第一章檢測技術(shù)概論

檢測技術(shù)與自動(dòng)控制工程基礎(chǔ)主講人：李麗Telmail:82972254@新鄉(xiāng)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院一、概述二、檢測系統(tǒng)的組成三、信號及其分類四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第一章一、概述1、檢測技術(shù)的作用信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然歷史時(shí)代：手工化機(jī)械化自動(dòng)化信息化生產(chǎn)方式：人與簡單工具動(dòng)力機(jī)與機(jī)械自動(dòng)測量控制智能機(jī)械裝置……4

人與機(jī)器的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系：一、概述1、檢測技術(shù)的作用一、概述1、檢測技術(shù)的作用信息流是客觀世界的一個(gè)主流

物料流能流信息流客觀世界一、概述1、檢測技術(shù)的作用信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…信息獲取是信息流的一環(huán)一、概述1、檢測技術(shù)的作用

獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分儀器儀表是信息工業(yè)的源頭一、概述1、檢測技術(shù)的作用

檢測儀器儀表的作用工業(yè)生產(chǎn)：倍增器科學(xué)研究：先行官軍事：戰(zhàn)斗力社會：物化法官工業(yè)生產(chǎn)：倍增器檢測技術(shù)是帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。在美國：檢測技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長66%工業(yè)生產(chǎn)：倍增器檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….工業(yè)生產(chǎn)：倍增器工業(yè)生產(chǎn)：倍增器檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….離線檢測：零件參數(shù)、尺寸與形位公差、品質(zhì)參數(shù)作用：現(xiàn)代工程裝備中，檢測環(huán)節(jié)的成本約占50~70%工業(yè)生產(chǎn)：倍增器檢測技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，對發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容

普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測距、圖象等工業(yè)生產(chǎn)：倍增器檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對焦---紅外測距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器科學(xué)研究：先行官諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst（瑞士恩斯特）說“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”俄國化學(xué)家門捷列夫指出“科學(xué)是從測量開始的”近80年來，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)38人軍事：戰(zhàn)斗力1991年海灣戰(zhàn)爭精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占8%2003年伊拉克戰(zhàn)爭90%1994年美國防部建立自動(dòng)測試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)軍事：戰(zhàn)斗力檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射20毫米高爆彈時(shí)，激光測距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時(shí)間。軍事：戰(zhàn)斗力美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD檢測技術(shù)在國防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；

攔截器：能識別真假彈頭，敵友方軍事：戰(zhàn)斗力檢測技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重飛行器測控---檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱

火箭測控---檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

軍事：戰(zhàn)斗力檢測技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器檢測參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)…神州飛船：185臺（套）儀器裝置社會：物化法官檢查產(chǎn)品質(zhì)量、監(jiān)測環(huán)境污染、查服違禁藥物、識別指紋假鈔、偵破刑事案件、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空一、概述2、檢測技術(shù)的基本概念被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)全部操作：檢測過程：定義：以確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體……）檢測器具：化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……一、概述2、檢測技術(shù)的基本概念例：空調(diào)機(jī)測量控制室溫空氣被測對象：被測信息：檢測器具：操作過程：室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶熱敏電阻電信號處理顯示空調(diào)機(jī)一、概述3、檢測方法的分類直接測量（絕對測量、相對測量）間接測量開環(huán)測量與閉環(huán)測量偏差法、零位法、微差法一、概述3、檢測方法的分類直接測量（絕對測量、相對測量）、間接測量

直接測量：直接將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對測量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸）

相對測量一、概述3、檢測方法的分類--絕對測量：采用儀器、設(shè)備、手段測量被測量，直接得到測量值測量結(jié)果：20.1mm--相對測量：將被測量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值特點(diǎn)：簡單、直觀、明了；測量精度不高基準(zhǔn)量：20.00mm測量值：+0.08mm結(jié)果：20.08mm特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高直接測量（絕對測量、相對測量）、間接測量一、概述3、檢測方法的分類

