（电流）变化。最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。 由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。 三. 实验仪器和设备 1. 输送线实验台架（LCSX-12-A）1套

自动测试系统使用说明

自动测评系统（cena）使用说明 1、运行安装程序，安装测试系统 2、点击相应的图标启动测试系统cena 测试操作步骤如下： （1）新建一个测试 点击“新建”（或“文件”—“新建或打开”，然后选“新建”） 定义好这次测试的标题、数据所在的目录，如：这次测试的数据放在D：\test下 单击“确定”后，在d:\test 下会自动有两个文件夹（d:\test\data 和d:\test\src） （2）建立题目文件夹，并复制测试数据 在d:\test\data 下为每题建一个文件夹，如有一个题目为liti, 则建一个文件夹为:d:\test\data\liti，将liti问题的测试数据复制到文件夹d:\test\data\liti下，以此类推。 （3）创建考生文件夹 在文件夹d:\test\src下为每个考生建一个文件夹，在该考生目录下，为每题建一个相应的文件夹，考生的源程序和EXE文件复制到相应的目录下。（考生目录下的每题的目录可以让考生自己创建）例如：有一个考生叫“张三”，则可以创建一个文件夹“d:\test\src\张三”，他目录下为每一题创建一个目录，源程序和EXE文件复制到相应的目录下。如： D:\test\src\张三\liti\liti.pas; D:\test\src\张三\liti\liti.exe （4）设置测试数据 单击“文件”----“新建或打开”，打开刚才建立的测试 (a)添加试题 点击“试题”，在“纲要”下方的空白方框内点击右键，选择“添加试题”，然后在右边对应项中，设置好这个题目的“标题”、“源文件”、“输入文件”、“输出文件”（后面还有两项可不用设置），如上面例子可设置为：标题：liti, 源文件：liti\liti 输入文件：liti.in 输出文件：liti.out （b）添加测试数据 添加试题后，为本题添加测试数据。在“纲要”下方的空白方框内点击右键，选择“添加测试数据”，然后设置每一组测试数据的“输入文件”、“输出文件”、“分值”、“时间限制”、“内存设置”（“时间限制”、“内存设置”可采用缺省值，不用改）。如上面例子的第一组测试数据可设为：输入文件：liti1.in 输出文件：liti1.out 分值：10(每个测试点的分值)，其他各组测试数据以此类推。 （5）测试 单击“文件”----“新建或打开”，打开刚才建立的测试，点击“选手”，就可以看到所有的选手，然后点击下方的“全面测评”，就可以自动为每个考生测试，每个考生每题各测试点的成绩，每题得分，总分就可以得出。 （6）统计与打印 测试完毕，点击“统计与分析”，可以列出每个考生的数据，在左边方框内点击右键，选择“打印或导出”即可将结果打印出来。 （7）退出测试系统 点击“文件”----“退出”，即可退出测试系统。 2007年7月