第9章-自動檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材傳感器與自動檢測技術(shù)（第二版）主編吳旗高等教育出版社高等教育電子音像出版社普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第九章自動檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用

本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：1.抗干擾技術(shù)5.自動檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用實例

4.微機(jī)在自動檢測技術(shù)中的應(yīng)用2.自動檢測系統(tǒng)的可靠性問題3.傳感器的標(biāo)定與選擇普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

§9－1抗干擾技術(shù)干擾的例子：電磁信號干擾器手機(jī)干擾器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材一、干擾的來源根據(jù)產(chǎn)生干擾的物理原因，干擾有如下幾種來源：1．機(jī)械的干擾對于機(jī)械的干擾主要是采用減震措施來解決，例如應(yīng)用減震彈簧或減震橡皮墊等。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．熱的干擾對于熱的干擾，工程上通常采用：熱屏蔽、恒溫措施、對稱平衡結(jié)構(gòu)、溫度補償元件等方法進(jìn)行抑制。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3．光的干擾閃電擊中摩天樓戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射曳光干擾彈對于具有光敏作用的元件，應(yīng)注意光的屏蔽問題。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材4．濕度變化的影響下雨的路面在南方潮濕地帶、船舶及鍋爐等地方，更應(yīng)注意密封防潮措施。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材5．化學(xué)的干擾金屬的腐蝕銅晶界的腐蝕良好的密封和注意清潔是十分必要的。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材6．電和磁的干擾閃電是很強(qiáng)的電磁干擾信號電焊也是很強(qiáng)的電磁干擾信號源普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材7．射線輻射的干擾切爾諾貝利核泄漏事故現(xiàn)場的資料照片

受到核污染的患者

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材宇宙中超大質(zhì)量的黑洞天體發(fā)生高能離子輻射時的效果圖

用于原子能、核裝置等領(lǐng)域內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，尤其要注意射線輻射對傳感器系統(tǒng)的干擾。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、信噪比和電磁兼容性

1．信噪比衡量噪聲對有用信號的影響常用信噪比（S/N）來表示，它是指在信號通道中，有用信號功率與噪聲功率之比，或有用信號電壓與噪聲電壓之比。

（dB）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過規(guī)定的電磁干擾信號。自然界干擾源人為干擾源宇宙射電噪聲大氣層的雷電噪聲等太陽耀斑輻射噪聲有意發(fā)射干擾源無意發(fā)射干擾源2．電磁兼容性電磁干擾源可分為：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材三、電磁干擾的途徑電磁干擾的途徑有“路”和“場”兩種形式1．通過“路”的干擾（1）漏電流耦合形成的干擾（2）傳導(dǎo)耦合形成的干擾它是由于絕緣不良，由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所起的噪聲干擾。

當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過具有噪聲的環(huán)境時，即拾取噪聲，并經(jīng)導(dǎo)線傳送到電路而造成干擾。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）共阻抗耦合形成的干擾共阻抗耦合是由于兩個電路共有阻抗，當(dāng)一個電路中有電流流過時，通過共有阻抗便在另一個電路上產(chǎn)生干擾電壓。2．通過“場”的干擾（1）靜電耦合形成的干擾電場耦合實質(zhì)上是電容性耦合，它是由于兩個電路之間存在寄生電容，可使一個電路的電荷變化影響到另一個電路。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）電磁耦合形成的干擾（3）輻射電磁場耦合形成的干擾電磁耦合又稱互感耦合，它是在兩個電路之間存在互感，一個電路的電流變化，通過磁交鏈會影響到另一個電路。輻射電磁場通常來源于大功率高頻電氣設(shè)備、廣播發(fā)射臺、電視發(fā)射臺等。如果在輻射電磁場中放置一個導(dǎo)體，則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比于電場強(qiáng)度的感應(yīng)電動勢。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材四、抑制電磁干擾的基本措施電磁干擾形成的三個要素為干擾源、干擾途徑以及對電磁噪聲敏感性較高的接收電路。干擾源干擾途徑接收電路形成電磁干擾的三要素之間的聯(lián)系框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材抑制電磁干擾的基本措施為：1．消除或抑制干擾源2．破壞干擾途徑3．削弱接收電路對電磁干擾的敏感性以上三個方面的措施可用疾病的預(yù)防來比喻，即消滅病菌來源，阻止病菌傳播和提高人體的抵抗能力。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材五、抗電磁干擾技術(shù)（電磁兼容控制技術(shù)）

1．屏蔽技術(shù)（1）靜電屏蔽靜電屏蔽實驗圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）電磁屏蔽收音機(jī)－屏蔽網(wǎng)房防電腦顯示器輻射的屏蔽罩普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材程控交換機(jī)屏蔽機(jī)柜若將電磁屏蔽層接地，則同時兼有靜電屏蔽作用。通常使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜就能同時起電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）低頻磁屏蔽在工業(yè)中常用的辦法是將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，以達(dá)到雙重屏蔽的目的。低頻磁屏蔽材料普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．接地技術(shù)（1）地線的種類模擬信號地線數(shù)字信號地線信號源地線負(fù)載地線普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）一點接地原則①單級電路的一點接地原則單極電路的一點接地普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材②多級電路的一點接地原則多級電路的一點接地普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材③傳感器系統(tǒng)的一點接地原則

