1、1.傳感器與檢測技術(shù)，興航電話2。第一章檢測系統(tǒng)的特點和性能指標。1.1檢測系統(tǒng)概述1)檢測是利用各種物理和化學效應(yīng)，選擇合適的方法和裝置，對生產(chǎn)、科研、生活等方面的相關(guān)信息給出定性或定量結(jié)果的過程。2)工業(yè)檢測技術(shù)的種類和內(nèi)容工業(yè)檢測技術(shù)的內(nèi)容非常廣泛，常見的工業(yè)檢測包括以下內(nèi)容：3)檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由傳感器、模擬信號調(diào)理電路、數(shù)字信號分析處理部分、顯示部分和將處理后的信號傳輸給控制器、其他檢測系統(tǒng)或主機系統(tǒng)等的通信接口部分組成。(1)傳感器傳感器是檢測系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，它的主要功能是將檢測到的非電量轉(zhuǎn)換成一定的輸出值，通常是電信號。由于傳感器種類繁多，幾乎所有的

2、非電參數(shù)都可以檢測到。然而，由于傳感器輸出的電信號種類繁多且功率較低，電信號不能直接傳輸?shù)胶罄m(xù)的信號處理電路或輸出元件，必須通過信號進行調(diào)理。(2)信號調(diào)節(jié)電路信號調(diào)節(jié)電路有兩個主要功能。一種是轉(zhuǎn)換和放大來自傳感器的信號，使其更適合進一步處理和傳輸。在大多數(shù)情況下，它將各種電信號轉(zhuǎn)換成便于測量的少數(shù)電信號，如電壓、電流和頻率；第二個方面是信號處理，即濾波、調(diào)制和解調(diào)、運算、數(shù)字處理等等。記錄和顯示儀器目前常用的顯示器有四種：模擬顯示器、數(shù)字顯示器、圖像顯示器和記錄器。(4)信號分析與處理作為現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的一部分，不斷注入新的內(nèi)容，逐漸成為檢測系統(tǒng)的研究熱點。它用于對試驗獲得的試驗數(shù)據(jù)進行處理、

3、計算、邏輯判斷和線性變換，并對動態(tài)試驗結(jié)果進行頻譜分析(振幅頻譜分析、功率譜分析)和相關(guān)分析。必須采用計算機技術(shù)來完成這些任務(wù)。(5)通信接口和總線，用于在由多個測量子系統(tǒng)或測量節(jié)點組成的大型檢測系統(tǒng)中，實現(xiàn)子系統(tǒng)和上位機之間以及子系統(tǒng)之間的信息交換?？偩€更多的是指一種標準和一種結(jié)構(gòu)形式；接口是指完成通信的硬件系統(tǒng)。1)傳感器的定義傳感器/傳感器的定義定義為：“能夠感知(或響應(yīng))特定測量并根據(jù)特定規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為可用輸出信號的設(shè)備或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！?)傳感器的組成，傳感元件指的是傳感器中能夠直接感受測量的部分，過渡元件指的是傳感器中能夠?qū)鞲性妮敵鲛D(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的

4、電信號的部分。信號調(diào)節(jié)電路：將轉(zhuǎn)換后的電信號轉(zhuǎn)換成有用信號的電路，便于顯示、記錄和控制。常用的電橋、放大器、阻抗轉(zhuǎn)換器等。8、傳感元件指的是傳感器中能夠直接感受被測信號的部分，過渡元件指的是傳感器中能夠?qū)鞲性妮敵鲛D(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號的部分。信號調(diào)節(jié)電路：將轉(zhuǎn)換后的電信號轉(zhuǎn)換成有用信號的電路，便于顯示、記錄和控制。常用的電橋、放大器、阻抗轉(zhuǎn)換器等。9，3)傳感器分類傳感器有很多種。傳感器有許多分類方法。常用的分類方法如下：(1)根據(jù)測量值對機械量進行分類：位移、力、扭矩、扭矩、速度、加速度、振動和噪聲；熱量：溫度、熱量、流量(速度)、風速、壓力(差值)、液位物理參數(shù)：濃度、粘度、比

