第1章+检测与转换技术理论基础.ppt
《第1章+检测与转换技术理论基础.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第1章+检测与转换技术理论基础.ppt(73页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2022/12/201检测与转换技术检测与转换技术教教 师:师:周雪梅周雪梅办公地点:办公地点:31#15931#159电电 话:话:15114515893151145158932022/12/202本课程主要内容本课程主要内容n检测与转换技术基础理论。检测与转换技术基础理论。n电阻式传感器的工作原理、测量电路及应用。电阻式传感器的工作原理、测量电路及应用。(应变电阻应变电阻、热电阻、电位器、热电阻、电位器)n变电抗和磁电式传感器的工作原理、测量电路及应用。变电抗和磁电式传感器的工作原理、测量电路及应用。(电容电容、电感、电感、霍尔霍尔、电涡流、电涡流)n有源传感器有源传感器工作原理及应用。工
2、作原理及应用。(热电偶热电偶,压电压电,光电光电)n新型传感器工作原理及应用。新型传感器工作原理及应用。(超声波、超声波、光纤光纤、CCDCCD图像图像)n信号放大。(干扰与噪声、仪用放大、隔离放大)信号放大。(干扰与噪声、仪用放大、隔离放大)n信号滤波。(无源低通、高通,有源低通、高通,带通)信号滤波。(无源低通、高通,有源低通、高通,带通)n信号转换。(模拟开关、采样保持器、电压比较器、信号转换。(模拟开关、采样保持器、电压比较器、D/AD/A、A/DA/D)2022/12/203 实验主要内容实验主要内容序序号号实验项目名称实验项目名称实验实验学时学时内容提要内容提要实验类实验类型型实验
3、实验要求要求备注备注1信号调理电路实验信号调理电路实验5应变传感器测试单臂桥、半桥和全桥的工作特性应变传感器测试单臂桥、半桥和全桥的工作特性综合综合必做必做实实 验验 地地点:点:31#301室室测试移相器、相敏检波器、交流电桥的工作特性测试移相器、相敏检波器、交流电桥的工作特性2传传感感器器特特性性测测试试及及应用实验应用实验1电容传感器、霍尔传感器、光纤(任选一种传感器)电容传感器、霍尔传感器、光纤(任选一种传感器)综合综合必做必做电电涡涡流流传传感感器器、光光纤纤传传感感器器、光光电电传传感感器器、压压电电传传感感器器、CCD图图像像传传感感器器、光光纤纤传传感感器器、温温度度传传感感器
4、特性测试及应用器特性测试及应用(可多选)(可多选)综合综合选做选做3传传感感器器应应用用电电路路设设计实验计实验4基基于于集集成成霍霍尔尔传传感感器器的的音音乐乐控控制制电电路路设设计计实实验验、基基于光电传感器的报警电路设计实验于光电传感器的报警电路设计实验(任选一个)(任选一个)设计设计必做必做4检检测测与与转转换换技技术术综综合应用实验合应用实验6心心电电检检测测电电路路设设计计:运运用用仪仪用用放放大大器器对对人人体体心心电电信信号号进进行行放放大大;设设计计50Hz陷陷波波器器对对50Hz干干扰扰进进行行滤滤除除;用用DC-DC隔隔离离电电源源和和光光电电耦耦合合器器设设计计和和调调
5、试试光光电电隔隔离离放放大大器器;设设计计与与调调试试A/D、D/A电电路路,编编制上下位机通讯程序,对采集的数据进行显示。制上下位机通讯程序,对采集的数据进行显示。设计设计必做必做2022/12/204教学(含实践)学时教学(含实践)学时主要教学内容主要教学内容12检测与转换技术概述,信号分类及特征、检测仪表、测量误差及处理、传感器知识概述检测与转换技术概述,信号分类及特征、检测仪表、测量误差及处理、传感器知识概述34电电阻阻应变应变片的片的测测量原理、量原理、电电阻阻应变应变式式传传感器命名与感器命名与选择选择、测测量量电电路及路及应应用用 56电容式传感器工作原理、结构形式、测量电路及应
6、用电容式传感器工作原理、结构形式、测量电路及应用78霍尔传感器的工作原理、霍尔元件、霍尔器件及应用霍尔传感器的工作原理、霍尔元件、霍尔器件及应用910光电式传感器的工作原理及应用光电式传感器的工作原理及应用1112光纤传感器的工作原理及应用光纤传感器的工作原理及应用1314干扰一般概念及分类,运算放大器、仪用放大器电路组成及应用干扰一般概念及分类,运算放大器、仪用放大器电路组成及应用1516隔离放大器、多级放大器的级联及在微弱信号检测中的应用隔离放大器、多级放大器的级联及在微弱信号检测中的应用1718滤波器概述、无源滤波器、有源滤波器滤波器概述、无源滤波器、有源滤波器1920滤波技术在信号检测
