检测与转换技术幻灯片

1、绪 论,第一章 检测技术基础,第八章 信号变换技术,目 录,第四章 电阻应变传感器及其应用,第五章 电容传感器及其应用,第六章 电感传感器及其应用,第十章 创新设计专题,第二章 误差理论基础,第七章 其它常用传感器,第九章 抗干扰技术,第三章 传感器概述,绪 论,检测技术是人类感觉器官的扩展和延伸，是人类观察自然和测量自然界各种现象的电路手段，是把各种非电量转化为电量的一种过程。,检测的最重要技术：传感器，是现代信息产业（计算机、通讯及传感器）三大支柱之一。,据有关部门统计，全球目前生产出的传感器已达万多种，它们被广泛地应用于各行各业。,检测技术是一门实用型、综合型的新兴边沿学科,其应用领域非常广泛。,实用性:,1、各种检测仪器和仪表,2、各种系统装备中的关键技术或部件,综合性：,传感器技术、误差理论、信号处理、电 子技术、微处理器技术、微电子技术 、人工智能、模糊处理技术等等。,边沿学科：,检测技术渗透在各个学科领域：机械、电气、信息、采矿、勘探、环保、化工、建筑、生物、医学等等。,当今最新技术与检测技术,当今最新四大技术 原子能、半导体、计算机、激光器。,原子能：核辐射检测技术在医

2、疗诊断、材料探伤等方面的应用；,半导体：电子集成电路及半导体材料大大促进了传感检测技术的发展,计算机：为检测技术的数据智能处理等方面提供了先进的手段；,激光器：激光传感检测技术在制导、测距等方面得到广泛的应用。,爱国者导弹,实战录象,检测技术在军事上的应用一,检测技术在军事上的应用二,实弹录象,检测技术在军事上的应用二,中国火箭炮,检测技术在医疗领域的应用,核磁供振仪,同位素扫描仪,煤矿顶板支架监测,检测技术在安全监测方面的应用,煤矿矿井调度监测中心,机车铁轨杂散电流检测,火灾报警,检测技术在其它领域中的应用,航天飞机运行状态的监测,石油的勘探,外星的探索,检测技术急需解决的问题,黄金、纸币真伪识别的问题。,汽 车 防 撞 问 题,火灾早期预警问题,癌症早期诊断问题,蔬菜农药残留快速检测,人体生物电信息检测,宝 石 的 检 测,检测技术涉及到许许多多的创新和发明。,例如：,1、温度计的发明,2、压力计的发明,3、x光检测技术的发明,4、声纳的发明,亚历山大 电话,爱迪生-电灯等,法拉弟-发电机,伽利略-单摆、温度计等,5、雷达的发明,动脑筋,想想我们周围需要检测的事例?,点滴流量的监测

3、,原则: 1.实用性 2.新颖性 3.可行性,要有实用价 值或广泛的 应用前景。,要有创新，不要重 复别人或仿造别人 的发明。,要论证技术上的可行 性，对研究探索方面， 往往会经历从不可能 到可能的过程。,?,演唱水平的检测,网络监测系统,局域网络监测系统,无线监测装置,便携式检测仪器,检测技术的主要应用产品,课后思考,1、自动感应出水装置（KFC）,课后思考,2、传统滚轮鼠标和光电鼠标,课后思考,3、手机的语音拨号功能,课后思考,4、楼宇声光控电子开关,5、数码（摄）相机中的CCD技术和传统相机,第一节 测量方法及分类,第二节 真值和平均值,第三节 检测装置的基本性能,第四节 测量系统的静态特性,第五节 测量系统的动态特性,第一章 检测技术基础,本章学习要求,2、掌握各种检测方法的特点和应用场合,1、掌握检测技术的基本原理和基本概念,3、了解检测系统静态特性的特点和指标,4、了解检测系统动态特性的特点和指标,采用各种手段将被测量与同类标准量进行比较，从而确定出被测量大小的方法。,测量结果与被测量真值的差别。,测量：,误差：,第一节 测量方法及分类,被测量,同类标准量,1、测重量,砝码