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3．浮置技術(shù)

浮置與屏蔽接地相反，是阻斷干擾電流的通路，檢測系統(tǒng)被浮置后能大大減小共模干擾電流。4．平衡電路平衡電路又稱對稱電路。例如，電橋電路和差分放大器等電路就屬于平衡電路。采用平衡電路可以使對稱電路結(jié)構(gòu)所獲得噪聲相等，并可以在負(fù)載上自行抵消。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材5．濾波技術(shù)濾波器是抑制噪聲干擾的重要手段之一。常用的是RC型、LC型及雙T型等形成的無源濾波器或有源濾波器。

濾波器抑制檢測系統(tǒng)干擾的原理框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材6．光電耦合技術(shù)光電耦合器是一種電→光→電耦合器件，目前檢測系統(tǒng)越來越多地采用光電耦合器來提高抗干擾能力。光電耦合器有如下特點：（1）輸入、輸出回路絕緣電阻高（大于1010Ω）、耐壓超過1kV；（3）輸入輸出回路完全是隔離的，能很好地解決不同電位、不同邏輯電路之間的隔離和傳輸?shù)拿?。?）因為光的傳輸是單向的，所以輸出信號不會反饋影響輸入端；普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§9－2自動檢測系統(tǒng)的可靠性問題美國“挑戰(zhàn)者號”航天飛機(jī)爆炸瞬間普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材1．可靠性問題的提出一、可靠性的基本概念1957年美國發(fā)表了“軍用電子設(shè)備可靠性”的重要報告，被公認(rèn)為是可靠性的奠基文獻(xiàn)?，F(xiàn)今已發(fā)展成為一門新興的工程學(xué)科。2．可靠性的基本概念（1）可靠性的定義自動檢測系統(tǒng)或機(jī)電產(chǎn)品的可靠性，是指在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）可靠度產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的概率，稱為產(chǎn)品的可靠度。顯然，可靠度是對產(chǎn)品可靠性的概率度量。（3）失效率產(chǎn)品的失效率是指產(chǎn)品工作到某一時間后的單位時間內(nèi)產(chǎn)生失效的概率。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、提高可靠性的措施除采用可靠性更高的元器件、提高工藝質(zhì)量外，還可可靠性的規(guī)律來提高產(chǎn)品可靠性。1．利用失效的規(guī)律來提高可靠性（2）偶然失效期

（1）早期失效期（3）損耗失效期

失效曲線（浴盆曲線）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．采用重復(fù)備用系統(tǒng)來提高可靠性（1）串聯(lián)系統(tǒng)總可靠度P1P2Pm普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）并聯(lián)系統(tǒng)總可靠度P1P1P1n個相同單元并聯(lián)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）串并聯(lián)系統(tǒng)總可靠度m個串聯(lián)后n個并聯(lián)P1P2PmP1P2PmP1P2Pm普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（4）并串聯(lián)系統(tǒng)總可靠度n個并聯(lián)后m個串聯(lián)P1P1P1P2P2P2PmPmPm另外還有等待備用系統(tǒng)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材【例題】設(shè)兩單元的可靠度分別為P1＝0.8，P2＝0.9，求：①兩單元串聯(lián)組成系統(tǒng)的可靠度；②串并聯(lián)重復(fù)備用系統(tǒng)的可靠度；③并串聯(lián)重復(fù)備用系統(tǒng)的可靠度。

【解】①②③普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§9－3傳感器的標(biāo)定與選擇一、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)用試驗方法確定傳感器性能參數(shù)的過程稱為標(biāo)定。標(biāo)定實際上就是利用某種標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行刻度。

振動傳感器校準(zhǔn)標(biāo)定器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、傳感器的選擇1．選擇傳感器時應(yīng)考慮的條件（1）與測量條件有關(guān)的因素（2）與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)（3）與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素（4）與購買和維修有關(guān)的因素普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．傳感器選擇的一般原則選擇傳感器總的原則是：在滿足對傳感器所有技術(shù)要求情況下，成本低廉、工作可靠和容易維修，即所謂性能價格比要大。選擇傳感器的一般原則可按下列步驟進(jìn)行：（1）初步確定幾種可供選用的傳感器類別；（2）確定傳感器的結(jié)構(gòu)形式和傳感器的最后類別；（3）最后查出傳感器的規(guī)格型號和性能、尺寸。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§9－4微機(jī)在自動檢測技術(shù)中的應(yīng)用微機(jī)與測量儀器有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成新型的、功能極強(qiáng)、性能可靠的儀器，被稱為智能化儀器。智能化測量控制儀智能化臺式激光采血儀普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材一、智能檢測系統(tǒng)的構(gòu)成1．硬件系統(tǒng)智能檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2.軟件系統(tǒng)軟件包括執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件。執(zhí)行軟件各模塊的功能如下：（1）數(shù)據(jù)采集（2）故障自診斷及自校驗（3）數(shù)字濾波數(shù)據(jù)采集軟件要根據(jù)要求確定采樣時間及采樣次數(shù)。從一系列數(shù)據(jù)中提取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時在屏幕上顯示故障部位。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（4）線性化處理（5）溫度的補償（6）數(shù)據(jù)運算、比較與處理（7）數(shù)據(jù)輸出對傳感器的非線性可以運用軟件技術(shù)來實現(xiàn)非線性校正。系統(tǒng)受溫度的影響可用軟件來補償。