間接測量如測導(dǎo)線的導(dǎo)電率ρ：測量與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測量由計(jì)算獲得直接測量（絕對測量、相對測量）、間接測量一、概述3、檢測方法的分類開環(huán)測量、閉環(huán)測量開環(huán)測量：反饋測量：特點(diǎn)：簡單、直觀、明了；測量精度不高特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高傳感器輸入量x輸出量y傳感器輸入量x輸出量y放大反饋傳感器一、概述3、檢測方法的分類偏差法、零位法、微差法偏差法：零位法：利用測量儀表的指針相對于刻度的偏差位移直接表示測量的數(shù)值利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量兩者達(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測量等于標(biāo)準(zhǔn)量值微差法：偏差法和零位法的結(jié)合測量被測量余數(shù)被測量值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡一、概述4、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢總的發(fā)展趨勢式小型化、輕量化、測量放大一體化、非接觸式、智能化。不斷拓展測量范圍和精度重視非接觸式檢測技術(shù)不斷向智能化、微型化、網(wǎng)路化方向發(fā)展軟測量技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對檢測儀器和檢測系統(tǒng)的性能要求，尤其是精度、測量范圍、可靠性指標(biāo)要求愈來愈高。目前，除了超高溫、超低溫度檢測仍有待突破外，諸如混相流量檢測、脈動(dòng)流量檢測，微差壓(幾十個(gè)帕)、超高壓檢測，高溫高壓下物質(zhì)成分檢測，分子量檢測，高精度(0.02％以上)、大噸位重量檢測等都是需要盡早攻克的檢測課題。各行各業(yè)隨著自動(dòng)化程度不斷提高，其高效率的生產(chǎn)更依賴于各種檢測、控制設(shè)備的安全可靠。努力研制在復(fù)雜和惡劣測量環(huán)境下能滿足用戶所需精度要求且能長期穩(wěn)定工作的各種高可靠性檢測儀器和檢測系統(tǒng)將是檢測技術(shù)的一個(gè)長期方向。一、概述4、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢不斷拓展測量范圍和精度重視非接觸式檢測技術(shù)不斷向智能化、微型化、網(wǎng)路化方向發(fā)展軟測量技術(shù)接觸式檢測方法比較直接、可靠，測量精度較高；但在某些情況下，因傳感器加入會對被測對象的工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾，而影響測量的精度；在有些被測對象上，根本不不允許或不可能安裝傳感器，因此，各種可行的非接觸式檢測技術(shù)的研究愈來愈受到重視，目前已商品化的光電式傳感器、電渦流式傳感器、超聲波檢測儀表、核輻射檢測儀表等正是因此不斷發(fā)展起來的。非接觸式（傳感器）檢測儀器存在易受外界干擾及絕對精度較低等問題。

一、概述4、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢不斷拓展測量范圍和精度重視非接觸式檢測技術(shù)不斷向智能化、微型化、網(wǎng)路化方向發(fā)展軟測量技術(shù)目前已有不少傳感器實(shí)現(xiàn)了敏感元件與信號調(diào)理電路的集成和一體化，對外直接輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號；成為名符其實(shí)的變送器，對檢測儀器整機(jī)研發(fā)與系統(tǒng)集成提供了很大的方便。一些廠商把兩種或兩種以上的敏感元件集成于一體，而成為可實(shí)現(xiàn)多種功能新型組合式傳感器。由于大規(guī)模集成電路的成本和價(jià)格不斷降低，功能和集成度不斷提高，許多現(xiàn)代檢測儀器（系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了智能化，具有系統(tǒng)故障自測、自診斷、自調(diào)零、自校準(zhǔn)、自選量程、自動(dòng)測試和自動(dòng)分選功能、自校正功能、強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)功能、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信和輸入、輸出功能，可配置各種數(shù)字通訊接口，傳遞檢測數(shù)據(jù)和各種操作,命令等，可方便地接入不同規(guī)模的自動(dòng)檢測、控制與管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)相比智能化的現(xiàn)代檢測系統(tǒng)具有更高的精度和性能/價(jià)格比。一、概述4、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢不斷拓展測量范圍和精度重視非接觸式檢測技術(shù)不斷向智能化、微型化、網(wǎng)路化方向發(fā)展軟測量技術(shù)主要由輔助變量的選擇、數(shù)據(jù)采集與處理、軟測量模型幾部分組成?；舅枷胧前炎詣?dòng)控制理論與生產(chǎn)過程知識有機(jī)的結(jié)合起來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對難以測量或者暫時(shí)不能測量的重要變量，選擇另外一些容易測量的變量，通過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推斷或者估計(jì)，以軟件來替代硬件的功能。應(yīng)用軟測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)元素組分含量的在線檢測不但經(jīng)濟(jì)可靠，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速、可連續(xù)給出萃取過程中元素組分含量,易于達(dá)到對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。二、檢測系統(tǒng)的組成接口總線存儲顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構(gòu)成：信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的轉(zhuǎn)換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環(huán)節(jié)：存儲、監(jiān)控、決策二、檢測系統(tǒng)的組成力位移速度加速度壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運(yùn)算器阻抗變換器筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導(dǎo)體存儲器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器頻譜分析儀FFT實(shí)時(shí)信號分析儀電子計(jì)算機(jī)被測對象