4、,2、测气体,标准气体,测量方法的分类,根据获得测量结果的方法不同，可以分为直接测量、间接测量和组合测量。,在仪表上直接读出被测量的大小而无须经过任何运算。,直接测量：,如汽车油位表、油温表,优点：简单、迅速 缺点：精度差,1.1 直接测量、间接测量和组合测量,直接测量除了指针式仪表外,还有什么方式?,首先测出与被测量有确定函数关系的物理量，再经过函数运算求出被测量的大小。,又称“联立测量”，即被测物理量必须经过求解联立方程才能导出结果。,间接测量：,组合测量：,如：测电阻率,组合测量举例：测量一金属导线的温度系数,故不同 、 ，测得 、,由,由近似值得,温度系数,动脑筋想想？,测量人体肥胖的程度应采用什么测量方法？,直接测量法,测量脂肪,间接测量法,测量身高和体重,组合测量法,测量身高、体重和脂肪,根据测量条件相同与否，分为等精度测量和不等精度测量。,1.2等精度测量和不等精度测量,不等精度测量：,改变测量条件的测量。,名 词 解 释,等精度测量：,不等精度测量：,例如测量一高炉的温度,采用同一测温仪器， 用相同的测量方式，在 相同的条件下测量多次。,例如对瓦斯检测仪器进行温度试验,

5、采用相同的仪器，在 不同的温度条件下对某 一浓度的甲烷气体测量。,1.3其它测量方法,接触测量和非接触测量,静态测量和动态测量,接触被测对象的测量,远离被测对象的测量,测量对象的稳态值 如重量、压力等等,测量对象随时间的变化值 如振动、加速度等等。,举例说明：,请判断下面的检测属哪种检测方法？,1.接触测量或非接触测量？,2.静态测量或动态测量?,体温测量,测量塔的倾角,电动机转速测量:,1.用测速发电机?,2.用光电检测法?,烟雾报警,红外测温,汽车速度测量,测量的目的在于寻求被测量的真值。,设 、 代表各次的观测值，n为测量次数，则平均值有如下几种：,第二节 真值和平均值,在科学试验中，通常用平均值代替真值。,1.算术平均值：,2.几何平均值：,3.均方根平均值：,常用来表示 测量真值,衡量检测装置性能的指标主要有精度，稳定性等等.,1.精度：,精密度,在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度（离散程度）,反映了随机 误差的大小,第三节 检测装置的基本性能,准确度,它表示测量仪器指示值对真值的偏离程度,反映系统误 差的大小,精确度,它是精密度和准确度的综

6、合反映,反映系统综 合误差的大小,例：打靶结果评价：,精密度高 准确度差,精密度高 准确度好,精密度低 准确度差,2.稳定性：,测值随时间的变化程度,在一定条件下，保持输入信号不变，输出信号随时间而变化,时间t延长,灵敏度下降,零点漂移：,灵敏度变化：,灵敏度的衰减反映使用的寿命指标！,对任何一个测量系统，在一定条件下，输出输入存在着一定的函数关系，即静态特性,输出量,输入量,一般形式有：,第四节 测量系统的静态特性,1.灵敏度,灵敏度,传感器或检测仪表在稳态下输出量的变化量y与输入量的变化量x之比，用K表示,如果输入输出特性为线性的传感器或仪表，则,对一般的非线性,输出灵敏度可近似认为: Ka1,例如：,某铂丝热敏传感器,1.在小测量温度范围内，其阻值与温度可近似 看作线性关系，有 RR0(1+tT),00C时的阻值,温度系数,灵敏度为：,KdR/dT=R0t,2.将此铂丝构成电桥进行温度测量，输出电压 信号与温度的关系呈非线性关系，有 U=a0+a1T-a2T2,a1、a2、a3 是常数。,灵敏度为：,K=a1,2. 分辨率,分辨率,灵敏度阈值，引起输出量产生微小变化所需的最小输入

