1.1　测试技术基础

1.1.1　信息

（1）信息和信号

测试的目的是获取信息，测试技术是一种研究如何获取信息的技术。信息是事物运动的状态与方式，是物质的一种属性。在这里，“事物”泛指一切可能的研究对象，包括外部世界的物质客体，也包括主观世界的精神现象；“运动”泛指一切意义上的变化，包括机械运动、化学运动、思维运动和社会运动；“运动方式”是指事物运动在时间上所呈现的过程和规律；“运动状态”则是事物运动在空间上所展示的形状与态势。总之，“信息即事物运动的状态与方式”。

信号是表示消息的物理量，是信息的载体和表现形式。它包含光信号、声信号、电信号、磁信号、热信号等。其中，电信号具有很多优点：其参量容易控制，可以方便地用来表示物体的各种运动状态方式；易于产生、放大和处理，便于信号变换；传输速度快，传播距离远，可以传递很大的信息量。因此在工程领域被广泛采用。测试系统中，需要采集的信号也往往是电信号。

现代液压测试系统通过各种传感器反馈的信号，获取系统的压力、流量、油温、振动、噪声及执行机构的运动情况等数据。把测试到的数据输入计算机系统，计算机根据输入的数据，通过信号处理技术，分析提取测试系统的信号特征，完成信号到信息的转换。利用这些信息即可对液压元件及液压系统的工作状况、性能、可靠性、寿命等指标进行评价，并可进行故障诊断和监测。因此，液压测试系统包含了信息的收集、传递、转换、存储、加工和使用，是一个典型的信息系统。

（2）信息的性质

信息既不是物质也不是能量，但可以被识别、转换、存储、传输。信息的主要性质有：

①普遍性　信息是事物运动的状态和状态变化的方式。因此，只要有事物存在，只要事物在不断地运动，就会有它们运动的状态和状态变化的方式，也就存在着信息。所以信息是普遍存在的，信息具有普遍性。

②无限性　在整个宇宙时空中，信息是无限的，即使是在有限的空间中，信息也是无限的。一切事物运动的状态和方式都是信息，事物是无限多样的，事物的发展变化更是无限的，因而信息是无限的。

③有序性　信息可以用来消除系统的不确定性，增加系统的有序性。获得了信息，就可以消除认识主体对于事物运动状态和状态变化方式的不确定性。信息的这一性质使信息对人类具有特别重要的价值。

④时效性　信息具有动态性质，一切活的信息都随时间而变化。因此，信息也是有时效的。信息是事物运动的状态和状态变化的方式，事物本身在不断发展变化，因而信息也会随之变化。脱离了母体的信息因为不再能够反映母体的新的运动状态和状态变化方式，所以它的效用就会降低，甚至完全失去效用。这就是信息的时效性。所以人们在获得信息之后，并不能就此满足，信息要及时发挥效用，要不断补充和更新。

⑤可转化性　信息虽然不是物质，也不是能量，但是信息可以转化，在一定条件下，信息可以转化为物质、能量。最主要的条件是信息必须被人们有效地利用。正确而有效地利用信息，就可能在同样的条件下创造更多的物质财富和能量。

⑥可存储性　信息可以用不同的方式存储在不同的介质上。人脑可以存储信息；计算机可以通过存储器、光盘、U盘等存储信息；照相机、摄像机、手机等可通过存储卡存储信息。

⑦可转换性　信息可以有多种表现形式，各种表现形式之间又可以相互转换。同一种信息可以用语言、文字、数字、图像或图表等不同的方式来表示，它们都可以转换成计算机代码，计算机代码又可转换成语言、文字、数字、图像或图表等方式。

⑧可传递性　信息可以通过手势、旗语、烽火、信件、绘画、文字、符号、印刷品（包括纸质和电子版）、电话、电影、广播、电视、手机通信、计算机网络等传媒被近距离或远距离传递。在测试技术中，测试对象借助机械、声、光、电、磁等来传递信息。

⑨可加密性　在全球化、网络化和计算机化的趋势下，信息安全越来越重要，尤其是涉及国家安全、个人隐私的信息，可以对重要的信息进行加密保护。信息加密可利用数学或物理手段，对信息在传输过程中和存储体内进行保护，以防信息泄漏。

1.1.2　测量

测量是获取信息的一种重要手段。测量是对非量化实物的量化过程，在机械工程领域，测量指将被测量与具有计量单位的标准量在数值上进行比较，从而确定两者比值的实验认识过程。门德列耶夫说过：“没有测量就没有科学。”科学技术的发展离不开测量，在工业和科技领域主要通过测量获取信息。有些信息可以通过测量直接获取，而有些信息是不易直接测量得到的。对于不易直接测量得到的信息，往往需要通过对其相关的信息进行处理才能获得。

1.1.2.1　测量方法

测量方法对测量工作十分重要，它关系到测量任务是否能完成。为了及时获得准确可靠的数据，应根据不同的测量对象，使用不同的测量装置，选择合理的测量方法。对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方法。

