检测与转换技术.ppt

第十一章第十一章 设计自动测试系统的几个问题设计自动测试系统的几个问题第一节 传感器的选择第二节 非线性特性线性化第三节 温度补偿技术第四节 智能化技术第五节 可靠性问题第六节 抗干扰技术第一节 传感器的选择一、对传感器的要求1技术指标要求（1）静态特性要求。线性度及测量范围、灵敏度、分辨率、精确度和重复性等。（2）动态特性要求。快速性和稳定性等。（3）信息传递要求。形式和距离等。（4）过载能力要求。机械、电气和热的过载。2使用环境要求温度、湿度、大气压力、振动、磁场，电场、附近有无大功率用电设备、加速度、倾斜、防火、防爆、防化学腐蚀以及不有害于周围材料寿命及操作人员的身体健康等。3电源的要求 电源电压形式、等级、功率及波动范围；频率及高频干扰等。4基本安全要求绝缘电阻、耐压强度及接地保护等。5可靠性要求 抗干扰、寿命、无故障工作时间等。6维修及管理要求结构简单、模块化、有自诊断能力、有故障显示等。二、选择传感器的一般原则选择传感器的一般原则可按下列步骤进行：（1）借助于传感器分类表，按被测量的性质，从典型应用中可以初步确定儿种可供选用的传感器的类别。（2）借助于几种常用传感器比较表，按被测量的范围，精度要求，环境要求等确定传感器的类别。（3）借助于传感器的产品目录、选型样本，最后查出传感器的规格、型号和性能、尺寸。第二节 非线性特性线性化一、概述 在自动测试系统中，应用大多数传感器的输入与输出之间并非线性关系。这是由于不少传感器转换原理并非线性，其次是由于采用电路的非线性。对于这些问题的解决，不外乎三种办法：缩小测量范围，取近似值；采用非线性指示刻度；加非线性校正环节。但在目前，由于数字显示技术广泛使用，以及测量范围和测量精度的不断提高，对非线性校正的要求显得更为迫切。二、线性化1线性提升法2非线性校正电路另一种转折点单元电路，其转折电压为：精密折点单元电路，它是由理想二极管电路与基准电压E组成的。精密折点单元组成线性化电路原理图。其中AJ9为减法器，AJ1AJ8为八个线性提升电路。精密折点单元组成的线性化电路原理图（二）非线性A/D转换校正法利用A/D转换的几种基本形式，可以实现非线性校正。对于逐次比较型，可以利用按非线性关系选取的解码电阻网络（即D/A转换器）。对双积分型A/D转换器，可以通过改变第二次反向积分时间（即逐次改变积分电阻值或逐次改变基准电压值）来获得非线性A/D转换电路。（三）数字量的非线性校正 第三节 温度补偿技术一、概述测试系统的基本环节特性随温度变化，必然造成整个测试系统的特性随环境温度而变化。为了满足生产对测试系统性能在温度方面的要求，就需要在测试系统的研究、设计、制造过程中采取一系列具体的技术措施，以抵消或削弱环境温度变化对测试系统特性的影响，从而保证其特性基本上不随环境温度而变化。人们统称这些技术措施为温度补偿技术。二、温度补偿原理（一）并联式温度补偿原理并联式温度补偿原理就是人为地附加一个温度补偿环节，该补偿环节与被补偿自动测试系统(或组成环节)并联，目的是使被补偿后的自动测试系统静特性基本上不随环境温度变化。（二）反馈式温度补偿原理反馈式温度补偿是利用反馈原理，通过自动调整过程，保持自动测试系统的零点和灵敏度不随环节的温度而变化。反馈式温度补偿的关键问题有二：（1）如何将测试系统输出零点 0（T）、灵敏1（T）通过A 0、A 1、B 0、B 1测量出来，并且变换成电压信号U f a 0、U f a 1。(2)如何用K 0、K 1输出，通过D 0、D 1产生控制作用，自动改变 0（T）、1（T），以达到自动补偿环境温度T对 0（T）和1（T）的影响。第四节 智能化技术一、智能化的基本概念目前人们习惯用智能传感器这个词来称呼用传感器和微型计算机组成的新一代的自动测试系统。这种新型的自动测试系统，且有下列三方面的突出特征：1提高了测量精度2增加了功能3提高了自动化程度二、单片微机的选择在选择过程中要注意下列问题：（1）单片机的位数要和传感器所能达到的精度一致。（2）所选的单片机运算功能要满足智能传感器对数据处理运算能力的要求。（3）软件编程数量与内存容量要适应。（4）单片机所提供的IO接口形式与数量要满足智能化要求。（5）要考虑到数字显示形式和位数。（6）对便携式的智能化传感器要考虑到单片机电池供电简单及液晶数字显示的应用。第五节 可靠性问题一、自动测试系统可靠性的计算所谓可靠性，是指在规定工作条件和工作时间内，自动测试系统保持原有技术性能的能力。下面给出一些结构和传感器的寿命（h）：小尺寸电位器式压力传感器 电容器压力传感器 压电传感器 振动器 快速动作继电器 步进电机 200030003500150020001000实验告诉我们，自动测试系统损坏率随着系统中的零件数目呈指数规律增加。二、提高可靠性的措施（1）采用可靠性更高的元器件代替原系统中故障率较大的元器件。（2）提高工艺质量，如加工质量、焊点质量，提高文明生产水于和清洁度等。（3）利用元件本身产生故障的规律来提高可靠性。第六节 抗干扰技术一、电子测量装置的两种干扰 差模干扰是使信号接收器的一个输入端子电位相对另一个输入端子电位发生变化，即干扰信号与有用信号迭加在一起。（一）差模干扰一（二）共模干扰二共模干扰是相对于公共的电位基准地(接地点)，在信号接收器的两个输入端子上同时出现的干扰。二、外来干扰的防止及抑止抑制外来干扰的方法有：削弱或消除干扰源；减弱由干扰源到信号回路的耦合；降低放大器对干扰的灵敏度。比较起来，消除干扰源最有效，最彻底的。（一）屏蔽与接地所谓屏蔽，就是用一个个金属罩将信号源或测量电路包起来，使信号不受外界电磁信号的干扰。如果信号接地或接大地，屏蔽也就接地或接大地，如果信号不接地或大地，则屏蔽接地或接大地便毫无意义。若屏蔽线连接传感器、测量电路和显示器时沿槽路、管道、板壁、机架等处有较长的敷设线段，被称作大地（槽路、管道、机架、板壁）的电位是不同的。这些地电位差通过电容流过电流，沿着或回路，电流并未经过信号线，而只在屏蔽层内流通，从而使干扰减少许多。（二）“保护”屏蔽保护屏蔽就是将整个测量电路的输入部分浮接，并外加一保护罩，然后将保护屏蔽及所有屏蔽线、屏蔽层（包括信号线）一起接到信号源接地点。这样，就使自动测试系统输入屏蔽与信号线分别屏蔽起来，防止干忧源流进信号源。（三）采用合适的连接电缆线采用绞扭导线可使干扰电压大为减少，这是因为绞扭导线使同方向的电流互相抵消。三、内部干扰及其消除 1采用隔离措施将变压器一次绕组进行屏蔽，并将屏蔽接地，二次绕组也应同时屏蔽。2采用隔离变压器供电