1.自动检测技术

null自动检测技术自动检测技术主 讲： 李兵 学 分：3 课 时：40（理论） Email:playlb@163.com课程介绍课程介绍课程内容：第一章到第十三章 课程时间：星期二　 1-2 南C102 　　　 星期五　 5-6 南C202（单） 考核方式：笔试　　考查 null希望和要求:教学形式: 课堂上，多媒体授课；提问  课后，网上查寻 。第一章 检测技术的基础知识第一章 检测技术的基础知识 本章学习检测技术的基础知识，测量的基本概念、测量方法、误差分类、测量结果的数据统计处理，以及传感器的基本特性等，他们是检测与转换技术的理论基础。 第一章 检测技术的基础知识概述 测量方法 检测系统的基本特性 误差的概念 随机误差的处理方法 系统误差的消除方法 第一章 检测技术的基础知识一、概述一、概述检测 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。 检测技术：为了对被检测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 特点： 综合性（机、光、电一体）,先进性（学科发展）, 广泛性,传成性 软硬件结合 应用： 1、产品检测和质量控制 2、安全经济运行监测 3 、自动化技术四个支柱之一 4、推动科技发展 检测技术在国民经济中的地位和作用 检测技术在国民经济中的地位和作用 检测技术在卫星中的应用检测技术在卫星中的应用红外扫描区域人造卫星检测技术在海啸预报中的应用检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟检测技术在飞行器中的应用检测技术在飞行器中的应用二、工业检测技术涉及的内容 ：二、工业检测技术涉及的内容 ：热工量： 温度t（℃ 、K、℉ ） 例：0 ℃等于32 ℉ ， 20 ℃等于68 ℉ ， 100 ℃等于212 ℉ 压力（压强）p（Pa）、压差Δ p 、真空度、流量q（t、m 3 ）、流速v（m/s）、物位、液位h（m） 机械量： 直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（ m/s2） 、转速n（r/min）、应变 ε （m/m ）、力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t） 几何量 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、 硬度、材料缺陷等工业检测涉及的内容（续）工业检测涉及的内容（续）物体的性质和成分量： 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： 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、断裂等） 电工量（U、I、f、R、Z、E、B ……在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）null检测系统的组成 1、传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。图1-1、图1-2. 2、测量电路：传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。使之能在输出单元的指示仪上指示或 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。 3、显示记录装置：展示被测量的大小和变化曲线。指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。自动检测系统的组成 自动检测系统的组成 不带微处理器时0-1 自动检测技术系统原理框图 原理框图：所谓系统框图，就是将系统中的主要功能或电路的名称画在方框内，按信号的流程，将几个方框用箭头联系起来，有时还可以在箭头上方标出信号的名称。 一种典型的自动检测系统一种典型的自动检测系统（检测系统在发电厂的应用）null①传感器是测量装置，能完成检测任务； ②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； ③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量； ④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 传感器简介：传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头V、I、F、Pnull信 号 检 测压力、温度、水位、流量等的测量与调节 电子仪器 医疗仪器 楼宇电梯 ……. 能将温度转换为电压的传感器—热电偶 能将温度转换为电压的传感器—热电偶 目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等 目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等 模拟显示的特点：直观光柱也属于模拟显示光柱也属于模拟显示光柱显示的特点： 一目了然数字式仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 数字式仪表 数字式仪表的特点： 准确，但最后一位经常跳动不止。热敏电阻 LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。 LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。 LED、LCD的特点：带背光板的LCD可以在夜间观看带背光板的LCD可以在夜间观看 图像显示 图像显示 特点—— 能显示复杂的图形和曲线， 但价格昂贵。 