《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》PPT課件

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1、2020/9/16,1,傳感器及應(yīng)用,總學(xué)時(shí): 36 試 驗(yàn): 6 適應(yīng)專業(yè):電子,自動(dòng)化,,2020/9/16,2,主要參考書：,1.現(xiàn)代傳感技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ) ,曾光宇編,北理工出版, 2006. 2.新編傳感器技術(shù)手冊(cè),李科杰編,國(guó)防工業(yè)出版,教材: 傳感器及應(yīng)用 董春利 ,機(jī)械工業(yè)出版社,2020/9/16,3,課程簡(jiǎn)介,本門課程目的是通過(guò)教學(xué)使學(xué)生在傳感器方面具有較廣的知識(shí)，掌握工程檢測(cè)和控制系統(tǒng)中常用的傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性、應(yīng)用及發(fā)展方向和相應(yīng)的調(diào)理電路，使學(xué)生在今后工作能正確選擇及使用傳感器。,2020/9/16,4,先修課程,修完高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電路、模擬電路

2、、數(shù)字電路、單片機(jī)原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)課程并成績(jī)合格。,2020/9/16,5,學(xué)習(xí)方法很重要 課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記 課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè) 實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐 總成績(jī)考試成績(jī) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī),學(xué)習(xí)方法,2020/9/16,6,學(xué)生考核,作業(yè)和考勤 20% 實(shí)驗(yàn) 10% 期末考試 70% 注意事項(xiàng)： 1.學(xué)生聽課課時(shí)必須超過(guò)本門計(jì)劃課時(shí)三分之二以上同時(shí)完成該課程的作業(yè)和實(shí)驗(yàn)才能取得期末考試資格。 2.最終成績(jī)以60分為最低及格線。,2020/9/16,7,教學(xué)要求,1.學(xué)生上課考勤。累計(jì)缺課（含病事假）超過(guò)該課程學(xué)時(shí)三分之一者，不能參加期末考試； 2.

3、 拒絕遲到者進(jìn)入教室并按曠課記考勤； 3. 拒絕帶食物者進(jìn)教室并按曠課記考勤； 4. 拒絕衣著不整者、穿拖鞋者進(jìn)入教室并以曠課記考勤； 5.嚴(yán)禁上課過(guò)程中接打手機(jī)；,2020/9/16,8,本節(jié)主要內(nèi)容,第1章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)概論 1.1傳感器的分類及組成 1.2傳感器的基本特性 1.3檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),2020/9/16,9,緒 論,檢測(cè)（Detection）定義： 利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過(guò)檢查與測(cè)量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過(guò)程稱為檢測(cè)技術(shù)。,2020/9/16,10,例：曹沖稱象,方法：比較法；,裝置：船、石頭、小

4、秤；,檢查、測(cè)量，從而得到：,定性、定量的結(jié)果。,2020/9/16,11,檢測(cè)技術(shù)在海嘯預(yù)報(bào)中的應(yīng)用,海浪振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),浮標(biāo),深海地溝,2020/9/16,12,什么是傳感器,電子稱,煙霧報(bào)警器,攝像機(jī),,,,,2020/9/16,13,2. 傳感器 傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分； 轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。,2020/9/16,14,思考一：夏季買西瓜的時(shí)候，你會(huì)怎樣挑選呢？,傳感器實(shí)質(zhì)上就是

5、代替人的五種感覺(jué)（視、嗅、聽、味、觸）器官的裝置。能感受被測(cè)量并將它轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)輸出的器件。 又叫探測(cè)器、換能器等。,,,,,15,一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系,外 界 信 息,Sensor、Transducer,16,性能凌駕于人的感官之上：,溫度傳感器：-196 1800 壓力傳感器：0.01psi 10000psi 精度：0.1% 0.01% 可靠度：8 9 級(jí),2020/9/16,17,傳感器就在你我身邊,電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器； 空調(diào)中的溫度和濕度傳感器； 煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器； 水表、電表、電視機(jī)和影碟機(jī)中的紅外遙控器； 照相機(jī)中的光傳感器； 汽車中燃料計(jì)和速度計(jì)。,,,