7、中的应用滤波技术在信号检测中的应用2122模拟开关模拟开关2324采样采样/保持器保持器2526电压比较器电压比较器2728D/AD/A和和A/DA/D转换转换2932自动检测与转换系统接口电路设计自动检测与转换系统接口电路设计15信号调理电路实验信号调理电路实验6传感器特性测试及应用实验传感器特性测试及应用实验710传感器应用电路设计实验传感器应用电路设计实验1116检测与转换技术综合应用实验检测与转换技术综合应用实验2022/12/205教材教材 马忠丽马忠丽.信号检测与转换技术信号检测与转换技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学出版社出版社.20.201212.3 3马忠丽马忠丽.信号检测与
8、转换实验技术信号检测与转换实验技术 黑龙江人民出版社黑龙江人民出版社.2008.6.2008.6马忠丽马忠丽.信号检测与转换技术实验教程信号检测与转换技术实验教程 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学.2008.4.2008.4 高延滨高延滨.检测与转换技术检测与转换技术.哈尔滨工程大学出版社哈尔滨工程大学出版社.2007.8.2007.8http:/ (精品课程)(精品课程)2022/12/206主要参考资料主要参考资料 n1 1 颜本慈颜本慈.自动检测技术自动检测技术M.M.北京北京:国防工业出版国防工业出版 社社,1994.1.,1994.1.n2 2 王仲生王仲生.智能检测与控制技术智能检测与
9、控制技术M.M.西安西安:西北工西北工 业大学出版社业大学出版社,2002.9.,2002.9.n3 3 常健生常健生.检测与转换技术检测与转换技术M.M.北京北京:机械工业出机械工业出 版社版社,1999.5.,1999.5.n4 4 王家桢等王家桢等.传感器与变送器传感器与变送器M.M.北京北京:清华大学清华大学 出版出版 n5 5 刘迎春,叶湘滨等编著刘迎春,叶湘滨等编著.传感器原理设计与应传感器原理设计与应 用用M.M.北京:国防工业出版社,北京:国防工业出版社,2004.2004.2022/12/207考核办法考核办法n1.理论课(理论课(80%):):闭卷闭卷n2.实验课(实验课(
10、15%):):以以创创新新实实验验为为主主(50%),结结合合基基本本实实验验的的 预预习习(10%)、实实验验提提问问(5%)、实实验验操操作作(25%)、测量结果()、测量结果(10%)给出最终成绩。)给出最终成绩。n3.平时成绩(平时成绩(5%)2022/12/208第一章 检测与转换技术理论基础 本章目的:本章目的:1、了解检测与转换技术实际研究意义;2、了解信号一般分类与特征;3、掌握测量误差和数据处理方法;4、掌握检测仪表常用性能指标的表示方法;5、掌握传感器的基本组成和分类;了解传感器的发展趋势。本章难点:本章难点:信号特征及传感器误差合成与标定。本章重点:本章重点:信号特征及误
11、差分析与数据处理方法。2022/12/2091.11.1检测与转换技术基本概念检测与转换技术基本概念1.1.1检测与转换技术定义检测与转换技术定义 检测与转换技术是自动检测技术和自动转换技术的总称,是以研究自动检测与转换技术是自动检测技术和自动转换技术的总称,是以研究自动检测系统中的检测系统中的信息提取信息提取、信息转换信息转换、信息处理信息处理以及以及信息传输信息传输的理论和技术的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。为主要内容的一门应用技术学科。科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 门捷列夫门捷列夫 利用各种利用各种物理、化学效应物理、化学效应,选择合适的
12、,选择合适的方法与装置方法与装置,将生产、科研、,将生产、科研、生活等各方面的有关生活等各方面的有关信息信息通过通过检查与测量检查与测量的方法,赋予的方法,赋予定性或定量结果定性或定量结果的过程。的过程。典型检测与转换系统基本组成2022/12/20102022/12/2011 检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段,在国民经济中占有重要地位和作用。2022/12/2012 在工程领域,科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等,都离不开检测技术。检测技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。2022/12/2013鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传