图像显示（续） 图像显示（续）带RS-232接口的万用表及图像显示带RS-232接口的万用表及图像显示特点—— 能在计算机中存储测量到的波形及数据，可随时重放，价格适中。记录仪记录仪 主要用来记录被检测对象的动态变化过程。无纸记录仪无纸记录仪 主要用来记录和存储被检测对象的动态变化过程。数据处理装置数据处理装置 数据处理装置主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。执行机构执行机构继电器插座 所谓执行机构通常是指各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。各种继电器各种继电器各种继电器（续）各种继电器（续）各种继电器及插座各种继电器及插座固态继电器固态继电器 特点— 控制功率小，体积小，无火花；但易过流、过压烧毁。固态继电器（续）固态继电器（续） 电磁铁—能产生机械力 电磁铁—能产生机械力 电磁阀门的控制线圈 电磁阀门的控制线圈 加上额定电压后，电磁阀门导通，被控对象可以是液体或气体。 电磁阀门 电磁阀门只有通断两种状态。 流体电磁调节阀 ——用于控制流量的大小电磁调节阀 ——用于控制流量的大小 加上控制信号，电磁调节阀在电动机的控制下，可以逐渐开合小型电磁调节阀小型电磁调节阀 单向使用电磁调节阀 内部结构电磁调节阀 内部结构 电磁阀的开合度和速度都能调节电磁调节阀 内部结构（续）电磁调节阀 内部结构（续） 利用电动力调节球阀的角度，从而控制阀门的通流能力。出水管球阀伺服电动机 可以正转、反转、快转、慢转伺服电动机 可以正转、反转、快转、慢转伺服型 雷达天线报警器报警器报警灯及喇叭null发展方向 不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性; “三新三化”： 新原理、新材料、新工艺 高精度小型化（规模化）、集成化（微型化）、智能化（高速化,网络化，智能化） 提高测量精度提高测量精度 将量程切换到2V时，最小显示值为1μV[数字电压、欧姆表]提高可靠性 提高可靠性 承受剧烈振动 2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域月球车2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）“惠更斯”号登陆土卫六的效果图土卫六表面 2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续） 2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续） 安全检查 3.发展集成化、功能化的传感器 3.发展集成化、功能化的传感器 可拍照的手机4.采用计算机技术，使检测技术智能化 4.采用计算机技术，使检测技术智能化 面部 识别技术4.采用计算机技术，使检测技术智能化（续） 4.采用计算机技术，使检测技术智能化（续） 单片机芯片 5.发展网络化传感器及检测系统 5.发展网络化传感器及检测系统第二节 测量方法第二节 测量方法测量过程包括比较、示差、平衡和读出。按测量手续按测量方式按是否接触直接测量间接测量偏差式测量零位式测量微差式测量接触式测量非接触式测量联立测量null静态测量 对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。 对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。 最高、最低 温度计 动态测量 动态测量 地震测量 振动波形便携式仪表便携式仪表 可以显示波形的便携式仪表直接测量 直接测量 电子卡尺间接测量 间接测量 对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。 接触式测量 接触式测量 非接触式测量 例：雷达测速非接触式测量 例：雷达测速车载电子警察 离线测量 离线测量 产品质量检验在线测量 在线测量 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。null非电学量电测法的特点 1、连续、自动地对被测量进行测量和记录 2、可以进行动态测量或瞬态测量。 3、可以远距离传输，便于实现远距离测量和集中控制。 4、能方便的改变量程。 5、可与电脑连接，进行数据的自动运算、分析和处理。非电量电测量技术优点： 测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机联结进行数据处理、可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等。第三节 检测系统的基本特性传感器：把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。 测量电路：把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。 输出单元：指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。第三节 检测系统的基本特性图 检测系统的组成 null检测系统的静态特性(指标)： 灵敏度与分辨率 线性度 迟滞性 测量范围与量程 精度等级 重复性等 当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为检测系统的输入量和输出量都和时间无关。表示它们之间的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确定的检测装置性能参数通常称为静态特性。