6、,,2020/9/16,18,思考二：傳感器都應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢？,工業(yè)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)中 汽車與傳感器 傳感器與家用電器 傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用 傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 傳感器與環(huán)境保護(hù) 傳感器與航空及航天 傳感器與遙感技術(shù),,,,,19,傳感器技術(shù)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的作用。,主要應(yīng)用,2020/9/16,20,工業(yè)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)中,,,,,,2020/9/16,21,樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng),控制管理的機(jī)電設(shè)備有：空調(diào)制冷、給水排水、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯等等，實(shí)現(xiàn)以上功能使用的傳感器有：溫度、濕度、液位、流量、壓差、空氣壓力。 安全防護(hù)防盜、防火、防燃?xì)庑孤?、CCD（電子眼

7、）監(jiān)視器、煙霧傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器、玻璃破碎傳感器；,,,,,2020/9/16,22,樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng),自動(dòng)識(shí)別門禁管理系統(tǒng)、感應(yīng)式IC卡識(shí)別、指紋識(shí)別； 遠(yuǎn)程抄收與管理系統(tǒng)水、電、氣、熱量通過(guò)傳感器設(shè)置遠(yuǎn)程自動(dòng)化抄表； 巡更系統(tǒng)保安管理。,,,,,2020/9/16,23,汽車與傳感器,,,,,,,24,汽車與傳感器,傳統(tǒng)： 行駛速度、距離、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量,安全：安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱 死裝置、電子變速控制裝置、汽車“黑匣子” 環(huán)保：排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置,25,2020/9/16,26,傳感器與家用電器,,,,,27,傳感器與家用電器,自

8、動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院,家庭自動(dòng)化藍(lán)圖：,2020/9/16,28,傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用,,,,,,2020/9/16,29,傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用,在勞動(dòng)強(qiáng)度大或危險(xiǎn)作業(yè)的場(chǎng)所，已逐步使用機(jī)器人取代人的工作。 一些高速度、高精度的工作，由機(jī)器人來(lái)承擔(dān)也是非常合適的。 要使機(jī)器人和人的功能更為接近，這就要給機(jī)器人安裝視覺(jué)傳感器和觸覺(jué)傳感器，使機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，通過(guò)觸覺(jué)對(duì)物體產(chǎn)生壓覺(jué)、力覺(jué)、滑動(dòng)感覺(jué)和重量感覺(jué)。,,,,,30,傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用,紅旗轎車焊裝生產(chǎn)線,隧道鑿巖機(jī)器

9、人,31,足球機(jī)器人,迎賓機(jī)器人,32,泰坦尼克中用于水下探測(cè)的“鄧肯”號(hào)機(jī)器人,33,2003年9月，全球現(xiàn)場(chǎng)直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)之謎。,“不論是誰(shuí)騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨。”,2020/9/16,34,傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,可以對(duì)人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓、腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈搏及心音、心腦電波等進(jìn)行高難度的診斷 在早期診斷、早期治療、遠(yuǎn)距離診斷及人工器官的研制等廣泛的范圍內(nèi)發(fā)揮作用,,,,,2020/9/16,35,傳感器與環(huán)境保護(hù),,,,,2020/9/16,36,傳感器與環(huán)境保護(hù),環(huán)球的大

10、氣污染、水質(zhì)污濁及噪聲已嚴(yán)重地破壞了地球的生態(tài)平衡和我們賴以生存的環(huán)境 為保護(hù)環(huán)境，利用傳感器制成的各種環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器正在發(fā)揮著積極的作用。,,,,,37,環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器,,2020/9/16,38,傳感器與航空及航天,使用傳感器進(jìn)行速度、加速度和飛行距離的測(cè)量。,,,,飛行的方向，飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境、飛行器本身的狀態(tài)及內(nèi)部設(shè)備的監(jiān)控也都要通過(guò)傳感器進(jìn)行檢測(cè)。,,2020/9/16,39,傳感器與遙感技術(shù),從飛機(jī)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船及船舶上對(duì)遠(yuǎn)距離的廣大區(qū)域的被測(cè)物體及其狀態(tài)進(jìn)行大規(guī)模探測(cè)的一門技術(shù)。 圖為在衛(wèi)星上通過(guò)遙感技術(shù)拍攝的美國(guó)空軍基地。,,,,,40,傳感器與遙感技術(shù),,紅外接收傳感器,

