1傳感與檢測技術的理論基礎(1)講解

1、上課時數(shù)2,累計時數(shù)2班次上課日期節(jié)次教學場所14級嵌入式1班2017.03.01（三）3-412-40115級物聯(lián)網(wǎng)1班2017.03.01（三）9-105-203章（節(jié)）目：第1章 傳感與檢測技術的理論基礎教學內(nèi)容：本門課概貌；測量的基礎知識；測量誤差 分析及處理教學要求：掌握測量的基本概念及基本方法，理解測量誤差的分析及處理方法。教學重點：測量誤差相關概念及處理方法。教學難點：測量誤差的表示與計算。第1章 傳感與檢測技術的理論基礎1.本門課概貌智能家居控制系統(tǒng)（圖）臺燈展示單回路控制系統(tǒng)框圖測量一一測量表示、測量方法、不確定度、數(shù)據(jù)的分析與處理、干擾 抑制傳感器作用：傳感器是獲取自然和生

2、產(chǎn)領域中信息的主要途徑與手 段；如果說機器是人的體力的延伸，計算機是人大腦的延伸，哪么傳感器 說應該是人的感觀的延伸。傳感器具有視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺。如手機需要感受聲音、圖像、電磁波、電池電量的傳感器；全自動洗 衣機需要感受水位、水溫、水的清潔程度的傳感器；自動生產(chǎn)線如汽車噴 漆，電路板焊接；航天飛機，宇宙撞擊。傳感器應用范圍：航天、航空、兵器、舟船、交通、冶金、機械、電 子、化工、輕工、能源、環(huán)保、煤炭、石油、醫(yī)療衛(wèi)生、生物工程、宇宙 開發(fā)、農(nóng)林牧副漁、日常生活。需求見 應用與需求圖”（唐賢遠編傳感器原理及應用圖1.2 ） 地位：信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱（傳感器技術、信息技術、計算機技術）

3、 之一；沒有傳感器及其技術將沒有現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展。課程特點：知識面廣，是過去所學物理、化學與數(shù)學等知識的一個大 匯總及升華。本門課主要講解常用傳感器的基本工作原理及部分應用實例。學習本課程的目的與要求：1） 了解不同傳感器的主要特性，能根據(jù)使 用要求選用合適的傳感器。2）熟悉常用傳感器的工作原理，掌握其應用 方法與注意事項。3）熟悉傳感器的常用信號處理電路。4）激活大家的創(chuàng) 新細胞。（演示臺燈）關于大綱與教材、參考書關于學習：1）授課、報告與研討相結合。2）安排第9周的2次課為研討課，第8周第一次課前每人上交一篇中期 論文，題目自定，內(nèi)容要求按照雜志科技論文的形式對某種傳感器系統(tǒng)進 行功

4、能和技術描述。此外還會在第6和第13周安排兩次小論文或測驗。3）隨堂隨時就某類問題進行討論。4）通過SAKA平臺的聊天室等在線或離線討論。關于實驗：關于習題：每周二上課前交一篇作業(yè)，內(nèi)容自定。關于考試：2.測量測量一一以確定量值為目的的一系列操作。2.1測量的定義將被測量與同種性質(zhì)的標準量進行比較，確定被測量對標準量的倍數(shù)。工二畀二丄Ux被測量值u標準量，即測量單位n比值，常含有誤差2.2測量結果的表示（1）測量結果的內(nèi)容估計值測量單位測量不確定度（2）測量結果的表示形式數(shù)值曲線圖形2.3測量方法實現(xiàn)被測量與標準量比較得出比值的方法。-Cl桂測量披再序井熨3例1已知一電阻R按測ft方式分類-如

5、合然fit 痕幽吃綾過*承羈九#二 &o： （t - 20） 訛-20）2，求：二？二？備差式測負用儀表描誹的也移沫定褲測量的覽值憂點：謹度快缺點：糊度低-機菱式測試按測量條件的變化與否:等精度測量不等精度測量 按被測量變化快慢:靜態(tài)測量動態(tài)測量2.4 測量系統(tǒng)變送器傳輸通道信號處理顯示裝7?52.5測量誤差測量誤差的定義：測量誤差就是測量值與真實值之間的差值。遜實際真植 真.值旳罡具值測量誤差的表示方法：I （1）地對逞蚤A = .r-匚 J LTii. fR生際相対謀繪-杯稱和對iRK招軸諛雄Y （3）引用逞忑我國工業(yè)儀表的精度等級分為：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.