5、重、酸堿度狀態(tài)參數(shù)：裂紋、缺陷、泄漏等。10、(3)根據(jù)信號變換特征對結(jié)構(gòu)類型進行分類：信號變換主要通過傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化來實現(xiàn)。例如，電容和電感傳感器。物理性質(zhì)類型：利用敏感元件材料物理性質(zhì)的變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。例如，水銀溫度計和壓電測力計。(4)能量轉(zhuǎn)換類型按能量關(guān)系分類：傳感器直接從被測物體輸入能量使其工作。例如，熱電偶溫度計和壓電加速度計也稱為主動傳感器。能量控制型：傳感器從外部獲取能量使其工作，測量的變化控制外部供應(yīng)能量的變化。例如，是電阻、電容和電感的。它也被稱為被動傳感器。11，12，1.3檢測系統(tǒng)的特性為了保證測量結(jié)果的準確性，檢測系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸出和輸入之間的關(guān)系應(yīng)該是一一對應(yīng)

6、的，并盡可能不失真，這通常是一種線性關(guān)系，各種干擾必須盡可能地減少或消除。在工程測試實踐中，大多數(shù)測試系統(tǒng)屬于線性時不變系統(tǒng)。線性時不變系統(tǒng)的分析方法已經(jīng)形成了一個完整而嚴密的體系。甚至一些非線性系統(tǒng)或時變系統(tǒng)在有限條件下也遵循線性時不變定律。因此，下面的討論集中于線性時不變系統(tǒng)的主要性質(zhì)。14，線性時不變系統(tǒng)：其中t是時間獨立變量。系統(tǒng)的系數(shù)都是常數(shù)。線性時不變系統(tǒng)具有以下特性：疊加，這意味著由作用在線性設(shè)備上的每個輸入產(chǎn)生的輸出是彼此獨立的。當分析同時向設(shè)備添加多個輸入所產(chǎn)生的總效果時，我們可以首先分別分析單個輸入的效果，然后添加這些效果來表示總效果。幾個輸入產(chǎn)生的總輸出是每個輸入產(chǎn)生的輸

7、出疊加的結(jié)果。也就是說，如果：16，比例特性，測試裝置的輸入信號放大一倍，輸出信號也放大一倍。對于任何常數(shù)a，都有微分特性，系統(tǒng)對輸入導數(shù)的響應(yīng)等于原始輸入響應(yīng)的導數(shù)，而積分特性，如系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零，系統(tǒng)對輸入積分的響應(yīng)等于原始輸入響應(yīng)的積分，17，頻率保持，如果某一頻率的正(剩余)弦信號輸入到測試裝置，穩(wěn)態(tài)輸出必須是與輸入頻率相同的正(剩余)弦信號。18，知道系統(tǒng)是線性的并且它的輸入頻率，可以認為只有在測量信號中具有相同輸入頻率的分量是由輸入引起的真正輸出，而其他頻率分量是噪聲。然后，根據(jù)這一特性，在強噪聲干擾下，利用相應(yīng)的濾波技術(shù)提取有用信息，因為信號的頻域函數(shù)實際上是由信號的頻率分量疊

8、加來描述的。因此，在用疊加原理結(jié)合同頻來研究復雜輸入信號引起的輸出時，可以轉(zhuǎn)換到頻域來研究頻域函數(shù)和由輸入頻域函數(shù)產(chǎn)生的輸出的頻率保持。20、1.4測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性和性能指標。測試裝置的性能可分為兩種類型：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性：當被測物理量恒定或緩慢變化時，它涉及系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此時，輸出和輸入之間的關(guān)系稱為測試設(shè)備的靜態(tài)特性。動態(tài)特性：指測試設(shè)備對動態(tài)輸入變量隨時間的響應(yīng)特性。21.穩(wěn)態(tài)線性測試裝置的數(shù)學描述是：在靜態(tài)測量中，理想穩(wěn)態(tài)線性系統(tǒng)的輸入輸出微分公式為：其中斜率s是靈敏度，應(yīng)該是常數(shù)。22，實際測量裝置不是理想的穩(wěn)態(tài)線性系統(tǒng)：非線性原因：(除結(jié)構(gòu)原理原因外)，23，理想測