11、41,傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,美國(guó)高級(jí)將領(lǐng)與著名學(xué)者訪談錄陳伯江,“信息時(shí)代的軍事革命” 美國(guó)參聯(lián)會(huì)副主席歐文斯上將,“改變那種認(rèn)為軍事力量主要是軍艦、坦克和飛機(jī)的概念，把我們的注意力放在思考信息和電信技術(shù)所能提供的軍事力量上來(lái)。這場(chǎng)軍事革命標(biāo)志著一種轉(zhuǎn)變，即從重視軍艦、坦克和飛機(jī)，轉(zhuǎn)為重視諸如傳感器這類東西的作用?！?“陸軍、海軍、空軍都將只不過(guò)是歷史的產(chǎn)物你也許將成立一個(gè)把所有的傳感器放在一起的軍種（可稱之為傳感器軍）用于觀察戰(zhàn)場(chǎng)”,42,地位及發(fā)展?fàn)顩r,傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的“五官”，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切測(cè)量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)

12、的。,1、現(xiàn)代測(cè)量與自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié),2、衡量國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志,傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，也是判斷一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水平高低的重要依據(jù)。,43,現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱,通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù) 既是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會(huì)賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)。 如果沒(méi)有高度保真和性能可靠的傳感器，沒(méi)有先進(jìn)的傳感器技術(shù)，信息的準(zhǔn)確獲得與精密檢測(cè)就成了一句空話，通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也就成了無(wú)源之水，無(wú)本之木，現(xiàn)代測(cè)量與自動(dòng)化技術(shù)隨之變成水中之月、鏡中之花。,44,各國(guó)政府高度重視,日本科學(xué)技術(shù)廳把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)（計(jì)

13、算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器）之一。日本政府還在21世紀(jì)技術(shù)預(yù)測(cè)中將傳感器列為首位。,美國(guó)白宮將“傳感器及信號(hào)處理”列為對(duì)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)之一。,西歐各國(guó)在制定“尤里卡”發(fā)展計(jì)劃中，把傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。,我國(guó)政府在“863計(jì)劃”及重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，均把傳感器列在重要位置。,2020/9/16,45,傳感器的發(fā)展,向量子化拓展 向集成化、多功能化發(fā)展 向智能化進(jìn)軍,,,,,2020/9/16,46,思考三：未來(lái)世界會(huì)有什么樣的傳感器呢？,智能房屋（自動(dòng)識(shí)別主人，太陽(yáng)能提供能源）； 智能衣服（自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度）； 智能公路（自動(dòng)顯示、記錄公路的壓力、溫

14、度、車流量）； 智能汽車（無(wú)人駕駛、衛(wèi)星定位）,,,,,2020/9/16,47,第一 傳感器的分類,2020/9/16,48,一. 傳感器的分類 傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種： 一種是按被測(cè)輸入量來(lái)分； 另一種是按傳感器的工作原理來(lái)分。,2020/9/16,49,1) 按被測(cè)量分類 這一種方法是根據(jù)被測(cè)量的性質(zhì)進(jìn)行分類，如： 溫度傳感器、濕度傳感器、 壓力傳感器、位移傳感器、 流量傳感器、液位傳感器、 力傳感器、加速度傳感器、 轉(zhuǎn)矩傳感器等。,2020/9/16,50,這種分類方法把種類繁多的被測(cè)量分為： 基本被測(cè)量和派生被測(cè)量?jī)深悺? 見下表1-1。

15、例如力可視為基本被測(cè)量，從力可派生出壓力、重量、應(yīng)力、力矩等派生被測(cè)量。 當(dāng)需要測(cè)量這些被測(cè)量時(shí)，只要采用力傳感器就可以了。,2020/9/16,51,表 基本被測(cè)量和派生被測(cè)量,2020/9/16,52,這種分類方法： 優(yōu)點(diǎn)是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用。 缺點(diǎn)是沒(méi)有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。,2020/9/16,53,2) 按傳感器工作原理分類 這一種分類方法是以工作原理劃分，將物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類的依據(jù)。 這種分類法： 優(yōu)點(diǎn)是對(duì)傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于

