检测与转换技术课件

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３万多种，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在现代汽车工业的应用：1.提高性能2.确保安全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)1(0TRRTT故不同、，测得、1T2T1TR2TR由{)1(101TRRTT)1(202TRRTT由近似值得T0R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等精度测量：在测量过程中，影响测量误差的各种因素不改变。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。测量次数1234测量温度1010100810141005例如对瓦斯检测仪器进行温度试验采用相同的仪器，在不同的温度条件下对某一浓度的甲烷气体测量。试验温度00C200C400C检测结果0.96%1.00%1.05%1.3其它测量方法⑴接触测量和非接触测量⑵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。接触测量非接触测量举例说明：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：1x2xnx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。nxnxxxniinx121nnGxxxx21nxxxxnu22221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：⑴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⑵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⑶精确度——它是精密度和准确度的综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)(xfy输出量输入量一般形式有：nnxaxaxaay2210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xyK如果输入输出特性为线性的传感器或仪表，则xyKnnxaxaxaay2210对一般的非线性输出灵敏度可近似认为:K＝a1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R＝R0(1+tT)RT00C时的阻值温度系数灵敏度为：K＝dR/dT=R0t2.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-a2T2a1、a2、a3是常数。UT灵敏度为：K=a12.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S＝10mm/Kg分辨率＝x/S=0.3/10=0.03Kg3.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。max0A输出输入100％线性度=%100Amax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0～500m，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：%100AmmE输出输入0A100％m5.重复性在同样的工作条件下，输入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%100Amm输出输入0A100％m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:Tteyyy00y0Yt0T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：KxKydtdyfdtydm22传递函数为:11)(2skfsKmsW12122TssT式中,KmTTw10W0------系统固有频率mKf2阻尼比二阶检测系统在阶跃输入下的响应特性:yt0=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.0xxx测量值1.1绝对误差：被测量真值，通常无法知道，常用较高精度的仪器示值代替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：⑴具有量纲，与被测量相同⑵其大小与所取单位有关如0.1kg如AAmAx310110001⑶能反映误差的大小和方向⑷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.%1000xx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.测量温度的绝对误差为10C，测量水的沸点温度1000C，测量的相对误差是多少？%1%1001001例2.某电子天平的相对误差是0.5%，测量500g重物的误差是多少？gxx5.0%1.0500相对误差的特征：⑴大小与被测量