任务十 检测技术及抗干扰技术

1、任务务要求熟悉检测技术、测量方法、检测系统的构成及分类，掌握数据处理的方法掌握干扰产生的原因、类型、干扰信号的耦合方式和常用的抑制干扰的措施 情境一情境一 检测技术基础检测技术基础一一 检测技术检测技术 检测技术主要研究被测量的测量原理、测量方法、检测系统和数据处理等方面的内容。测量原理是指采用什么样的原理去测量被测量。不同性质的被测量要采用不同的原理去测量，测量同一性质的被测量也可采用不同测量原理。测量原理决定后，就要考虑用什么方法去测量，这就是我们所要研究的测量方法。确定了被测量的测量原理和测量方法后，就要设计或选用装置组成一个自动检测系统。有了已标定过的检测系统，就可以进行实际的检测工作

2、。在实际检测中得到的数据必须进行误差分析和处理，才能得到正确可信的检测结果。二二 测量方法测量方法1. 测量 测量是检测技术的重要组成部分，是以确定被测对象量值为目的的一系列操作。 测量过程实质上是一个比较过程，是一种把物理参数变换成具有意义的数字的过程，也就是说，测量是将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而确定被测量对标准量的倍数。 它可由下式表示： x = nu 式中x 被测量值； u 标准量，即测量单位； n 数值(比值)，含有测量误差。2. 2. 测量方法测量方法 测量方法，就是测量时所采取的具体方法。测量方法对检测系统是十分重要的，它直接关系到检测任务是否能够顺利完成。 根据测量手

3、段分类，有：直接测量、间接测量和组合测量；根据测量方式分类，有：偏差式测量、零位式测量和微差式测量；根据测量的精度分类，有：等精度测量和非等精度测量；根据被测量变化情况分类，有：静态测量和动态测量；根据敏感元件是否与被测介质接触分类，有：接触测量和非接触测量等。(1) 直接测量、间接测量和组合测量 直接测量 间接测量 组合测量(又称联立测量)(2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量(3) 等精度测量与非等精度测量(4) 静态测量与动态测量三三 检测系统检测系统 “检测系统”这一概念是传感技术发展到一定阶段的产物。在工程实际中，需要有传感器与多台测量仪表有机地组合起来，构成一个整体，才能完成信

4、号的检测，这样便形成了检测系统。 检测系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机组合。 图10-1 检测系统的原理结构框图2. 2. 开环检测系统与闭环检测系统开环检测系统与闭环检测系统 （1 1） 开环检测系统开环检测系统 开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行，如图10-2所示。图 10-2 开环检测系统（2 2） 闭环检测系统闭环检测系统 闭环检测系统有两条通道，一条为正向通道，另一条为反馈通道，其结构如图10-3所示。图10-3 闭环检测系统四四 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 1. 1. 测量误差测量误差 误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。 (1)(1)绝

5、对误差和相对误差绝对误差和相对误差xA 绝对误差表示测量值与被测量真实值(真值)之间的差值，即: 式中:绝对误差；x测量值；A 真实值。 绝对误差不能作为测量精度的尺度。例如，在测量温度时，如绝对误差=1，对体温测量来说是不允许的，但对于测量锅炉的炉温来说却是精度很高的测量结果。因此，在很多场合常用相对误差来代替绝对误差表示测量结果，这样可以比较客观地反映测量的准确性。 (2)(2)基本误差和附加误差基本误差和附加误差(3)(3)工具误差和方法误差工具误差和方法误差2 2误差的性质误差的性质(1)(1)系统误差系统误差( (简称系差简称系差) ) 在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测量，

6、如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差称为系统误差。 (2)(2)随机误差随机误差( (简称随差，又称偶然误差简称随差，又称偶然误差) ) 由于大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为随机误差。 (3)(3)粗大误差粗大误差( (简称粗差，又称疏忽误差简称粗差，又称疏忽误差) )3. 3. 测量数据的估计和处理测量数据的估计和处理4 4系统误差的检查及消除系统误差的检查及消除(1)实验对比法(2)残余误差法(3)理论计算法5 5误差的合成与分配误差的合成与分配情境二情境二 抗干扰技术抗干扰技术 “干扰”在检测系统中是一种无用信号，它会在测量结果中产生误差。因此要获得良好的测量结果，就必须研究干

7、扰来源及抑制措施。通常把消除或削弱各种干扰影响的全部技术措施，总称为抗干扰技术或称为防护。 抗干扰技术是检测技术中一项重要内容，它直接影响测量工作的质量和测量结果的可靠性。因此，测量中必须对各种干扰给予充分的注意，并采取有关的技术措施，把干扰对测量的影响降低到最低或容许的限度。一一 干扰的产生干扰的产生 干扰(也叫噪声)是指测量中来自测量系统内部或外部，影响测量装置或传输环节正常工作和测试结果的各种因素的总和。 干扰的产生主要有两大类：电气设备干扰和放电干扰。电气设备干扰主要有射频干扰、工频干扰和感应干扰等；放电干扰主要有弧光放电干扰、火花放电干扰、电晕放电干扰和天体、天电干扰等。二二 干扰的