13、感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服计算机中的检测技术:计算机中的检测技术:2022/12/2014军事中的检测技术:美国国家导弹防御计划军事中的检测技术:美国国家导弹防御计划-NMD1.1.地基拦截器地基拦截器2.2.早期预警系统早期预警系统3.3.前沿部署前沿部署(如雷达)如雷达)4.4.管理与控制系统管理与控制系统5.5.卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统监测系统监测系统:探测和发现敌探测和发现敌人导弹的发射并追踪导人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道
14、;弹的飞行轨道;拦截器:能识别真假弹拦截器:能识别真假弹头,敌友方头,敌友方.人体心电信号检测电路构成的方框图 2022/12/20161.2.1 工业检测技术涉及的内容热工量:n温度、压力(压强)、压差、真空度、流量、流速、物位、液位;机械量:n直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应变、力矩、振动、噪声、质量(重量);几何量:n长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等;物体的性质和成分量:n空气的湿度(绝对、相对)、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色;状态量:n工作机械的运动状态(启停等)、生产设备的异常状态(超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、
15、断裂等);电工量:n电压、电流、电功率、电阻、电感、电容、频率、磁场强度、磁通密度等(在电工、电子等课程中讲授)。1.2 信号分类及特征2022/12/20171.2.2 传感器信号分类传感器信号分类1动态信号分为确定性信号和非确定性信号动态信号分为确定性信号和非确定性信号(随机信号随机信号)动态信号动态信号确定性信号确定性信号随机信号随机信号周期信号周期信号非周期信号非周期信号平稳信号平稳信号非平稳信号非平稳信号简简谐谐信信号号复复杂杂周周期期信信号号准准周周期期信信号号瞬瞬变变信信号号按性质,信号可分为按性质,信号可分为静态信号静态信号和和动态信号动态信号。按随时间的变化规律按随时间的变化
16、规律 可用明确的数学关系可用明确的数学关系式描述的信号式描述的信号不能用明确的数学关系式不能用明确的数学关系式描述的信号,只能用概率描述的信号,只能用概率统计方法描述。统计方法描述。2022/12/2018A.A.周期信号:当信号按一定时间间隔周而复始重复出现时周期信号:当信号按一定时间间隔周而复始重复出现时,分为简谐信分为简谐信号和复杂周期信号。号和复杂周期信号。简谐信号(正弦或余弦)简谐信号(正弦或余弦):复杂周期信号:复杂周期信号:是由两个或两个以上的简谐信号叠加而成。是由两个或两个以上的简谐信号叠加而成。2022/12/2019B.B.非复杂周期信号:分为准周期信号和瞬变信号。非复杂周
17、期信号:分为准周期信号和瞬变信号。准周期信号(近似周期信号):准周期信号(近似周期信号):由一些不同频率的简谐信号合成,可由一些不同频率的简谐信号合成,可用下式描述用下式描述:瞬变信号:瞬变信号:指冲击信号或持续时间很短的衰减信号。指冲击信号或持续时间很短的衰减信号。2022/12/20202 2连续信号和离散信号(连续信号和离散信号(按波形的不同区分按波形的不同区分)连续信号:连续信号:在讨论的时间间隔内,对于任意时刻都可以给出确定在讨论的时间间隔内,对于任意时刻都可以给出确定的函数值。幅值可以是连续的,也可以是离散的,幅值和时间都是连续的函数值。幅值可以是连续的,也可以是离散的,幅值和时间
18、都是连续的信号称为模拟信号。的信号称为模拟信号。离散信号:离散信号:是在是在连续信号连续信号上上采样采样得到的得到的信号信号。时间上是离散的时间上是离散的,只是在某些不连续的规定瞬时给出函数值,其他时间则没有定义。只是在某些不连续的规定瞬时给出函数值,其他时间则没有定义。模拟信号模拟信号 一般连续信号一般连续信号 离散信号离散信号2022/12/20211.2.3 测量与测量误差测量与测量误差1 1常用测量方法常用测量方法 一个测量过程要经过比较、平衡、读数三步来完成。在一个测量过程要经过比较、平衡、读数三步来完成。在实际工作中,可采用多种测量方法:实际工作中,可采用多种测量方法:等精度测量和
