现代测试技术在工业工程中的应用综述

题目：现代测试系统在工业工程领

域的工程应用

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二零一四年

1. 绪论

现代科技的进步以计算机的进步为代表，正以不可逆转之势从各个层面上影响着各行各业的技术进步。伴随着微电子技术、计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器依次经历了指针式仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器的发展。这些智能信访仪器、总线仪器以及新型智能传感器的相继出现进一步推动了现代测试技术的发展，其主要发展趋势有一下几个方面：

1.传感器的发展：智能化传感器、多传感器、多功能化和高精度化、传感器融合等。

2.测试手段的发展：硬件功能软件化、集成化模块化、参数整定与修改实时化、硬件平台

通用化。

3.测试信号处理的发展：提高在线实时能力、提高分辨率和运算精度、扩大和发展新的专

业功能等。

4.开发平台的发展趋势：通用集成仪器平台的构成，该技术与数据采集、数字信号分析处

理的软件技术是决定现代测试仪器、系统性能与功能的两大关键技术。

现代测试技术具有广阔的应用空间，由于各行各业的广泛需求，未来测试技术的发展将十分迅速。现代粒度测试技术；现代物理测试技术；现代土木测试技术；现代光电测试技术；现代分析测试技术；流动测试技术；现代集成电路测试系统；现代光通信测试技术等等。

本文后续内容主要针对工业工程的相关领域对于现代测控技术的应用进行展开，简略介绍射频识别技术、立体仓库系统、质量管理中的与测试技术相关的部分，其中用到的测试技术。

2. 射频识别技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification)是一项从八十年代开始逐步走向成熟的自动识别技术。随着超大规模集成电路技术的发展，射频识别系统的体积大大缩小，进入了实用化的阶段。它是利用电磁感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，以达到识别的目的并交换数据。目前的RFID系统有很多工作频段，包括了低频、高频和超高频段。工作原理也不尽相同，有的是利用近场的电磁感应，(所以有人把电子标签称作感应卡)，有的是利用电磁波发射。

2.1 射频识别技术原理[1]

射频识别系统一般(如图2-1)有以下几个主要部分构成:一个载有目标物相关信息的RFID 单元（应答器或卡、标签等）；在读写器及RFID单元间传输RF信号的天线；一个产生RF信号RF收发器(RF transceiver )；一个接收从RFID单元上返回的RF信号，并将解码的数据传输到主机系统以供处理的读写器。

图2-1 射频识别系统的组成

图2-2 RFID系统结构示意图

图2-3 射频识别系统原理图

系统的工作过程如下：

1.阅读器通过天线在一个区域内发射能量形成电磁场，区域大小取决于发射功率、工作频率和天线尺寸。

2.应答器进入这个区域时，接收到阅读器的射频脉冲，经过桥式整流后给电容器充电，电容电压经过稳压后作为工作电压。

3.数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出命令和数据并送到控制逻辑，控制逻辑接受指令完成存储、发送数据或其它操作。

4.如需要发送数据，则将数据调制，然后从收发模块发送出去。

5.阅读器接收到返回的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后进行处理必要时可通过RS232, RS422, RS485或无线接口将数据传送到计算机，阅读器发送的射频信号除提供能量外，通常还提供时钟信号，使数据同步，从而简化系统设计。

2.2 射频识别技术中应用测试技术部分详解

射频识别系统中，应答器的应答响应是在阅读器接通高频电/磁场的情况下送出去的，由于应答器的信号相对于阅读器是很弱的，所以必须采用合适的传输方式使得应答器的信号与阅读器的信号区分开来。

应答器基本分为4个范围：低频（30-300KHZ）、高频（3-30MHZ）、超高频（300MHZ-3GHZ）或微波（>3GHZ）。

阅读器由2个功能块组成：控制系统、高频接口。高频接口有以下功能：1.产生高频发射功率；2.对发射信号进行调制；3.接收并解调来自应答器的高频信号。

图2-4感应式高频接口电路

发射通道部分首先由石英晶体振荡器产生所需工作频率(如135KHZ或13.56MHZ)的信号。为了不影响应答器反射的极其微弱的信号，对相关振荡器和相位稳定性提出了较高的要求。

振荡器的信号被送到由信号编码的基带信号控制的调制器上。依据调制器的类型对晶体振荡器的信号调制可以分为振幅调制((ASK)、频移调制((FSK)和相移调制(PSK)。将以二进制基带信号数据表示的串行码元((Manchester, Miller NRZ)等的高频信号进行频率合成。然后，通

过输出级进行信号调理，使调制后的信号达到所需的电平，最后，将信号输出，耦合到感应的高频线圈上。

接收通道部分开始于天线端，其第一个组件一般是具有陡峭边沿的带通滤波器或是陷波滤波器。此滤波器的作用是最大程度地屏蔽发射信号，把应答器的应答信号滤出。

阅读器的发射电路系统设计主要采用三点式震荡电路、振幅调制电路。

阅读器的接收电路系统设计主要采用包络检波电路、带通滤波电路、脉冲整形电路。

3. 立体仓库系统

3.1 立体仓库简介

自动化立体仓库又称立库、高层货架仓库、自动仓储AS/RS (Automatic Storage & Retrieval System)。它是一种用高层立体货架(托盘系统)储存物资，用电子计算机控制管理和用自动控制堆垛运输车进行存取作业的仓库。

自动化仓库发展的一个方面是普遍采用扫描技术，提高信息的传输速度和准确性。采用射频数据通信技术，数据的采集、处理和交换能够在搬运工具与中央计算机之间快速进行，使物品的存取和发送信息做到快速、实时、可靠和准确。我国正在发展这方面技术，将其应用到新建库和己建库原有通信系统以改善仓库管理，提高仓库作业效率。

3.2 传感器在立体仓库的应用[2]

目前立体仓库涉及到的主要测试技术方面的内容为传感器的应用，最为广泛的是激光测距传感器在立体仓库的定位的使用。在实际应用中大多设计是将激光发射器安装在巷道堆垛机行走方向的前方，目标反射板安装在巷道堆垛机行走方向的终端(立体仓库的末端)，当巷道堆垛机走到行走方向的起始端(立体库的前端)时，此时堆垛机加速时加速度非常大，精度误差不是很大，而且堆垛机在工作周期结束以后可以用轨道末端的限位开关等机械装置进行归零处理(归零程序可以在PLC中设置)。

采用激光测距传感器认址代替陈旧的光电认址方式。第一，从技术角度来说，提高了系统的可靠性，避免了大量的修复工程;其次，由于采用了新的定位技术，提高了定位精度；最后，采用激光测距传感器，运行速度有很大的提升空间。

4. 测试技术在质量管理中的应用

质量管理是指在质量方面指挥和控制组织的协调的活动。质量管理，通常包括制定质量方针和质量目标以及质量策划、质量控制、质量保证和质量改进。这里就以汽车生产中的质量管理为例阐述测试技术在其中的应用。

汽车生产中振动测试对零部件的质量保证非常关键。例如，振动测试对新发动机的开发、