傳感器中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置

激發(fā)裝置

三、信號及其分類1、信號的分類：信號，一般指為了傳遞信息而使用的量。包括自然界中的各種物理量及人工設(shè)定的各種信號。三、信號及其分類1、信號的分類：確定性信號：確定函數(shù)x(t)或表格表示

周期信號:x（t）=x(t+nT０)（n=1,2,3,…….）三、信號及其分類1、信號的分類：確定性信號：確定函數(shù)x(t)或表格表示

非周期信號：準(zhǔn)周期信號，例：瞬變非周期信號:信號：簡單周期信號復(fù)雜周期信號瞬態(tài)信號瞬態(tài)信號:持續(xù)時(shí)間有限的信號，如三、信號及其分類1、信號的分類：隨機(jī)信號：無法用x(t)描述，不能準(zhǔn)確預(yù)測其未來瞬時(shí)值，但具某些統(tǒng)計(jì)特性，用概率統(tǒng)計(jì)方法由過去估計(jì)未來。噪聲信號(平穩(wěn))噪聲信號(非平穩(wěn))統(tǒng)計(jì)特性變異三、信號及其分類1、信號的分類：連續(xù)信號：獨(dú)立變量取值連續(xù)，幅值可以連續(xù)也可以離散離散信號：獨(dú)立變量取值離散

幅值連續(xù)幅值不連續(xù)采樣信號三、信號及其分類1、信號的分類：模擬信號：獨(dú)立變量和幅值均連續(xù)數(shù)字信號：若離散信號的幅值也是離散開關(guān)信號：兩種狀態(tài)或兩個(gè)數(shù)值范圍表示不連續(xù)信號幅值連續(xù)采樣信號三、信號及其分類1、信號的分類：能量信號：例：矩形脈沖信號，衰減指數(shù)信號功率信號：例：單自由度振動(dòng)系統(tǒng)作無阻尼自由振動(dòng)

三、信號及其分類2、常見信號類型：位移信號：直線位移和角位移，屬于機(jī)械信號。壓力信號：氣壓信號和液壓信號。電氣信號：電壓信號、電流信號、阻抗信號和頻率信號。光信號：光通量信號、干涉條紋信號、衍射條紋信號、莫爾條紋信號等。三、信號及其分類3、信號的時(shí)域描述和頻域描述為什么要對信號進(jìn)行頻域描述？信號的時(shí)域與頻域描述是否包含同樣的信息量？