（1）直接测量、间接测量和组合测量

按测量手段和获得测量结果的方法不同进行分类，主要有直接测量、间接测量和组合测量三种测量方法。

①直接测量　用预先标定好的仪表对被测对象进行测量时，仪表读数不需要经过任何处理，就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。如用米尺测量工件长度、压力表测量油源压力、温度计测量油源温度等都属于直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而迅速、测量结果直观，多用于工程实际；缺点是测量精度不容易做到很高。

②间接测量　有的被测量无法或不便于直接测量，但可以根据某些规律找出被测量与其他几个参量间的函数关系。这就要求在进行测量时，首先对与被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量，然后将测量值代入函数关系式，经过计算得到所需的结果，这种方法称为间接测量。例如，对试件的质量无法直接测量时，可通过它的体积和已知材料的密度，进而计算得到它的质量。间接测量比直接测量来得复杂，但是有时可以得到较高的测量精度。间接测量方法能够获得许多不能通过直接测量的信息，或者通过间接测量方法能够得到比直接测量方法精度更高的结果。

③组合测量　组合测量又称“联立测量”，即被测物理量必须经过求解联立方程组才能得到最后测量结果。在进行联立测量时，一般需要改变测量条件，才能获得一组联立方程所要的数据，解联立方程求出未知的被测量。对联立测量，在测量过程中，操作手续很复杂，花费时间很长，是一种特殊的精密测量方法，一般适用于科学实验或特殊场合。

（2）绝对测量和相对测量

根据不同的测量读数方法，可分为绝对测量和相对测量。

①绝对测量　测量中，当被测量是通过对一个或数个基本量的直接测量或利用物理常数值进行测量时，称为绝对测量，它能从读数装置上读出被测量的整个数值。例如，在液压测试系统中，在测量精度要求不高的情况下，常用卷尺测量工件长度。绝对测量一般使用通用量具，适合单件、小批量加工、测量，通用性好，可以直接读数。

②相对测量　相对测量又称为比较测量，是指被测量和标准量进行比较后，只确定被测量相对于标准量的偏差值的测量方法。例如，轴承检测仪的环规测量就是利用这种方法进行的。相对测量一般使用专用量具，适合大批量生产、测量，操作简单、准确，但需经常校对量具。

（3）接触测量和非接触测量

按测量时被测表面与测量装置的测头是否有接触，可以分为接触测量和非接触测量。

①接触测量　测量装置的测头与被测对象的表面有直接接触的测量，称为接触测量，如游标卡尺测量零件，物体重量的直接称重等。为了保证接触的可靠性，有时施加一定的测量力是必要的，但可能使测量装置与被测件发生变形而产生测量误差，还可能对被测件表面质量造成损坏。

②非接触测量　非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。如红外温度传感器测温、超声波流量计测流体流量等，都属于非接触测量。

（4）偏差式测量、零位式测量和微差式测量

按照测量和显示方式不同，可以分为偏差式测量、零位式测量和微差式测量。

①偏差式测量　在测量过程中，用仪器仪表指针的位移（即偏差）来表示被测量的测量方法，称为偏差式测量。应用这种方法测量时，仪器仪表刻度事先用标准器具标定。在测量时，按照仪器仪表指针在标尺上的示值，决定被测量的数值。例如使用万用表测量电压、电流等。这种方法测量过程比较简单、迅速，但测量结果精度较低。

②零位式测量　测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等或平衡，从而获得被测量的方法，称为零位式测量。在测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。例如天平、电位差计等。零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适用于测量迅速变化的信号。

③微差式测量　微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。测量时，先使被测量与测量装置内部的标准量大致相等或平衡，不平衡的微小差别则用偏差方式指示，其测量值为标准量值加微差示值。如用微差法测量直流稳压源的稳定度。这种测量方法较零位式测量法反应速度快，测量精度比偏差式测量法高。

（5）等精度测量和不等精度测量

根据测量条件相同与否，可分为等精度测量和不等精度测量。

①等精度测量　在测量过程中，在影响测量误差的各种因素不改变的条件下进行的测量，称为等精度测量。例如，在相同的环境条件下，由同一测试人员，使用相同仪器设备，采用同样的方法对被测量进行重复测试。一般情况下，为了简化测量结果的处理，常采用等精度测量。

②不等精度测量　在多次测量中，影响测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量，称为不等精度测量。例如，为了检验某些测量条件对测量仪器的影响，通过改变测量条件进行测量比较。

一般情况下，等精度测量常用于科学实验中对某参数的精确测量；不等精度测量常用于对新研制仪器的性能检验。

1.1.2.2　被测对象信息的表达形式

表达测量对象信息的形式有多种多样，而对于液压测试系统，常见被测对象的信息表达方式主要有：

（1）以几何形态表示的信息

被测对象的长宽高、厚度、直径、间距、角度等表达测量对象的几何形态、空间位置等信息。根据测量得到的这些基本信息，通过适当计算、分析便可得到被测对象的面积、体积、质量、形状、空间位置分布等信息。

