检测与转换ppt第一章

1、.信息与电气工程学院自动检测与转换 赵延明 主讲联系方式hnust_.信息与电气工程学院课程介绍 检测与转换技术是自动检测技术与自动转换技术的总称，是信息技术的重要组成部分。研究信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主的应用技术科学。1 性质先修课程：物理学、电工学、电子学、自动控制等；.信息与电气工程学院 掌握检测与转换技术的基本概念与基本理论；2 本课程的任务 掌握常用电工仪表及传感器的工作原理、结构以及 应用； 掌握现代测试技术的一般概念，具有组建一般测试 系统的能力。课程介绍.信息与电气工程学院参考书目3梁森主编，自动检测与转换技术 ，机械工业出版社，2

2、012年。2金伟主编，现代检测技术 ，北京邮电大学出版社 ，2007年；1常健生主编，自动检测与转换 ，机械工业出版社，2007年；.信息与电气工程学院检测与转换技术主要内容检测与转换技术电工仪器与仪表非电量测试技术.信息与电气工程学院第一章 检测与转换技术的理论基础第一节 检测与转换技术的基本概念第二节 测量误差的概念和分类 第三节 随机误差概率密度的正态分布第四节 算术平均值与标准误差第五节 置信区间与置信概率第八节 误差的传递第九节 误差的合成第十节 最小二乘原理第十一节 曲线的拟合第六节 粗差的判别与坏值的舍弃第七节 系统误差.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念信息提取

3、信息转换 物理量 化学量 生物量 社会量电信号 幅值 功率 精度信息处理信息传输信号放大A/D转换传感器.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念一、检测技术在国民经济中的地位和作用。1）神舟飞船回收过程的测控技术.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念2）检测技术在卫星中的应用红外扫描区域红外扫描区域人造卫人造卫星星.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念3）生命探测仪在地震中的应用.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念二、工业检测技术涉及的内容（1）热工量（ t、 p、 q、h）n温度温度t（ 、K、 ）n压力（压强）压力（压强）p（Pa）、

4、压差）、压差 p 、真空度、真空度、n流速流速v（m/s）、流量）、流量q（t、m3 ）、）、n物位、液位物位、液位h（m）.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念二、工业检测技术涉及的内容n直线位移直线位移x（m）、角位移）、角位移、n速度、加速度速度、加速度a（ m/s2） 、振动、噪声、振动、噪声、n转速转速n（r/min）、）、n力力F、力矩、力矩T（Nm）、应变）、应变 （ m/m ）、）、n质量（重量）质量（重量）m（kg、t）n几何量几何量n长度、厚度、角度、直径、间距、长度、厚度、角度、直径、间距、n形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等（2）

5、机械量.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念二、工业检测技术涉及的内容n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（3）物体的性质和成分量：nU、I、f、R、Z、E、B （4）状态量：n工作机械的运动状态（启停等）n生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂、振动等）（5）电工量： .信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念三、一种典型的自动检测系统发电厂有上千只传感器，并组成测控系统.信息与电气工程学院第一节 检测与转换技术的基本概念三、一种典型的自动检测系统航天服与传感器.信息与电气工程学院第一节 检测与转

6、换技术的基本概念三、一种典型的自动检测系统检测技术在车辆碰撞预防系统中的应用.信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 一、有关测量技术中的部分名词(1)等精度测量（条件相同）(2)非等精度测量（影响测试结果的条件不能保持不变）(3)真值（被测量本身真正值）(4)实际值（用高一级精度测量仪器所测得的值）(5)标称值（测量器具上所标出来的数值）(6)示值（读数）(7)测量误差（测量值与实际值之差）.信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类1、表示方法绝对误差容许误差相对误差实际相对误差 rA=x/A100% 示值相对误差 rA=x/x100% 满度相对误差 rA=x/

7、xm100% ：器具误差不超过的最大范围示值（标称值）-真值(实际值) ：x=x-A0 x-A.信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类准确度等级我国的工业模拟仪表有下列常用的7种等级： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。 S=xm/xm100% .信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 例: 某压力表准确度为2.5级,量程为01.5MPa，求:1）可能出现的最大满度相对误差m。2）可能出现的最大绝对误差m为多少千帕？3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差x。解: 1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等 级直接得

8、到，即m25%。 3）0.0375100%100%5.36%0.70mxxA 2）mmAm251.5MPa 0.0375MPa37.5kPa.信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类2、误差出现的规律系统误差(系差)随机误差(随差)粗大误差（粗差）服从一定已知函数未知明显偏离实际值3、误差来源工具误差方法误差读数误差内部噪声引起的误差器件老化引起的误差.信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类4、被测量随时间变化的速度静态误差动态误差地震测量振动波形.信息与电气工程学院第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类5、使用条件基本误差附加误差6、误差与

9、被测量的关系定值误差积累误差在规定标准条件下偏离规定标准条件下不随被测量变化随被测量增大而积累.信息与电气工程学院第三节 随机误差概率密度的正态分布一、随机误差的实验结果频率直方图 在相同条件下，对某量重复进行的独立测量（独立和等精度测量），设总的测量次数n150次。现将150个测量值（xi）由小到大排列分成11个区间，或按误差大小排列，并取等间隔值。 随机误差的频率直方图 .信息与电气工程学院第三节 随机误差概率密度的正态分布一、随机误差的实验结果频率直方图 随机误差的概率密度分布曲线当测量次数n时，令id ，ni d n(均为无穷小量)，则随机误差的概率密度()可定义为： 具有特点：(1)