16、傳感器專業(yè)工作者對(duì)傳感器的深入研究分析。 缺點(diǎn)是不便于使用者根據(jù)用途選用。,2020/9/16,54,具體劃分為： 電學(xué)式傳感器 電學(xué)式傳感器是應(yīng)用范圍較廣的一種傳感器，常用的有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器及電渦流式傳感器等。 磁學(xué)式傳感器 磁學(xué)式傳感器是利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成。主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測(cè)量。,2020/9/16,55,光電式傳感器 光電式傳感器是利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理而制成。 主要用于光強(qiáng)、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測(cè)量。 電勢(shì)型傳感器 電勢(shì)型傳感器是利用熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍耳效應(yīng)等原理而制成。 主要用于溫度、磁

17、通、電流、速度、光強(qiáng)、熱輻射等參數(shù)的測(cè)量。,2020/9/16,56,電荷傳感器 電荷傳感器是利用壓電效應(yīng)原理而制成。 主要用于力及加速度的測(cè)量。 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)、半導(dǎo)體與氣體接觸產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理而制成。 主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場(chǎng)和有害氣體的測(cè)量。,2020/9/16,57,諧振式傳感器 諧振式傳感器是利用改變電或機(jī)械的固有參數(shù)來(lái)改變諧振頻率的原理而制成。 主要用來(lái)測(cè)量壓力。 電化學(xué)式傳感器 電化學(xué)式傳感器是以離子導(dǎo)電原理為基礎(chǔ)而制成，可分為電位式傳感器、電導(dǎo)式傳感器、電量式傳感器、級(jí)譜式傳感器和電解式傳感器

18、等。 電化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體成分、液體成分、溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電位等參數(shù)的測(cè)量。,2020/9/16,58,還有： 按能量的關(guān)系分類，即將傳感器分為 有源傳感器和無(wú)源傳感器； 按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，即將傳感器分為 模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。 數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，且抗干擾性較強(qiáng)，例如： 盤式角度數(shù)字傳感器，光柵傳感器等。,2020/9/16,59,二. 傳感器的特性,2020/9/16,60,測(cè)量靜態(tài)量表現(xiàn)為靜態(tài)特性，測(cè)量動(dòng)態(tài)量表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)特性。 (1) 靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性主要由下列幾種性能來(lái)描述。 1. 線

19、性度 線性度是傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度，又稱非線性誤差。,2020/9/16,61,,,圖1-5 傳感器的線性度,2020/9/16,62,由圖可見，除（a）為理想特性外，其它都存在非線性，都應(yīng)進(jìn)行線性處理。 常用的方法有： 理論直線法、端點(diǎn)線法、割線法、最小二乘法和計(jì)算程序法等。,2020/9/16,63,作圖法求線性度演示 （ 1擬合曲線 2實(shí)際特性曲線 ）,2020/9/16,64,2. 靈敏度 靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量的比值。 對(duì)于線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，其 sn=y/x,2020/9/16,

20、65,作圖法求靈敏度過(guò)程,,,,,,,,,x,y,x1,x,y,0,,切點(diǎn),,傳感器 特性曲線,xmax,,2020/9/16,66,圖1-6 傳感器的靈敏度,2020/9/16,67,非線性傳感器的靈敏度是一個(gè)隨工作點(diǎn)而變的變量，如圖1-6（b）所示，其 sn=dy/dx=df(x)/dx 3. 重復(fù)性 重復(fù)性是傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度，如圖1-7所示。 傳感器輸出特性的不重復(fù)性主要由傳感器的機(jī)械部分的磨損、間隙、松動(dòng)，部件的內(nèi)磨擦、積塵，電路元件老化、工作點(diǎn)漂移等原因產(chǎn)生。,2020/9/16,68,圖1-7 傳感器的重復(fù)性,20

21、20/9/16,69,不重復(fù)性極限誤差由下式表示： EZ=MAX/yFS100% 4. 遲滯現(xiàn)象 傳感器在正向行程（輸入量增大）和反向行程（輸入量減?。┢陂g，輸出-輸入特性曲線不一致的程度，如圖1-8所示。 在行程環(huán)中同一輸入量xi對(duì)應(yīng)的不同輸出量yi和yd的差值叫滯環(huán)誤差，最大滯環(huán)誤差與滿量程輸出值的比值稱最大滯環(huán)率EMAX： EMAX=m/yFS100%,2020/9/16,70,圖1-8 傳感器的遲滯現(xiàn)象,2020/9/16,71,5. 分辨力 傳感器的分辨力是在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)的輸入量的最小變化量。有時(shí)也用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示。 6. 穩(wěn)定