時(shí)域描述：以時(shí)間為獨(dú)立變量

，反映信號幅值—時(shí)間變化的，不能提示信號的頻率組成頻域描述：信號的頻率組成及其幅值相角之大小

揭示：幅值——頻率，

相位——頻率

幅頻譜相頻譜三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化要做到通用性和相互兼容，必須統(tǒng)一儀表之間的信號制。無論模擬信號和數(shù)字信號都應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。模擬信號的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的模擬化三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化模擬信號的標(biāo)準(zhǔn)化模擬氣動(dòng)信號20KPa～100KPa模擬直流電流信號0～10mA或4～20mA直流電流信號的優(yōu)點(diǎn)：（1）直流比交流干擾?。ㄖ笇Ω浇鼉x表的干擾）（2）直流對負(fù)載要求簡單，無須考慮負(fù)載的容抗和感抗。（3）電流信號比電壓信號更利于遠(yuǎn)距離傳輸。恒流源內(nèi)阻無窮大，恒壓源內(nèi)阻無窮小。（4）直流信號容易獲得基準(zhǔn)電壓。因此，世界各國都以直流電流和直流電壓作為統(tǒng)一信號。

三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的標(biāo)準(zhǔn)化安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的儀表和控制室內(nèi)的儀表或裝置之間的數(shù)字式串行通信鏈路，稱為現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線是數(shù)字通信系統(tǒng)里最低的一級，也是最基本的一級。現(xiàn)場總線從現(xiàn)場各類變送器或傳感器取得信息，并通過控制器（DCS）向現(xiàn)場執(zhí)行器傳送控制指令或直接（FCS）向執(zhí)行器傳送控制指令。三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)是通信協(xié)議。在發(fā)展初期，各大自動(dòng)化集團(tuán)各自推出自己的現(xiàn)場總線，其類型達(dá)40種之多。為了用戶便于使用，達(dá)到各總線之間互聯(lián)的目的，就必須實(shí)行大家都遵守的國際標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)開放、兼容、互操作的目的。國際IEC／TC65標(biāo)準(zhǔn)化組織，為了統(tǒng)一現(xiàn)場總線通信協(xié)議，在十多年的工作中，通過爭論與妥協(xié)，于1999年12月底，各委員國家投票表決，通過了8種總線標(biāo)準(zhǔn)的折中方案，并于2000年1月4日，由IEC中央辦公室公布了投票結(jié)果。

三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的標(biāo)準(zhǔn)化這8種總線標(biāo)準(zhǔn)的類型是：FF-H1（現(xiàn)場總線基金會）；CONTROLNET(美國ROCKWEIL公司)；PROFIBUS(德國西門子公司)；P-NET(丹麥PROCESSDATA公司)；FF-HSE(FISHER-ROSEMOUNT公司)；SWIFTNET(美國波音公司)；WORLDFIP(法國ALSTOM公司)；INTERBUS(德國PHOENIXCONTACT公司)。這些現(xiàn)場總線類型中適合過程自動(dòng)化的有三種，即FF、PROFIBUS和WORLDFIP。因各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，很難實(shí)現(xiàn)互操作。故在4～20mA向現(xiàn)場總線過渡時(shí)期，還需要采用HART協(xié)議，HART也稱為準(zhǔn)現(xiàn)場總線協(xié)議。

三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號傳送時(shí)要求傳輸線的頻帶很寬，在長距離通信時(shí)，其頻帶往往不能滿足要求（頻率較高的分量被衰減），即產(chǎn)生信號的畸變，而且數(shù)據(jù)通信速率越高信號的畸變越嚴(yán)重。為避免信號的畸變，通常采用調(diào)制/解調(diào)的辦法，即將數(shù)字信號調(diào)制為模擬信號，再用電話線（雙絞線）進(jìn)行傳送的。三、信號及其分類4、信號的標(biāo)準(zhǔn)化信號的調(diào)制，將數(shù)字信號調(diào)制為模擬信號有三種方式：四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性1、靜態(tài)模型靜態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。檢測系統(tǒng)輸入量x輸出量y理想狀態(tài)：實(shí)際狀態(tài)：a---零點(diǎn)輸出b---理論靈敏度線性關(guān)系非線性關(guān)系xyaO四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性1、靜態(tài)模型靜態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。非線性原因：(結(jié)構(gòu)原理性原因除外)誤差因素檢測系統(tǒng)輸入x輸入y=f(x)溫度濕度壓力沖擊振動(dòng)磁場電場摩擦間隙松動(dòng)遲滯蠕變變形老化外界干擾四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性1、靜態(tài)模型靜態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。非線性對檢測的不利之處：標(biāo)定困難；非線性誤差是系統(tǒng)合成誤差中比重較大部分，有些非線性誤差是無法補(bǔ)償?shù)?；對于?dòng)態(tài)系統(tǒng)，還必然產(chǎn)生失真；限制了測量范圍。實(shí)際上，任何檢測系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系都不是一條標(biāo)準(zhǔn)的直線。在使用時(shí)，都需要用直線來近似，如果誤差在容許范圍之內(nèi)的話。如果非線性誤差太大，超出了容許范圍，要么更換測量方法，要么進(jìn)行非線性補(bǔ)償。四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)線性度回程誤差分辨力重復(fù)性靈敏度精度四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)線性度檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度相對誤差輸出值與理想直線的最大偏差值理論滿量程輸出值理想直線：亦稱非線性誤差定義:表達(dá):xyΔ擬合直線一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果利用測量數(shù)據(jù)，通過計(jì)算獲得四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)線性度獲取擬合直線方法：(c)最小二乘法：計(jì)算：有n個(gè)測量數(shù)據(jù):(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，(n>2)殘差：i=yi–(a+b