（2）以机械参数表达的信息

以被测对象的应变、线位移、角位移、线速度、角速度、线加速度、角加速度、转速、质量、力、转矩等以机械参数表达的被测对象的空间位移、速度、加速度及受力情况等信息。通过这些信息，可以确定被测对象的空间位置、运动（含振动）及受力情况。

（3）以流体参数表达的信息

主要包括液压系统中流体的压力、流量、温度、密度、黏度、体积压缩系数、雷诺数和污染度等信息，其中压力、流量、温度是流体的三大测量参数，而密度、黏度、体积压缩系数、雷诺数和污染度等是流体的特征参数。通过这些流体参数，可知流体的属性和流动状态。

（4）以电工量表达的信息

主要指电压、电流、电容、电阻、电感、电功率、功率因数、磁感应强度、磁通量等电量，磁量及电路参数。通过对这些信息的分析，可知被测对象的电路结构及其特性、磁场（电场）强度或受磁场（电场）影响的程度。

1.1.3　测试

测试不是简单的测量，它是具有试验性质的测量。测试过程通常需要对测量结果进行分析处理，以获得更为明确的信息，从而达到试验的目的。测试工作是借助测试装置，通过适当的测试方法和必需的信号分析及数据处理，由测得信号获取与研究对象有关的信息量，最后将结果显示或输出的过程，使人们对其有恰当的全面的认识，达到进一步改进和控制研究对象的目的。通常，测试工作总是希望用简单、经济实用的方法来获取与测试任务相关联的、有用的、能表征研究对象特征的信息。

测试技术是测量技术与试验技术的总称。从广义的角度讲，测试技术涉及传感器、控制工程、误差理论、系统辨识、参数估计、信号处理、试验设计和模型试验等内容。从狭义的角度讲，测试技术指的是在一定激励方式下，对被测对象所进行的信号检测、信号变换、信号处理等理论和技术。

（1）静态测试与动态测试

不同的科学领域和工程应用，有不同的测试对象和测试任务，以获取千差万别、种类各异的被测物理量。根据被测物理量随时间变化的特性，可总体地分为静态量和动态量。静态量指的是静止或缓慢变化的物理量，而动态量是指随时间快速变化的物理量。对静态物理量的测试称为静态测试，相应地，对动态物理量的测试称为动态测试。对液压系统中的物理量的测试，主要是动态测试，如液压缸两腔压力的变化、液压缸活塞运动速度和位移、流量变化等。

与静态测试相比，动态测试具有以下特点：

①时空性　任何运动的物体都具有时间性和空间性，空间位置的变化必然伴随着时间的推移或变更。因此动态测试数据表现出了时变性的特点，可用时间参数来描述。广义上讲，对于大多数几何量动态测试系统，如液压测试系统中对位置量、角度量等的测量，处理数据时用空间参量描述比较方便，即动态测量数据具有空间性。综合来讲，用时空性来定义动态测量数据的基本特点是非常恰当的。

②随机性　动态测试过程中难免会存在各种干扰，干扰通常为时间的随机函数，且测试系统本身和被测量本身也具有非线性和不确定性。因此动态测试结果通常意义上是随机信号。若采用数据采集系统进行采样，则得到的就是随机序列。

③相关性　动态测试系统具有一定的动态响应特性，其输出不仅与该时刻的输入有关，且与被测量在该时刻以前的量值变化历程有关。因此，动态测试过程“过去”的值不仅对“现在”有影响，而且对“将来”也有影响，表现出了明显的相关性。

（2）液压测试技术的任务

测试技术与科学研究、工程实践密切相关，凡是需要对研究对象进行定性或定量描述的均离不开测试。现代科学技术的发展离不开测试技术，而科学技术的迅速发展又对测试技术提出了更高的要求，并促进了测试技术的不断完善和进步。

液压测试技术的任务主要有以下五个方面：

①在液压系统设计中，通过对新旧液压产品的模型进行试验或现场实测，为液压产品质量和性能提供客观评价，为技术参数的优化和效率的提高提供数据。

②在液压系统改造中，为挖掘系统的潜力，提高系统效能，经常需要实测液压元件的载荷、应力、工艺参数等，为强度校验和承载能力的提高提供依据。

③新的液压技术的产生、科学规律的发现和新的定律和公式的诞生，都离不开测试技术。从实验中发现规律，验证理论研究结果；实验与理论可以相互促进、共同发展。

④通过对液压参数的测试和数据采集、分析以及综合处理，自动实现对液压系统的状态监测和故障诊断。

⑤在对液压系统的减振、降噪中，经常需要测量振动和噪声的强度和频谱，经过分析找出振源，并采取相应的减振、降噪措施，改善工作条件，提高系统可靠性。