22、性 穩(wěn)定性有短期穩(wěn)定性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性之分。 傳感器常用長(zhǎng)期穩(wěn)定性，指在室溫條件下，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如一天、一月或一年，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異。 通常又用其不穩(wěn)定度來(lái)表征穩(wěn)定程度。,2020/9/16,72,7. 漂移 傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的不需要的變化。 漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等。 零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。 時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化； 溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度的變化。,2020/9/16,73,第三 檢測(cè)技術(shù)的基本概念,學(xué)習(xí)測(cè)量的基本概念、測(cè)量

23、方法、誤差分類、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理等，他們是檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的理論基礎(chǔ)。,2020/9/16,74,世界是由物質(zhì)組成的，表征物質(zhì)特性或其運(yùn)動(dòng)形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量?jī)深悺? 非電量不能直接使用一般電工儀表和電子儀器測(cè)量，非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量，再進(jìn)行測(cè)量。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件叫傳感器。 自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)處理的大都是電量, 需通過(guò)傳感器對(duì)通常是非電量的原始信息進(jìn)行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換為電量。,2020/9/16,75,1 . 自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) 自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)是人們對(duì)事物的規(guī)律進(jìn)行定性了解和定量掌握以及預(yù)期效果控制所從事的一系列

24、的技術(shù)措施。 自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施之一的裝置，它是檢測(cè)和控制器與研究對(duì)象的總和。 通?？煞譃殚_環(huán)與閉環(huán)兩種自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng) 。,2020/9/16,76,測(cè)量電路,傳感器,電源,指示儀,記錄儀,伺服控制,,,,,,,,,,開環(huán)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)框圖,被測(cè)量,2020/9/16,77,調(diào)節(jié)元件,給定元件,信息處理,檢測(cè)電路,執(zhí)行元件,傳感器,對(duì)象,輸出,顯示,記錄,,,,,,,,,,,,,,閉環(huán)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)框圖,,,,,2020/9/16,78,一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，一般由傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置或調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置、電源四部分組成。,2020/9/16,79,檢測(cè)技術(shù)的基本概念及

25、方法,靜態(tài)測(cè)量,2020/9/16,80,對(duì)緩慢變化的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量亦屬于靜態(tài)測(cè)量。,,最高、最低 溫度計(jì),,,2020/9/16,81,動(dòng)態(tài)測(cè)量,地震測(cè)量 振動(dòng)波形,,2020/9/16,82,便攜式儀表,可以顯示波形的便攜式儀表,2020/9/16,83,直接測(cè)量,電子卡尺,2020/9/16,84,間接測(cè)量,對(duì)多個(gè)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得被測(cè)量（阿基米德測(cè)量皇冠的比重）。,2020/9/16,85,接觸式測(cè)量,2020/9/16,86,非接觸式測(cè)量 例：雷達(dá)測(cè)速,車載電子警察,2020/9/16,87,離線測(cè)量,產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn),2020/9/16,88,在線測(cè)量,在流水線上，邊加工

26、，邊檢驗(yàn)，可提高產(chǎn)品的一致性和加工精度。,2020/9/16,89,檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ：,1.不斷提高檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度、量程范圍、延長(zhǎng)使用壽命、提高可靠性： 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā) 展，人們對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量精度要求也相應(yīng)地在提高。近年來(lái)，人們研制出許多高精度和寬量程的檢測(cè)儀器以滿足各種需要。人們還對(duì)傳感器的可靠性和故障率的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了大量的研究，使得檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性及壽命大幅度的提高?，F(xiàn)在，許多檢測(cè)系統(tǒng)可以在極其惡劣的環(huán)境下連續(xù)工作數(shù)十萬(wàn)小時(shí)。目前，人們正在不斷努力進(jìn)一步提高檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。,2020/9/16,90,提高測(cè)量精度,數(shù)字電壓、歐姆表,將量程切換到2V時(shí)，最小顯示值