8、类型干扰的类型根据干扰产生的原因，通常可分为以下几种类型。 1. 机械干扰 2. 热干扰 3. 光干扰4. 湿度干扰5. 化学干扰6. 电磁干扰三三 干扰信号的耦合方式干扰信号的耦合方式 干扰信号进入接收电路或测量装置内的途径，称为干扰信号的耦合方式。干扰的耦合方式主要有：电磁耦合、静电电容耦合、漏电流耦合、共阻抗耦合。1. 电磁耦合 电磁耦合(电感性耦合)是由于电路之间存在互感， 使一个电路的电流变化，通过磁交变影响到另一个电路。图10-7是两个电路电磁耦合示意图和等效电路。 对于电磁耦合干扰，降低接收电路的输入阻抗，并不会减小干扰。而应尽量采取远离干扰源或设法降低M 等措施。图 10-7

9、电磁耦合和等效电路2. 静电电容耦合 静电电容耦合是由于两个电路之间存在寄生电容，产生静电效应，使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。 图 10-8 静电电容耦合3. 3. 漏电流耦合漏电流耦合 由于绝缘不良，流经绝缘电阻R的漏电流IN作用于有关电路引起的干扰，称为漏电流耦合。一般情况下，漏电流耦合可以用图10-9所示等效电路表示。 图 10-9 漏电流耦合等效电路4. 4. 共阻抗耦合共阻抗耦合 共阻抗耦合是由于两个电路间有公共阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。共阻抗耦合主要有电源内阻抗的共阻抗耦合、公共地线的共阻抗耦合以及信号输出电路的共阻抗耦合。一般

10、情况下，共阻抗耦合可以用图10-10所示等效电路来表示。图 10-10 共阻抗耦合等效电路四四 常用的抑制干扰的措施常用的抑制干扰的措施 为了保证测量系统的正常工作，必须削弱和防止干扰的影响，如消除或抑制干扰源、破坏干扰途径以及消除被干扰对象(接收电路)对干扰的敏感性等。通过采取各种抗干扰技术措施，使仪器设备能稳定可靠地工作，从而提高测量的精确度。 常用的抗干扰技术:接地技术、屏蔽技术 、浮空。 五五 抗干扰技术的应用抗干扰技术的应用 抗干扰技术应用很广泛，我问主要介绍三种：印刷电路板的抗干扰、仪表的抗干扰、传感器的抗干扰。1 1印刷电路板的抗干扰印刷电路板的抗干扰 印刷电路板的抗干扰措施，主

11、要有合理分配印制管脚、合理布置印制板上的连线和在板上采用一定的屏蔽措施等三个方面。2 2仪表的抗干扰仪表的抗干扰 在电子测量仪表中，为了提高其抗干扰性能，需要采用屏蔽技术。为了使屏蔽有效，则需要遵循一定的规则。3 3传感器的抗干扰传感器的抗干扰 传感器直接接触或接近被测对象而获取信息。传感器与被测对象同时都处于被干扰的环境中，不可避免地受到外界的干扰。传感器采取的抗干扰措施依据传感器的结构、种类和特性而异。要点回顾要点回顾 误差理论是检测系统的理论基础。关于系统误差和随机误差的分析以及粗大误差的判别是其中的核心内容，而误差的合成与分配在实际中得到广泛应用。 在实际测量中，对于影响检测系统或测量

12、装置的精度和线性度等性能指标的因素，要进行相应的补偿。并且由于传感器的工作环境都是非常复杂的，为保证传感器不受外界干扰，需要研究和引入抗干扰技术，使得传感器在使用中，能正确测量，减小误差，把干扰的影响降到最低或允许的程度。本章主要针对以上几个问题介绍传感器的检测技术和抗干扰技术。 在抗干扰技术中，主要介绍了干扰的产生、类型，干扰信号的耦合方式、常用的抑制干扰措施，以及抗干扰技术的应用。其中传感器的非线性误差及补偿和温度误差及补偿是学习重点，同时也要结合实例，学会分析一些具体问题。 习题习题10101、形成噪声干扰必须具备的三个要素是什么？2、抑制噪声干扰的方法有那些？3、根据干扰的来源，及干扰分为类。4、在检测系统中，常用的测量方法有哪些？5、开环检测系统和闭环检测系统各有何特点？6、什么是测量误差？研究测量误差的意义是什么？7、什么是系统误差和随机误差？它们有何区别与联系