19、不等精度测量等精度测量和不等精度测量;直接测量和间接测量直接测量和间接测量;接触和非接触测量接触和非接触测量;离线测量和在线测量离线测量和在线测量;偏差测量、零位测量和微差测量偏差测量、零位测量和微差测量;动态测量和静态测量动态测量和静态测量。2022/12/2022n等精度测量法:等精度测量法:在测量过程中,使影响测量误差的各因素在测量过程中,使影响测量误差的各因素(环境条件、仪器仪表、测量人员、测量方法等环境条件、仪器仪表、测量人员、测量方法等)保持不变,保持不变,对同一被测量值进行次数相同的重复测量,这种测量方法对同一被测量值进行次数相同的重复测量,这种测量方法称为等精度测量法。等精度测
20、量所获得的测量结果,其可称为等精度测量法。等精度测量所获得的测量结果,其可靠程度是相同的。靠程度是相同的。n不等精度测量法:不等精度测量法:在测量过程中,测量环境条件有部分不在测量过程中,测量环境条件有部分不相同或全部不相同,如测量仪器精度、重复测量次数、测相同或全部不相同,如测量仪器精度、重复测量次数、测量环境、测量人员熟练程度等有了变化,所得测量结果的量环境、测量人员熟练程度等有了变化,所得测量结果的可靠程度显然不同,这种方法称为不等精度测量法。可靠程度显然不同,这种方法称为不等精度测量法。工程技术中,采用等精度测量。工程技术中,采用等精度测量。2022/12/2023静态测量:被测量随时
21、间不变化或缓慢变化 动态测量:被测值本身随时间快速变化 地震测量振动波形便携式仪表可以显示波形2022/12/2024直接测量:直接测量:用事先分度用事先分度(标定标定)好的测量仪表、量具对被测量进行测量好的测量仪表、量具对被测量进行测量 例:例:电子卡尺电子卡尺间接测量:间接测量:用测量仪表、量具测出与被测量有确定函数关系的其他几个用测量仪表、量具测出与被测量有确定函数关系的其他几个物理量,然后将测得的数值代入函数关系式,计算出所求的被测物理量。物理量,然后将测得的数值代入函数关系式,计算出所求的被测物理量。例:例:阿基米德测量皇冠的比重阿基米德测量皇冠的比重2022/12/2025接触式测
22、量:接触式测量:测量仪器直接与被测物体接触测量仪器直接与被测物体接触非接触式测量:非接触式测量:测量仪器不与被测物体接触测量仪器不与被测物体接触 车载电子警察车载电子警察体温计测温体温计测温2022/12/2026偏差测量:偏差测量:用仪表指针相对于刻度尺的位移用仪表指针相对于刻度尺的位移(偏差偏差)的大小来直接表示被的大小来直接表示被测量的数值。测量的数值。例:指针式仪表例:指针式仪表 零位测量:零位测量:用仪表的指零机构来衡量被测量与标准量是否处于平衡状态。用仪表的指零机构来衡量被测量与标准量是否处于平衡状态。例:天平称重例:天平称重 微差测量:微差测量:将偏差法和零位法组合起来的一种测量
23、方法。将偏差法和零位法组合起来的一种测量方法。例:不平衡电桥测量电阻例:不平衡电桥测量电阻(应变电阻的测量应变电阻的测量)2022/12/2027在线测量:一般是指检测装备或工作站在空间上集成在制造系统中,制造过程与检测过程没有时间滞后(在加工过程中)或只有短时间的延时(在加工过程后)。离线测量:离线:产品质量检验 在线:在流水线上,边加工,边检验,可提高产品的一致性和加工精度。2022/12/2028测量误差测量误差=测得值测得值-真值真值客观真实值(客观真实值(实际值,真值实际值,真值)1m=1650763.73 约定真值:约定真值:世界各国公认的几何量和物理量的最高基准的量值世界各国公认
24、的几何量和物理量的最高基准的量值 相对真值:相对真值:标准仪器的测得值或用来作为测量标准用的标准器的值标准仪器的测得值或用来作为测量标准用的标准器的值如:米如:米-公制长度基准公制长度基准 -氪氪-86的的2p10-5d5能级间跃迁在真空中的辐射波长能级间跃迁在真空中的辐射波长测量误差:是指用器具进行测量时,被测量的测量值与被测量的真实值之测量误差:是指用器具进行测量时,被测量的测量值与被测量的真实值之间的差值测量所得数据与其相应的真值之差间的差值测量所得数据与其相应的真值之差:=x x0 理论真值:理论真值:设计时给定或用数学、物理公式计算出的给定值设计时给定或用数学、物理公式计算出的给定值
25、光在真空中光在真空中1s时间内传播距离的时间内传播距离的1/2997924852.2.测量误差基本概念测量误差基本概念 测量值,示值,标称值测量值,示值,标称值2022/12/2029 测量误差来源:测量误差来源:工工具具误误差差(仪仪表表误误差差):测测量量仪仪表表组组成成元元件件本本身身不不完完善善。例例:标标准准量量具具的的误差,仪表灵敏度不足,仪表刻度不准,变换器、放大器的误差等。误差,仪表灵敏度不足,仪表刻度不准,变换器、放大器的误差等。方方法法误误差差:选选用用测测量量方方法法不不当当,引引用用经经验验公公式式以以及及系系数数的的近近似似性性,测测量量中观测次数的不足。中观测次数的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 检测 转换 技术 理论基础
限制150内