27、為1V,,2020/9/16,91,提高可靠性,承受劇烈振動(dòng),2020/9/16,92,2.應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域,月球車,2020/9/16,93,2.應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域（續(xù)）,火星車,2020/9/16,94,2.應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域（續(xù)）,“惠更斯”號(hào)登陸土衛(wèi)六的效果圖,土衛(wèi)六表面,2020/9/16,95,2.應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域（續(xù)）,安全檢查,2020/9/16,96,3.發(fā)展集成化、功能化的傳感器,可拍照的手機(jī),2020/9/16,97,4.采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使檢測(cè)技術(shù)智能化,面部 識(shí)別技術(shù),2020/9/1

28、6,98,4.采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使檢測(cè)技術(shù)智能化（續(xù)）,單片機(jī)芯片,2020/9/16,99,5.發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測(cè)系統(tǒng),,2020/9/16,100,1.4 傳感器的測(cè)量誤差與準(zhǔn)確度,了解測(cè)量誤差的產(chǎn)生誤差的原因 熟悉測(cè)量誤差的分類 掌握測(cè)量誤差的表示方法 理解準(zhǔn)確度與測(cè)量誤差的關(guān)系,2020/9/16,101,1.4.1 誤差的類型,1.按誤差的性質(zhì)分類 （1）系統(tǒng)誤差 在相同測(cè)量條件下多次測(cè)量同一物理量，其誤差大小和符號(hào)保持恒定或按某一確定規(guī)律變化，此類誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差表征測(cè)量的準(zhǔn)確度。 （2）隨機(jī)誤差 在相同測(cè)量條件下多次測(cè)量同一物理量，其誤差沒(méi)有固定的大小和符號(hào)，呈無(wú)規(guī)律

29、的隨機(jī)性，此類誤差稱為隨機(jī)誤差。通常用精密度表征隨機(jī)誤差的大小。 準(zhǔn)確度和精密度的綜合稱為精確度，簡(jiǎn)稱精度。,2020/9/16,102,1.4.1 誤差的類型,（3）粗大誤差 明顯偏離約定真值的誤差稱為粗大誤差。它主要是由于測(cè)量人員的失誤所致，如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)或記錯(cuò)等。含有粗大誤差的數(shù)值稱為壞值，應(yīng)予以剔除。在測(cè)量中，若誤差大于極限誤差C，即為粗大誤差。,2020/9/16,103,2.按被測(cè)量與時(shí)間的關(guān)系分類 （1）靜態(tài)誤差 被測(cè)量不隨時(shí)間變化時(shí)測(cè)得的誤差稱為靜態(tài)誤差。 （2）動(dòng)態(tài)誤差 被測(cè)量在隨時(shí)間變化過(guò)程中測(cè)得的誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。動(dòng)態(tài)誤差是由于檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)滯后，或?qū)斎胄盘?hào)中不

30、同頻率成分產(chǎn)生不同的衰減和延遲所造成的。動(dòng)態(tài)誤差值等于動(dòng)態(tài)測(cè)量和靜態(tài)測(cè)量所得誤差的差值。,2020/9/16,104,1.4.2 誤差的表示方法,絕對(duì)誤差和修正值的量綱必須與示值量綱相同。 絕對(duì)誤差可表示測(cè)量值偏離實(shí)際值的程度，但不能表示測(cè)量的準(zhǔn)確程度。,（1）絕對(duì)誤差,AxA0,修正值C,C=,當(dāng)AxA0時(shí)，為正誤差；反之為負(fù)誤差。,A0 Ax+C,2020/9/16,105,（2）相對(duì)誤差,實(shí)際相對(duì)誤差,示值(標(biāo)稱)相對(duì)誤差,滿度（引用）相對(duì)誤差,2020/9/16,106,1.4.3 準(zhǔn)確度,傳感器和測(cè)量?jī)x表的誤差是以準(zhǔn)確度表示的。準(zhǔn)確度常用最大引用誤差來(lái)定義,它表示傳感器的最大相對(duì)誤差為S%。,儀表引起的最大測(cè)量相對(duì)誤差為,如壓力傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)分別為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、1.5、2.0等；我國(guó)電工儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)分別為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。,某0.1級(jí)壓力傳感器的量程為100MPa，測(cè)量50MPa壓力時(shí)，傳感器引起的最大相對(duì)誤差為,0.2%。,2020/9/16,107,本章作業(yè),P11： 2，3題寫在作業(yè)紙上 第1、4、5題選做,2020/9/16,108,休 息 一 下,