10、 对称性 (2) 抵偿性(3) 单峰性(4) 有界性.信息与电气工程学院第三节 随机误差概率密度的正态分布二、概率密度的正态分布 在测量过程中，由大量的、微小的、独立的及随机的因素综合影响，就会产生随机误差。根据概率论的中心极限定理知：大量的、微小的及独立的随机变量的总和服从正态分布。显然，随机误差必然服从正态分布。 随机误差的正态分布曲线.信息与电气工程学院第四节 算术平均值与标准误差现若以测量值x作为随机变量，如果它遵从正态分布。那么它的概率密度（x）可由下式表示：测量值的概率密度分布曲线.信息与电气工程学院第四节 算术平均值与标准误差121nniixxxxxnn00110nniiiixx

11、xxnn数学期望为一、算术平均值 与数学期望Mx对于一组测量值xi（随机变量），其算术平均值为0iixx而 ，故x.信息与电气工程学院第四节 算术平均值与标准误差对于一组测量值xi（随机变量），其方差随机变量的二阶中心距，表示为二、方差与标准误差 但在实际计算中，特别是n较大时，通常采用标准差来计算。.信息与电气工程学院第四节 算术平均值与标准误差贝塞尔公式，在实际计算中，特别是n较大时，计算比较方便，表示为二、方差与标准误差 如果xi值太大，可任选一个与接近的B，作变换yi =xi-B 。2211111nniiiixxnn2211111nniiiiyynn.信息与电气工程学院第五节 置信区间

12、与置信概率置信区间与置信概率置信区间：随机变量取值的范围，用符号 l或（ll）表示，也可表示为l=Z。 置信概率：随机变量在置信区间l内取值的概率。正态分布下的置信概率数值表.信息与电气工程学院第六节 粗差的判别与坏值的舍弃满足上式的xb应舍弃，然后重新计算算术平均值与标准差，再进行检查是否有满足上式的xb。 适应范围：测量次数n 。一、拉依达准则(3准则)残余误差大于3，认为是粗差，即2211111nniiiiyynn.信息与电气工程学院第六节 粗差的判别与坏值的舍弃二、格拉布斯准则格拉布斯准则考虑了测量次数n以及标准偏差本身有误差的影响等，表示为判别系数.信息与电气工程学院第六节 粗差的判

13、别与坏值的舍弃例1-1(P16)粗差判别计算2211111nniiiiyynn.信息与电气工程学院第七节 系统误差一、系统误差的分类及产生原因恒定系差(误差大小和符号恒定不变)变化系差(按照一定规律变化的系差)恒正系差恒负系差累积系差周期系差复杂变化系差.信息与电气工程学院第七节 系统误差二、系差的消除方法（1）应检查测量仪器本身的性能是否符合要求；（2）测量前应仔细检查仪表是否处于正常工作条件；（3）还应检查测量系统和测量方法本身是否正确。 为了减少和消除系差经常采用的一些方法 ：1）交换法2）上、下读数法或换向法3）校准法4）补偿法.信息与电气工程学院第七节 系统误差 00iiiixxxx

14、xx/2/2abeba（1）恒定系差的估计三、系统误差的估计方法（2）变化系差的估计111111nnniiiiiinnnii恒定系差残余系差c 修正值为：.信息与电气工程学院第八节 系统的传递, , ,., , ,f x y zu v w 间接检测量与若干直接检测量的关系：,.,xyzuvwf xyzuvw,.,xxyyzzuuvvwwffffff一、间接测量中系统误差的传递.信息与电气工程学院第八节 系统的传递, , ,., , ,f x y zu v w 间接检测量与若干直接检测量的关系：22222 22.xxyywwfff,.,xxyyzzuuvvwwffffff二、间接测量中随机误差的

15、传递 经过n次独立、不相关的测量，可得：.信息与电气工程学院第九节 系统的合成2222121.mmii2222121.mmii一、随机误差的合成设彼此独立的随机误差因素，标准误差为1,2,， m，按方和根法，得到其标准误差与极限误差分别为：.信息与电气工程学院第九节 系统的合成12jiiebajjjek二、系统误差的合成 代数法 （误差项数较少） 方根和法（误差项数较多）1恒定系差的合成 线性相加法 方和根法 广义方和根法2变值系差的合成如不能确定其概率分布，系统不确定度：如能确定其概率分布，则系统标准误差：.信息与电气工程学院第九节 系统的合成三、随机误差与系统误差的合成一般取随机误差的随机

16、不确定度与系统误差的系统不确定度e进行合成，合成后可得被测量的综合不确定度g。合成方法有三种。 1线性相加法2方和根法3广义方和根法.信息与电气工程学院第九节 系统的合成四、最后结果的表示 (1) 随机不确定度与系统不确定度在结果中分别标明，表示为(2) 用随机不确定度与系统不确定度合成后的综合不确定度表示为Mg.信息与电气工程学院第十节 最小二乘原理等精度测量的算术平均值x，它是测量结果的最佳代表，是被测量的最佳估计值。换句话说，子样的算术平均值 x是母体的数学期望 Mx 或真值x0的最佳估计值，即当n， x x0。欲得真值的最佳估计值，应使各测量值 xi的残差 ui的平方之和为最小，即最小二乘原理。222111minnnniiiiiixxxnx.信息与电气工程学院第十一节 曲线的拟合一、直线拟合直线拟合两个变量间的线性关系是一种最简单的、最理想的函数关系，一般运用最小二乘原理进行拟合。