測量數(shù)據(jù)的輸出包括輸出顯示、打印、通訊等，控制數(shù)據(jù)的輸出包括報警、控制執(zhí)行元件來調(diào)整被測量等。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、智能檢測系統(tǒng)的特點1．改善了性能減少誤差、溫度補償、提高抗干擾能力等。2．增加了功能記憶、數(shù)據(jù)處理、提高分辨率、譯碼等。3．提高了自動化程度誤差自補償、操作自動化、自報警、自診斷。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材§9－5自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)綜合應(yīng)用實例一、電阻爐微機(jī)自動程序溫度控制系統(tǒng)1．系統(tǒng)完成的測控任務(wù)自動程序溫度控制系統(tǒng)動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．系統(tǒng)硬件部分電阻爐微機(jī)自動程序溫度控制系統(tǒng)硬件原理框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（1）電阻爐加熱系統(tǒng)（2）溫度檢測與轉(zhuǎn)換采用雙向晶閘管控制加熱電阻加熱。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）單片機(jī)硬件系統(tǒng)（4）鍵盤及顯示單片機(jī)CPU選用8031芯片，外加EPROM2764芯片、8155芯片、74LS373地址鎖存器組成單片機(jī)硬件系統(tǒng)。鍵盤根據(jù)需要只設(shè)置七個鍵；顯示分兩部分：6位LED顯示器用于運行狀態(tài)及溫度、時間顯示，通過SB鍵進(jìn)行溫度、時間顯示轉(zhuǎn)換；6個發(fā)光二極管分別用于升溫、降溫、恒溫、運行、超溫及故障顯示。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3．系統(tǒng)軟件部分（1）主程序主程序框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（2）運行程序運行程序框圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、汽車電子防盜系統(tǒng)1．汽車防盜裝置日趨重要機(jī)械式防盜裝置汽車防盜種類芯片式防盜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)電子式防盜系統(tǒng)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材機(jī)械式防盜器主要分為：方向盤鎖和排擋鎖兩大類原理：靠鎖定離合、制動、油門或轉(zhuǎn)向盤、變速擋來達(dá)到防盜的目的，但只防盜不報警。優(yōu)點：是價格便宜，安裝簡便。缺點：防盜不徹底，每次拆裝比較麻煩，不用時還得找地方放置。（1）機(jī)械式防盜器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電子式（遙控）防盜器特點：可遙控防盜器的全部功能，可靠方便，可帶有振動偵測門控保護(hù)及微波或紅外探頭等功能。原理：主要靠鎖定點火或起動來達(dá)到防盜的目的，同時具有防盜和聲音報警功能。（2）電子式防盜器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材無匙進(jìn)入汽車防盜系統(tǒng)1.無匙進(jìn)入－感應(yīng)式自動開關(guān)門鎖2.身份識別系統(tǒng)－芯片感應(yīng)啟動車輛3.完備的密碼身份識別器（電子鑰匙）加密系統(tǒng)－無法復(fù)制4.可實現(xiàn)油路或啟動鎖定5.絕不誤報警－最先進(jìn)的防沖突技術(shù)6.支持多種觸發(fā)方式無匙進(jìn)入汽車防盜系統(tǒng)（芯片式）功能：（3）芯片式防盜器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材GSM汽車防盜報警器停止車輛運行，禁止車輛運行等功能，而且車輛還能將自身狀態(tài)傳送給車主，如：語音提示到手機(jī)“震動報警”“車門打開”“車已非法啟動”，以便車主及時發(fā)現(xiàn)險情，及時處理。通過手機(jī)和防盜主機(jī)的雙向通訊，不僅可以對車輛進(jìn)行全球遙控，全球監(jiān)聽，全球監(jiān)控，實現(xiàn)防搶、尋車、反劫持，還可以及時鎖死引擎，（4）網(wǎng)絡(luò)式防盜器普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2．汽車防盜裝置的構(gòu)思和工作原理（1）基本構(gòu)思當(dāng)利用非正常的手續(xù)侵入車廂，進(jìn)行車輛移動時，能立即進(jìn)行檢測與報警并阻止發(fā)動機(jī)起動和行駛。汽車進(jìn)行驗明身份的鑒定，當(dāng)與驗明身份不相符合時，會禁止操縱控制發(fā)動機(jī)，這種裝置簡稱“阻行器”