9、試系統(tǒng)的線性關(guān)系通常采用靜態(tài)測量方法獲得輸入輸出關(guān)系曲線作為校準曲線。在大多數(shù)情況下，需要根據(jù)最小二乘法的原理找到校準曲線的擬合線。24，靈敏度，當設(shè)備輸入一個變量x時，它產(chǎn)生一個輸出變量y；輸出變化y與輸入變化x之比稱為傳感器靈敏度。定義：并表示：然而，一般的測試裝置不是一個理想的穩(wěn)態(tài)線性系統(tǒng)，擬合直線的斜率被用作裝置的靈敏度。注：靈敏度越高，穩(wěn)定性越差，測量范圍越小。25、非線性、校準曲線與擬合直線之間的偏差程度。表示：定義：非線性=b/a * 100%，b是校準曲線和擬合直線之間的最大偏差。a是器件的滿量程輸出范圍。校準曲線：它表示實際特性，通常是用高級儀器重復測量后得到的平均值曲線。擬

10、合直線：是以某種方式擬合的直線來代替實際曲線。目前，擬合參考線常用的方法有兩種：平均法和最小二乘法。平均法主要確定擬合線的系數(shù)，使校準曲線與擬合線之間的偏差的代數(shù)和為零。也就是說，讓系統(tǒng)擬合線為：這種方法主要確定擬合線的系數(shù)，使校準曲線與擬合線的偏差平方和為零。即27，返回錯誤，也稱為滯后或惡化。它反映了當傳感器的輸入量在正向沖程和反向沖程的整個范圍內(nèi)被多次測試時所獲得的特征曲線的未對準程度。定義：表示：A是器件的滿量程輸出范圍。28、穩(wěn)定性，穩(wěn)定性是指傳感器的輸出特性在長期使用后不會改變的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素有時間和環(huán)境。漂移，測量裝置的測量特性隨時間的緩慢變化稱為漂移。29、分辨率

11、、靈敏度閾值、可靠性、與檢測系統(tǒng)的無故障工作時間相關(guān)的描述?？蓪е螺敵鲎兓淖钚≥斎肓孔兓?。也被稱為死區(qū)，用于測量檢測起點的不敏感程度。30，精度(precision)，反映測試結(jié)果與真實值之間的接近程度。對應(yīng)于錯誤大小。與精度相關(guān)的指標有三個：精度、準確度和精密度(precision)。精度表示測量傳感器輸出值的離散程度。精度是隨機誤差的標志。高精度意味著小的隨機誤差。注：高精度密度不一定是高精度。精度：表示傳感器輸出值與真實值之間的偏差程度。精度是系統(tǒng)誤差的標志，高精度意味著系統(tǒng)誤差小。同樣，高精度不一定是高精度。精確度：它是精確度和準確度的總和。高精度意味著高精度和準確度。(a)高精度和

12、低精度(b)低精度和高精度(c)高精度，31。在測量中，我們希望得到高精度的結(jié)果。在工程應(yīng)用中，精度等級通常用來表示測量結(jié)果的可靠性。準確度等級由一系列標準百分比值分級：0.001、0.005、0.02、0.05、1.5、2.5、4.0、設(shè)計和交付傳感器時，傳感器精度等級代表的誤差是指傳感器測量的最大允許誤差。測量精度的性能指標通常用相對誤差和參考誤差來表示。示例：精度等級為0.5、溫度范圍為6001200的溫度傳感器的最大允許絕對誤差是多少？檢驗過程中某一點的最大絕對誤差為4。詢問是否，32，1.5檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性和性能指標對于測量動態(tài)信號的檢測系統(tǒng)，要求當檢測系統(tǒng)的輸入量發(fā)生變化時，其輸

13、出量能立即變化而不失真。在實際測試過程中，由于測試系統(tǒng)選擇不當，輸出不能很好地跟隨輸入的快速變化，這將導致較大的測量誤差。因此，研究檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性具有重要意義。33，(1)微分方程(2)傳遞函數(shù)(3)頻率響應(yīng)函數(shù)，動態(tài)特性的描述方法：34，系統(tǒng)的階數(shù)由輸出的最高微分階決定。o階、一階和二階系統(tǒng)是常見的，它們具有概念清晰、輸入輸出關(guān)系清晰的優(yōu)點，能夠區(qū)分瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，但缺點是：方程求解麻煩，測試裝置調(diào)整時難以分析。(1)微分方程，動態(tài)特性是指試驗裝置對輸入變量隨時間的響應(yīng)特性，其中t為時間變量，兩者均為常數(shù)，該系統(tǒng)為線性時不變系統(tǒng)。35，(2)傳遞函數(shù)，利用拉普拉斯變換，將微分方程變換成復域中的傳遞函數(shù)。分母中s的冪n代表系統(tǒng)微分方程的階，也稱為傳遞函