6、5和5.0 七級例2: 一精度等級為0.5級、量程范圍600 1200oC勺溫度傳感器，試 問：（1）它最大允許絕對誤差是多少？（2）檢驗時某點最大絕對誤差是4oC,問此表是否合格？基本誤差：儀表在規(guī)定的標準條件下所具有的誤差。附加誤差：當儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的誤差。 結論：被測量相同時，絕對誤差的大小能表明測量的質(zhì)量。被測量不同時，絕對誤差是有符號有大小的量，但不能說明測量質(zhì)量， 相對誤差反映測量的準確性。引用誤差能表征儀表的精確等級。測量誤差分類：(1).系統(tǒng)謀善對同一-被測丘進和多次生復測 址時，課査桂隠定的規(guī)ItlB現(xiàn)隨機溟差L (3)粗丈逞差3測量數(shù)據(jù)的估計和處理3.1隨

7、機誤差的統(tǒng)計處理隨機誤差的性質(zhì)：(1)(2)(3)(4)對稱性 正、負誤差出現(xiàn)的次數(shù)大致相等 有界性 隨機誤差的絕對值不會超出一定界限 單峰性 絕對值小的誤差出現(xiàn)的機會多 抵償性誤差的算術平均值趨于零 隨機誤差的數(shù)字特征：(1) 算術平均值- 11 nX(Xt x2 ： 壯 xn)Xinn i ±Vi = x,- X(2)標準差 正態(tài)分布隨機誤差的概率計算:J（x）dx 二二 27：- 在任意誤差區(qū)間(a, b )出現(xiàn)的概率為P(a < v<b)=1e 2；-dx = 1X2b e Pdx是最可信賴的值，而絕對誤差則提出可用下式計算： 殘余誤差(殘差)6#隨機變量落在區(qū)間

8、(-k q+k2*°e 忌dvo)的概率為：1< 畑)=/= J2 二k0.674511.9622.5834Pa0.50.68270.950.95450.990.99730.99994表1 -1k值及其相應的概率± 3 o稱為極限誤差。不等精度直接測量的權與誤差：(1) 不等精度：測量條件發(fā)生變化。(2) 權 p在不等精度測量時，進行 m組獨立無系差及粗差測量，各組測量結果 相對的可信賴程度。計算用各組測量列的測量次數(shù)n的比值表示Pl ：P2 ： P3 ： p4 Pm 二 ni : n2 ： n3 ： n4 nm用各組測量列的標準差平方的倒數(shù)表示11111P1 :P2

9、 :P3 :P4-P m2 :2 :2 :2 2-2匚3-4-m(4)加權算術平均值 不等精度測量的最佳估計值：mm工 PiVi2i壬【m為 Pi（xi xp）i 二m一V（m 1）瓦 Pi1i ±fm（m 1広 Pii仝' Pii二 Xp=x _ Xp +X2P2 + +XmPmPPl + P2 + + Pm(5)加權算術平均值的標準差3.2系統(tǒng)誤差的通用處理方法對同一被測量進行多次重復測量時，絕對值和符號保持不變，或在條 件改變時按一定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的分類：(1) 恒值誤差(2) 變值誤差產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因:(1) 儀器設計、制作缺陷(2) 儀器使中環(huán)境條件不合格，采用近似公式或方法不完善(3) 傳感器的安裝、調(diào)試不合理(4) 測量者習慣性誤操作系統(tǒng)誤差的判別與發(fā)現(xiàn)：(1) 實驗對比法(2) 殘余誤差觀察法£IO(3) 準則檢查法馬利科夫判據(jù)、阿貝檢驗法系統(tǒng)誤差的消除：(1) 在測量結果中進行修正(2) 消除系統(tǒng)誤差的根源(3) 在測量系統(tǒng)中采用補償措施(4) 實時反饋修正3.3粗大誤差的判別 粗大誤差的判別準則：3 o準則(萊以達準則) 肖維勒準則 格拉布斯準則結論：對誤差的如何處理 ？(1) 消除系統(tǒng)誤差(2) 測量數(shù)據(jù)列表，算出算術平均值和標準差估值(3) 利用準則法判別是否存在粗大誤差，若有