xi)殘差平方和最?。?i=min使得正負(fù)偏差相等(a)端點(diǎn)連線法：檢測系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩端點(diǎn)連線特點(diǎn)：xyΔ算法：簡單、方便，偏差大，與測量值有關(guān)(b)端點(diǎn)連線平移法：精度高，計(jì)算方法簡單實(shí)用算法：特點(diǎn)：算法：特點(diǎn)：精度高xyΔΔ理論擬合；過零旋轉(zhuǎn)擬合；最小包容擬合四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)回程誤差（遲滯）檢測系統(tǒng)在正行程和反行程的輸入輸出曲線不重合的程度相對誤差Hmax：正反行程輸出值的最大偏差定義：亦稱空程誤差、滯后（由于機(jī)械部分）

算法：四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)分辨力能夠檢測出的被測量的最小變化量2、分辨率---是相對數(shù)值：定義：1、分辨力---是絕對數(shù)值，如0.01mm，0.1g，10ms說明：表征測量系統(tǒng)的分辨能力能檢測的最小被測量的變換量相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)，如：0.1%,0.02%3、閾值---在系統(tǒng)輸入零點(diǎn)附近的分辨力四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)重復(fù)性同一條件下，對同一被測量，同一方向，多次重復(fù)測量，差異程度對同一被測量值：各次測量數(shù)值的偏差程度重復(fù)性是檢測系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標(biāo)，是其他各項(xiàng)指標(biāo)的前提和保證測量數(shù)據(jù)的分散性重復(fù)性誤差：隨機(jī)誤差標(biāo)準(zhǔn)差：大，則分散性大；反之亦然計(jì)算：貝塞爾公式y(tǒng)i---測量輸出值，i=1,2,…,ny---輸出值的平均值對不同被測數(shù)值：各次測量曲線的偏差程度四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)靈敏度測量系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量的增量與輸入量的增量之比斜率：a.線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為常數(shù)；例：間隙式平板電容傳感器定義：b.非線性檢測系統(tǒng)：靈敏度為變數(shù)說明：(靈敏度系數(shù))靈敏度雙曲線、非線性四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)精度常用誤差說明精度，及測量的不確定性量程：測試裝置顯示值的上下之差；測量范圍：在容許的誤差范圍內(nèi)，所能測量的被測量的范圍；絕對誤差；相對誤差；真實(shí)值：我們永遠(yuǎn)沒有辦法知道某個(gè)被測量的真實(shí)值！只能以更高精度的儀表測出的值作為真實(shí)值來分析。引用誤差（滿量程相對誤差）：反映一個(gè)檢測裝置的綜合性能指標(biāo)，檢測儀表的分類標(biāo)準(zhǔn)。