7、量的变化量,1。对数字显示的测量系统，分辨率是数字显 示的最后一位所代表的量度。,2。对指针式测量仪表，分辨率与人们的观察能 力和仪表的灵敏度有关。,举例说明：,1.数字天平,2.指针式称重计,天平的分辨率是多少?,0.01g,人们所能观察的指针偏移量为 0.3mm。,设称重计的灵敏度S10mm/Kg 分辨率x/S=0.3/10=0.03Kg,3. 线性度,线性度,检测输入输出特性对理想线性输 入输出特性的近似程度。,用实测输入输出特性与理想输入 输出特性的最大偏差对量程之比 的百分数表示。,线性度=,最大偏差,量程,1.某一天平压力传感检测装置,测量量程为1000g， 实测输入输出特性与理想输入输出特性的最 大偏差为5g，其线性度为：,=5/1000=0.5%,线性度也叫“非线性误差”,2.某超声波测距传感装置，检测范围为0500m， 在整个测量范围内，与理想线性输出的最大误差 为3m，其非线性误差为：,=3/500=0.6%,举例说明：,4.迟滞（滞环）,滞环,说明测量系统正向（输入量增大）和反向（输入量减小）特性不一致的程度,最大滞环误差率：,5.重复性,在同样的工作条件下，输入

8、按同一方向作全量程多次（三次以上）往复变化时，测量系统刻度特性曲线的一致性,动态特性是描述系统输入输出与时间的关系。,动态特性常用微分方程表示。,检测系统的动态特性又称“动态响应”。,分析检测系统的动态特性常用时域分析方法， 如用传递函数进行分析。通常取输入信号为阶 跃信号，分析输出的响应。,第五节 测量系统的动态特性,1.一阶检测系统,一阶检测系统又称惯性系统，它的运动方程 是：,y输出量 x输入量 f阻尼系数 K常数(动力学的刚度 系数),检测系统的传递函数为：,T=f/K称为时间常数 表示检测系统的滞后 程度。,一阶检测系统在阶跃输入下的响应特性:,T,响应时间,输出达到稳态值的 90%或95%所需的时间.,时间常数T反映 响应的快慢.,2.二阶检测系统,二阶检测系统又称振荡系统，它的运动方程 是：,传递函数为:,式中,W0-系统固有频率,阻尼比, 二阶检测系统在阶跃输入下的响应特性:,=0.2,=0.6,=1,=2,=5,1 衰减振荡波形,=1 临界振荡状态,1 惯性特性,响应时间定义与一阶 系统相同.,超调量%=峰值/稳态值100%,第 一 章 小 结,1、基本概念,测量和误

9、差、真值和平均值、精度、稳定性等,2、检测方法的分类和特点,直接测量、间接测量和组合测量；等精度测量和不等精度 测量；静态测量和动态测量；接触测量和非接触测量等,3、检测系统的静态特性,灵敏度、线性度、分辨率、迟滞和重复性等,4、检测系统的动态特性,一阶系统和二阶系统的特征 响应时间,第一节 误差的表示方法,第二节 测量误差的分类,第三节 误差分析与处理方法,第四节 测量误差的综合处理,第五节 测量系统的误差分配原则,第二章 误差理论基础,学 习 要 求,1、掌握误差的表示方法、特点和计算；,2、熟悉三种误差类型、特点和判断方法；,3、了解减小或消除误差的基本方法；,4、掌握误差综合的计算方法。,学习误差的意义:,1.正确认识误差的性质,分析误差产生的原 因,以便消除或减小它;,2.正确处理数据,合理计算所得结果,以便在 一定条件下,得到更接近真实值的数据;,3.正确组成检测系统,合理设计检测系统或选 用测量仪表,正确选择检测方法,以便在最经济 的条件下,得到理想的测量结果.,测量值,1.1 绝对误差：,第一节 误差的表示方法,如铂电阻温度计指示的 温度相对于普通温度计 而言是真值.,绝对误差的特征：,具有量纲，与被测量相同,其大小与所取单位有关,如0.1kg,如,能反映误差的大小和方向,不能反映测量的精细程度,+表示偏大; -表示偏小.,为什么？,举例说明,1.用温度仪测量温度，绝对误差是10C,对测量10000C的炉温，精度很高；但对测量人体体温则误差太大。,2.一只钟的误差是1秒，误差是否大？,是工作一天的误差还是一年的误差？,1.2相对误差,-绝对误差与被测量真值之比.,科学研究中常用算术平均值代替真值；,工程上常用测量显示值代替真值。,举例说明：,例1.测量

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