1、灵敏度1、灵敏度传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力null表征传感器对输入量变化的反应能力 (a) 线性传感器 (b) 非线性传感器 图 1-3 传感器的灵敏度 2、线性度2、线性度输 出 量输 入 量零点输出理论灵敏度非线性项系数直线拟合线性化 非线性误差或线性度最大非线性误差 满量程输出直线拟合线性化直线拟合线性化拟合方法： ①理论拟合；图1-4 ②过零旋转拟合；图1-5 ③端点连线拟合； ④端点连线平移拟合； ⑤最小二乘拟合； ⑥最小包容拟合3、迟滞3、迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞 —正反行程间输出的最大差值。图1-6迟滞误差的另一名称叫回程误差，常用绝对误差表示 检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号， 传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。4、重复性4、重复性传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度正行程的最大重复性偏差 反行程的最大重复性偏差取较大者为传感器的动态特性传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。 研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。 时域：瞬态响应法 频域：频率响应法 传感器的标定 传感器的标定 静态标定: 目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态标定: 目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。 第四节 误差的概念第四节 误差的概念 反映测量结果与真值接近程度的量 (1)正确度 (2)精密度 (3)精确度 对于具体的测量，精密度高的而正确度不一定高，正确度高的精密度不一定高，但精确度高，则精密度和正确度都高。 null精确度：是精密度与正确度两者的总和，精确度高表示精密度和正确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和。机器的常以测量误差的相对值表示。 （a）正确度高而精密度低 （b）正确度低而精密度高 （c）精确度高(1) 绝对误差(1) 绝对误差绝对误差是示值与被测量真值之间的差值。设被测量的真值为A0，器具的标称值或示值为x，则绝对误差为 由于一般无法求得真值A0，在实际应用时常用精度高一级的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 器具的示值，即实际值A代替真值A0。x与A之差称为测量器具的示值误差，记为 通常以此值来代表绝对误差。 测量误差的表示方法(1) 绝对误差 (2) 相对误差(2) 相对误差(2) 相对误差相对误差是绝对误差与被测量的约定值之比。相对误差有以下表现形式： ① 实际相对误差。 ② 示值相对误差。 ③ 满度（引用）相对误差 null① 实际相对误差。 ② 示值相对误差。 ③ 满度（引用）相对误差 最大允许误差最大允许误差指示仪表的最大满度误差不许超过该仪表准确度等级的百分数，即 （1.3.9） 当示值为x时可能产生的最大相对误差为 　 （1.3.11） 用仪表测量示值为x的被测量时，比值越大，测量结果的相对误差越大。选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好。被测量的值应大于其测量上限的2/3。 仪表的准确度等级和基本误差 仪表的准确度等级和基本误差 例：某指针式电压表的精度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为2.5% 。误差产生的因素： 粗大误差 随机误差 系统误差 动态误差 1.粗大误差 误差产生的因素： 粗大误差 随机误差 系统误差 动态误差 1.粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。 产生粗大误差的一个例子 产生粗大误差的一个例子 2.系统误差： 2.系统误差： 系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。 系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。 反映测量输出值的分散性 （正确性）3.随机误差 3.随机误差 在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差，也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。 随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素等引起的综合结果。 在任何一次测量中，只要灵敏度是够高的，随机误差总是不可避免的。 随机误差的大小表明测量结果重复一致的程度，即测量结果的分散性。（精密度）随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计随机事例的几个例子 随机事例的几个例子 彩票摇奖4.动态误差 4.动态误差 由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差 当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。 系统误差 系统误差1. 系统误差的发现 2. 系统误差的削弱和消除 1. 系统误差的发现1. 系统误差的发现（1）理论分析及计算 （2）实验对比法 （3）残余误差观察法 （4）残余误差校核法 （5）计算数据比较法 null（1）理论分析及计算 因测量原理或使用方法不当引入系统误差时，可以通过理论分析和计算的方法加以修正。 （2）实验对比法 实验对比法是改变产生系统误差的条件进行不同条件的测量，以发现系统误差，这种方法适用于发现恒定系统误差。 （3）残余误差观察法 根据测量列的各个残余误差的大小和符号变化规律，直接由误差数据或误差曲线图形来判断有无系统误差，这种方法主要适用于发现有规律变化的系统误差。 （4）残余误差校核法（4）残余误差校核法① 用于发现累进性系统误差 马利科夫准则：设对某一被测量进行n次等精度测量，按测量先后顺序得到测量值x1，x2，…，xn，相应的残差为v1，v2，…，vn。把前面一半和后面一半数据的残差分别求和，然后取其差值 ② 用于发现周期性系统误差 阿卑-赫梅特准则： 则认为测量列中含有周期性系统误差。 当存在 设 (5) 计算数据比较法 (5) 计算数据比较法对同一量进行多组测量，得到很多数据，通过多组计算数据比较，若不存在系统误差，其比较结果应满足随机误差条件，否则可认为存在系统误差。 任意两组结果与间不存在系统误差的标志是 随机误差 随机误差1. 正态分布 2. 随机误差的评价指标 3. 测量的极限误差 1. 正态分布1. 正态分布随机误差是以不可预定的方式变化着的误差，但在一定条件下服从统计规律 正态分布的随机误差分布规律正态分布的随机误差分布规律（1）对称性。 绝对值相等的正误差和负误差出现的次数相等。 （2）单峰性。 绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。 （3）有界性。 一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定界限。 （4）抵偿性。 随测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋向于零。 2.　随机误差的评价指标2.　随机误差的评价指标由于随机误差大部分按正态分布规律出现的，具有统计意义，通常以正态分布曲线的两个参数算术平均值和均方根误差作为评价指标。 （1）算术平均值 （2）标准差 （1）算术平均值 （1）算术平均值 当测量次数为无限次时，所有测量值的算术平均值即等于真值， 事实上是不可能无限次测量，即真值难以达到。但是，随着测量 次数的增加，算术平均值也就越接近真值。 因此，以算术平均值作为真值是既可靠又合理的。 (２) 标准差(２) 标准差① 测量列中单次测量的标准差 ② 测量列算术平均值的标准差 ① 测量列中单次测量的标准差① 测量列中单次测量的标准差在等精度测量列中，单次测量的标准差 　 　　　　　　 （1.3.18） 式中，n——测量次数； ——每次测量中相应各测量值的随机误差。 null图1-9 三种不同值的正态分布曲线实际工作中用残差来近似代替随机误差求标准差的估计值 贝塞尔（Bessel）公式 ② 测量列算术平均值的标准差② 测量列算术平均值的标准差式中， ——算术平均值标准差（均方根误差）； ——测量列中单次测量的标准差； n ——测量次数 当测量次数n愈大时，算术平均值愈接近被测量的真值， 测量精度也越高。 ３. 测量的极限误差３. 测量的极限误差测量的极限误差是极端误差，检测量结果的误差不超过该极端误差的概率P，并使出现概率为（１-P）误差超过该极端误差的检测量的测量结果可以忽略。 （1）单次测量的极限误差 （2）算术平均值的极限误差 （1）单次测量的极限误差（1）单次测量的极限误差随机误差在－δ至＋δ范围内概率为： 经变换，(1.3.22）式为若某随机误差在±t 范围内出现的概率为2Φ(ｔ), 则超出该误差范围的概率为 null表1.1几个典型 t值的概率情况分析null图1-10 单次测量列极限误差 当t=3时，即|δ|=时,误差不超过|δ|的概率为99.73%, 通常把这个误差称为单次测量的极限误差δlimx,即 δlimx =±3 （2）算术平均值的极限误差（2）算术平均值的极限误差测量列的算术平均值与被测量的真值之差 当多个测量列算术平均值误差为正态分布时，得到测量列算术平均值的极限误差表达式为 式中的t为置信系数，为算术平均值的标准差。 通常取t=3,则粗大误差粗大误差判别粗大误差最常用的统计判别法： 如果对被测量进行多次重复等精度测量的测量数据为 x1，x2，…，xd,…，xn 其标准差为，如果其中某一项残差vd大于三倍标准差，即 则认为vd为粗大误差，与其对应的测量数据xd是坏值，应从测量列测量数据中删除。 第五节 系统误差的消除方法第五节 系统误差的消除方法交换法 抵消法 代替法 对称测量法 补偿法 小结小结精确度、正确度、精密度 随机误差、系统误差、粗大误差 指示值、算术平均值、标准偏差、算术平均值标准偏差 粗大误差排除法null质子旋进式磁敏传感器压阻式液位传感器光敏传感器温度传感器null风力参数传感器地震检波器反射式光敏传感器磁、气、力敏传感器超声 传感器传感器的定义传感器的定义根据中华人民共和国国家标准（GB7665-87） 传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。包含的概念：包含的概念：① 传感器是测量装置，能完成检测任务； ② 它的输出量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； ③ 它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量； ④ 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 传感器的组成传感器的组成敏感元件 直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量转换元件 敏感元件的输出就是它的输入，抟换成电路参量 转换电路 上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出 null直线拟合方法 a)理论拟合 b)过零旋转拟合 c)端点连线拟合 d)端点连线平移拟合null本章作业本章作业P18：第1、2、7题 1.检测系统有哪几部分组成?说明各部分的作用 2.非电量的电测法有哪些优点？ 7.什么是系统误差和随机误差？正确的和准确度的含义是什么？它们各反应何种误差？休 息 一 下休 息 一 下