四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)精度絕對誤差相對誤差滿量程相對誤差精度等級四、檢測系統(tǒng)的靜態(tài)特性2、靜態(tài)特性指標(biāo)精度一般而言，儀表精度等級G：0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，2.5，5.0。對應(yīng)的最大引用誤差分別是：0.1%，0.2%，0.5%…例題：某個(gè)0.5級的電壓表出廠前的標(biāo)定數(shù)據(jù)如下：試問，此表是否合格？顯示值(V)0.002.004.006.008.0010.00真實(shí)值(V)0.011.984.015.978.059.99五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1、動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)特性：檢測系統(tǒng)在被測量隨時(shí)間變化的條件下輸入輸出關(guān)系。微分方程：

根據(jù)相應(yīng)的物理定律（如牛頓、能量守恒、基爾霍夫電路定律等），用線性常系數(shù)微分方程表示系統(tǒng)的輸入x與輸出y關(guān)系ai、bj(i,j=0,1,…)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)，常數(shù)，n>=m，n稱為系統(tǒng)的階次。常見為零階、一階、二階系統(tǒng)。五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1、動(dòng)態(tài)模型零階系統(tǒng)：例電位計(jì)、電子示波器一階系統(tǒng)：例:無質(zhì)量單自由度振動(dòng)系統(tǒng)、無源積分電路、液柱式溫度計(jì)五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1、動(dòng)態(tài)模型二階系統(tǒng)：例：彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)，RLC振蕩電路，動(dòng)圈式儀表五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1、動(dòng)態(tài)模型傳遞函數(shù)：利用拉氏變換，將微分方程轉(zhuǎn)換成為復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比：頻率響應(yīng)函數(shù)：將傳遞函數(shù)中的拉普拉斯算子S用jω

代替即可沖激與階躍響應(yīng)函數(shù)：見《信號與系統(tǒng)》五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性2、動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)特性好的檢測系統(tǒng)應(yīng)具有很短的暫態(tài)響應(yīng)和很寬的頻率響應(yīng)特性。實(shí)際檢測系統(tǒng)中，輸出信號總是存在動(dòng)態(tài)誤差：注：靜態(tài)靈敏度S=1.動(dòng)態(tài)誤差可分為兩部分：穩(wěn)態(tài)誤差和瞬態(tài)誤差。五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性2、動(dòng)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差指動(dòng)態(tài)誤差中只與系統(tǒng)特性參數(shù)有關(guān)而與時(shí)間無關(guān)的那一部分誤差。即使時(shí)間趨于無窮大，穩(wěn)態(tài)誤差也依然存在。五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性2、動(dòng)態(tài)誤差瞬態(tài)誤差指動(dòng)態(tài)誤差中與時(shí)間有關(guān)的那一部分誤差。一般來說，當(dāng)時(shí)間趨于無窮大時(shí)，瞬態(tài)誤差趨于零。五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性3、動(dòng)態(tài)特性過程：激勵(lì)：暫態(tài)過程（輸出量由一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的過渡過程）穩(wěn)態(tài)過程（輸出量達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)）信號----正弦信號、階躍信號、線性信號、脈沖信號五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性3、動(dòng)態(tài)特性頻率響應(yīng)特性：輸入：輸出：頻率響應(yīng)特性輸入量：輸出量：頻率響應(yīng)函數(shù)：系統(tǒng)頻率特性：穩(wěn)態(tài)輸出與輸入幅值之比和兩者相位差是輸入頻率的函數(shù)：幅--頻、相—頻正弦信號---一系列，頻率不同，幅值相等正弦信號---觀察：幅值、相位、頻率(穩(wěn)態(tài))五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性3、動(dòng)態(tài)特性典型的對數(shù)幅頻特性曲線：理想幅頻特性：相頻特性：相頻特性幅頻特性幅頻特性：頻響范圍：幅值比與頻率關(guān)系0dB水平線（幅值不變）誤差3dB對應(yīng)的頻率范圍相位與頻率的關(guān)系A(chǔ)(ω)：輸出幅值與靜態(tài)幅值比---系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)靈敏度（增益）五、檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性3、動(dòng)態(tài)特性檢測系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性：輸入：階躍信號輸出：階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)：上升時(shí)間Tr：響應(yīng)時(shí)間Ts：超調(diào)量a1：衰減率：穩(wěn)態(tài)誤差ess：系統(tǒng)輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值