1传感与检测技术的理论基础(1)讲解

1、上课时数2,累计时数2班次上课日期节次教学场所14级嵌入式1班2017.03.01（三）3-412-40115级物联网1班2017.03.01（三）9-105-203章（节）目：第1章 传感与检测技术的理论基础教学内容：本门课概貌；测量的基础知识；测量误差 分析及处理教学要求：掌握测量的基本概念及基本方法，理解测量误差的分析及处理方法。教学重点：测量误差相关概念及处理方法。教学难点：测量误差的表示与计算。第1章 传感与检测技术的理论基础1.本门课概貌智能家居控制系统（图）台灯展示单回路控制系统框图测量一一测量表示、测量方法、不确定度、数据的分析与处理、干扰 抑制传感器作用：传感器是获取自然和生

2、产领域中信息的主要途径与手 段；如果说机器是人的体力的延伸，计算机是人大脑的延伸，哪么传感器 说应该是人的感观的延伸。传感器具有视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。如手机需要感受声音、图像、电磁波、电池电量的传感器；全自动洗 衣机需要感受水位、水温、水的清洁程度的传感器；自动生产线如汽车喷 漆，电路板焊接；航天飞机，宇宙撞击。传感器应用范围：航天、航空、兵器、舟船、交通、冶金、机械、电 子、化工、轻工、能源、环保、煤炭、石油、医疗卫生、生物工程、宇宙 开发、农林牧副渔、日常生活。需求见 应用与需求图”（唐贤远编传感器原理及应用图1.2 ） 地位：信息产业的三大支柱（传感器技术、信息技术、计算机技术）

3、 之一；没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展。课程特点：知识面广，是过去所学物理、化学与数学等知识的一个大 汇总及升华。本门课主要讲解常用传感器的基本工作原理及部分应用实例。学习本课程的目的与要求：1） 了解不同传感器的主要特性，能根据使 用要求选用合适的传感器。2）熟悉常用传感器的工作原理，掌握其应用 方法与注意事项。3）熟悉传感器的常用信号处理电路。4）激活大家的创 新细胞。（演示台灯）关于大纲与教材、参考书关于学习：1）授课、报告与研讨相结合。2）安排第9周的2次课为研讨课，第8周第一次课前每人上交一篇中期 论文，题目自定，内容要求按照杂志科技论文的形式对某种传感器系统进 行功

4、能和技术描述。此外还会在第6和第13周安排两次小论文或测验。3）随堂随时就某类问题进行讨论。4）通过SAKA平台的聊天室等在线或离线讨论。关于实验：关于习题：每周二上课前交一篇作业，内容自定。关于考试：2.测量测量一一以确定量值为目的的一系列操作。2.1测量的定义将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。工二畀二丄Ux被测量值u标准量，即测量单位n比值，常含有误差2.2测量结果的表示（1）测量结果的内容估计值测量单位测量不确定度（2）测量结果的表示形式数值曲线图形2.3测量方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法。-Cl桂测量披再序井熨3例1已知一电阻R按测ft方式分类-如

5、合然fit 痕幽吃綾过*承羁九#二 &o： （t - 20） 讹-20）2，求：二？二？備差式测负用仪表描诽的也移沫定褲測量的览值忧点：谨度快缺点：糊度低-機菱式测试按测量条件的变化与否:等精度测量不等精度测量 按被测量变化快慢:静态测量动态测量2.4 测量系统变送器传输通道信号处理显示装7?52.5测量误差测量误差的定义：测量误差就是测量值与真实值之间的差值。逊实际真植 真.值旳罡具值测量误差的表示方法：I （1）地对逞蚤A = .r-匚 J LTii. fR生际相対谋绘-杯称和对iRK招轴谀雄Y （3）引用逞忑我国工业仪表的精度等级分为：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.

6、5和5.0 七级例2: 一精度等级为0.5级、量程范围600 1200oC勺温度传感器，试 问：（1）它最大允许绝对误差是多少？（2）检验时某点最大绝对误差是4oC,问此表是否合格？基本误差：仪表在规定的标准条件下所具有的误差。附加误差：当仪表的使用条件偏离额定条件下出现的误差。 结论：被测量相同时，绝对误差的大小能表明测量的质量。被测量不同时，绝对误差是有符号有大小的量，但不能说明测量质量， 相对误差反映测量的准确性。引用误差能表征仪表的精确等级。测量误差分类：(1).系统谋善对同一-被测丘进和多次生复測 址时，课査桂隠定的规ItlB现随机溟差L (3)粗丈逞差3测量数据的估计和处理3.1随

7、机误差的统计处理随机误差的性质：(1)(2)(3)(4)对称性 正、负误差出现的次数大致相等 有界性 随机误差的绝对值不会超出一定界限 单峰性 绝对值小的误差出现的机会多 抵偿性误差的算术平均值趋于零 随机误差的数字特征：(1) 算术平均值- 11 nX(Xt x2 ： 壮 xn)Xinn i ±Vi = x,- X(2)标准差 正态分布随机误差的概率计算:J（x）dx 二二 27：- 在任意误差区间(a, b )出现的概率为P(a < v<b)=1e 2；-dx = 1X2b e Pdx是最可信赖的值，而绝对误差则提出可用下式计算： 残余误差(残差)6#随机变量落在区间

8、(-k q+k2*°e 忌dvo)的概率为：1< 畑)=/= J2 二k0.674511.9622.5834Pa0.50.68270.950.95450.990.99730.99994表1 -1k值及其相应的概率± 3 o称为极限误差。不等精度直接测量的权与误差：(1) 不等精度：测量条件发生变化。(2) 权 p在不等精度测量时，进行 m组独立无系差及粗差测量，各组测量结果 相对的可信赖程度。计算用各组测量列的测量次数n的比值表示Pl ：P2 ： P3 ： p4 Pm 二 ni : n2 ： n3 ： n4 nm用各组测量列的标准差平方的倒数表示11111P1 :P2

9、 :P3 :P4-P m2 :2 :2 :2 2-2匚3-4-m(4)加权算术平均值 不等精度测量的最佳估计值：mm工 PiVi2i壬【m为 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)加权算术平均值的标准差3.2系统误差的通用处理方法对同一被测量进行多次重复测量时，绝对值和符号保持不变，或在条 件改变时按一定规律变化。系统误差的分类：(1) 恒值误差(2) 变值误差产生系统误差的主要原因:(1) 仪器设计、制作缺陷(2) 仪器使中环境条件不合格，采用近似公式或方法不完善(3) 传感器的安装、调试不合理(4) 测量者习惯性误操作系统误差的判别与发现：(1) 实验对比法(2) 残余误差观察法£IO(3) 准则检查法马利科夫判据、阿贝检验法系统误差的消除：(1) 在测量结果中进行修正(2) 消除系统误差的根源(3) 在测量系统中采用补偿措施(4) 实时反馈修正3.3粗大误差的判别 粗大误差的判别准则：3 o准则(莱以达准则) 肖维勒准则 格拉布斯准则结论：对误差的如何处理 ？(1) 消除系统误差(2) 测量数据列表，算出算术平均值和标准差估值(3) 利用准则法判别是否存在粗大误差，若有