检测技术及方法分析.ppt

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1、第三章 检测技术及方法分析检测（检测（Detection）定义：）定义：利用各种物理、化学效应，选择合适利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。检测技术的作用美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD检测技术在国防领域的应用：检测技术在国防领域的应用：先行官先行官1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制

2、系统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:探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道；拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假弹头，敌友方弹头，敌友方检测技术的作用检测技术在航天领域应用：检测技术在航天领域应用：举足轻重举足轻重火箭测控火箭测控-检测火箭状况、姿态、轨迹检测火箭状况、姿态、轨迹飞行器测控飞行器测控-检测飞行器姿态、发电机工检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵况，控制与操纵 检测技术的作用“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感个传感器器检测参数检测参数-加

3、速度、温度、压力、加速度、温度、压力、振动、流量、应变、振动、流量、应变、声学声学神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置检测技术的作用检测技术的作用检测技术在日常生活中的应用：检测技术在日常生活中的应用：与日俱增与日俱增检测技术的作用检测技术的作用智能电子警察监测系统智能电子警察监测系统号检测技术的作用检测技术的作用自动收费系统自动收费系统检测控制对象传感器执行器系统界面仪表与控制装置人机界面操作人员其他系统的仪器装置检测及控制装置与外界环境之间的三种界面关系获取检测对象的状态的传感器以及控制并调节对象状态的执行器；操作人员与仪器装置之间的界面；监控仪器与其他系统之间的信息

4、往来。传感器的分类1、根据检测对象分类：温度、压力、位移等2、从传感原理或反应效应：光电、压电、热阻等3、根据传感器的材料：导电体、半导体、有机、无机等4、按应用领域分类：化工、纺织、造纸、电力、环保等5、按反应形式或能量供给方式分：能动型、被动型、能量变换型、能量控制型等6、按输出信号形式分：模拟量、数字量3.1 检测方法及其基本概念3.1.1 开环型检测与闭环型检测放大器变换器反变换器被检测量 x+-输出 y反馈型闭环检测系统对象传感器信息处理器输出y 开环型检测系统3.1.2 直接检测与间接检测直接检测：与同类基准进行简单的比较，就能得到测量值的 检测方法称为直接检测间接检测：测量与被检

5、测量有一定关系的2个或2个以上的 物理量，然后再推算出被检测量。3.1.3绝对检测与比较检测 绝对检测：由基本物理量测量而决定被测量的方法。比较检测：与同种类量值进行比较而决定测量值的方法。偏差法：是指在测量过程中,用仪器表指针的位移(即偏差)来表示被测量的测量方法。弹簧秤 开环结构）零位法：采取与同种类的已知量取平衡的方法进行测量。（反馈型闭环结构）3.1.4 偏差法与零位法3.1.5 强度变量检测与容量变量检测 强度变量：被检测物理量中，与体积、质量 无关。容积变量：被检测物理量中，与体积、质量 成比例关系。强度变量与容积变量一般都是成对出现。例如热电偶测温3.1.6 微差法微差法测量被检

6、测量与已知量的差值例如游标卡尺测量3.1.7 替换法由于系统误差的存在，当把被测量物体与标准比较物体的主次或先后顺序置换过来时，可以排除测量过程中因顺序所造成的系统误差。3.18 能量变换与能量控制型传感器能量供给方式考虑能量变换：输入信号的能量的一部分转换成输出信号。（太阳能电池作为光传感器、热电偶作为温度传感器）能量控制型：光敏电阻、热敏电阻分别在光照。热辐射条件下，电阻值发生变化，传感器的输出信号能量不是来自光源或热源，而是检测阻值变化的电路电源提供。可以看做是被检测量（光强、热量）控制了从电源转向输出信号的能量的流动。能量变换型检测是被动型检测能量控制型是能动型检测3.1.9 主动探索

7、与信息反馈型检测被检测对象信息处理检测结果单传感器或多传感器信息反馈图：各种主动探索与信息反馈检测的形态3.2 检测系统模型与机构分析 3.2.1检测系统的基本功能信号转换与信号选择；基准保持与比较；显示与操作3.2.2 信号转换模型与信号选择性（1）信号转换的数学模型设检测系统独立的输入变量为从属的输出变量为内部变量为系统状态方程为：所谓标定是改变输入量u，记录输出量y的过程检测则是在标定的基础上由y求u的解逆问题的过程。设u1为被检测量（输入信号），y1为测量值（输出信号）时则代表了的检测方程特性。在变换特性不能用简单的公式描述时，则要求输入与输出之间的关系是确定的，这是检测系统信号转换的

8、基本条件。（2）信号选择性设计检测系统时要选择必要的信号，消除其他变量的影响，以提高检测精度。以金属丝电阻值变化为例：它与金属种类、纯度、形状、温度有关。当用作热电阻测温时，选择其随温度变化的特性，要防止变形影响。当用作应变测量时，选择其形状变化的特性，要设计抵消温度影响的检测结构。3.2.3检测系统的结构分析传感器x1x2xn输入量输出量y多输入单输出系统3.2.3.1补偿结构干扰量u2+u2传感器AfA传感器BfB被检测量u1+u1u1+-输出y基本补偿结构设被检测量为u1，干扰量为u2，传感器A为测量用传感器，同时受u1、u2的作用，并在u1，u2有微小变化时，输出信号分别为传感器B为补

9、偿用传感器，受干扰量u2及其微小变化的影响，并在设定的u1时输出分别为：补偿结构是利用传感器B的输出结果，补偿传感器A中的干扰量作用，使检测系统的输出结果不受被检测参数以外的干扰参数的影响，实现信号选择性。输出y上式按泰勒级数展开到的二次项，可得到在的变化范围内，补偿传感器B的输出特性满足即两传感器在干扰变化范围内特性相同，那么两传感器对u2的一次偏微分，二次偏微分也分别相同，则y可简化为上式中u2的一次和二次项被抵消了，实现了对u2的补偿，但还有u1.u2项，补偿是不完全的。如果f(u1,u2)是u1,u2单函数的线性组合，即f(u1,u2)=af1(u1)+bf2(u2)可以实现对u2的完全补偿如果f(u1,u2)是u1,u2单函数的乘积，取两传感器的比值作为补偿结果y,则有3.2.3.2差分结构干扰量u2+u2传感器AfA传感器BfB被检测量u1+u1U1-u1+-输出yy1y2差动结构示意图差动结构的两传感要素采用空间对称结构形式，使测量参数反对称地发生作用，干扰或影响参数起对称作用。由于f1，f2的对称作用可以得到与补偿结果比较，的二次项也抵消了，即差动结构起到了线性化的作用，也提高了 的灵敏度。差分结构的有利之处是采取了对称结构，容易实现高精度选择的检测结构。在消除共模干扰，降低飘逸，提高灵敏度，改善线性关系等方面有明显效果。