第9章-自动检测技术的综合应用

普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器与自动检测技术（第二版）主编吴旗高等教育出版社高等教育电子音像出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材第九章自动检测技术的综合应用

本章学习的主要内容：1.抗干扰技术5.自动检测技术的综合应用实例

4.微机在自动检测技术中的应用2.自动检测系统的可靠性问题3.传感器的标定与选择普通高等教育“十一五”国家级规划教材

§9－1抗干扰技术干扰的例子：电磁信号干扰器手机干扰器普通高等教育“十一五”国家级规划教材一、干扰的来源根据产生干扰的物理原因，干扰有如下几种来源：1．机械的干扰对于机械的干扰主要是采用减震措施来解决，例如应用减震弹簧或减震橡皮垫等。普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．热的干扰对于热的干扰，工程上通常采用：热屏蔽、恒温措施、对称平衡结构、温度补偿元件等方法进行抑制。普通高等教育“十一五”国家级规划教材3．光的干扰闪电击中摩天楼战斗机发射曳光干扰弹对于具有光敏作用的元件，应注意光的屏蔽问题。普通高等教育“十一五”国家级规划教材4．湿度变化的影响下雨的路面在南方潮湿地带、船舶及锅炉等地方，更应注意密封防潮措施。普通高等教育“十一五”国家级规划教材5．化学的干扰金属的腐蚀铜晶界的腐蚀良好的密封和注意清洁是十分必要的。普通高等教育“十一五”国家级规划教材6．电和磁的干扰闪电是很强的电磁干扰信号电焊也是很强的电磁干扰信号源普通高等教育“十一五”国家级规划教材7．射线辐射的干扰切尔诺贝利核泄漏事故现场的资料照片

受到核污染的患者

普通高等教育“十一五”国家级规划教材宇宙中超大质量的黑洞天体发生高能离子辐射时的效果图

用于原子能、核装置等领域内的传感器系统，尤其要注意射线辐射对传感器系统的干扰。普通高等教育“十一五”国家级规划教材二、信噪比和电磁兼容性

1．信噪比衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比（S/N）来表示，它是指在信号通道中，有用信号功率与噪声功率之比，或有用信号电压与噪声电压之比。

（dB）普通高等教育“十一五”国家级规划教材电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰信号。自然界干扰源人为干扰源宇宙射电噪声大气层的雷电噪声等太阳耀斑辐射噪声有意发射干扰源无意发射干扰源2．电磁兼容性电磁干扰源可分为：普通高等教育“十一五”国家级规划教材三、电磁干扰的途径电磁干扰的途径有“路”和“场”两种形式1．通过“路”的干扰（1）漏电流耦合形成的干扰（2）传导耦合形成的干扰它是由于绝缘不良，由流经绝缘电阻的漏电流所起的噪声干扰。

当导线经过具有噪声的环境时，即拾取噪声，并经导线传送到电路而造成干扰。普通高等教育“十一五”国家级规划教材（3）共阻抗耦合形成的干扰共阻抗耦合是由于两个电路共有阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共有阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。2．通过“场”的干扰（1）静电耦合形成的干扰电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于两个电路之间存在寄生电容，可使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）电磁耦合形成的干扰（3）辐射电磁场耦合形成的干扰电磁耦合又称互感耦合，它是在两个电路之间存在互感，一个电路的电流变化，通过磁交链会影响到另一个电路。辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设备、广播发射台、电视发射台等。如果在辐射电磁场中放置一个导体，则在导体上产生正比于电场强度的感应电动势。普通高等教育“十一五”国家级规划教材四、抑制电磁干扰的基本措施电磁干扰形成的三个要素为干扰源、干扰途径以及对电磁噪声敏感性较高的接收电路。干扰源干扰途径接收电路形成电磁干扰的三要素之间的联系框图普通高等教育“十一五”国家级规划教材抑制电磁干扰的基本措施为：1．消除或抑制干扰源2．破坏干扰途径3．削弱接收电路对电磁干扰的敏感性以上三个方面的措施可用疾病的预防来比喻，即消灭病菌来源，阻止病菌传播和提高人体的抵抗能力。普通高等教育“十一五”国家级规划教材五、抗电磁干扰技术（电磁兼容控制技术）

1．屏蔽技术（1）静电屏蔽静电屏蔽实验图普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）电磁屏蔽收音机－屏蔽网房防电脑显示器辐射的屏蔽罩普通高等教育“十一五”国家级规划教材程控交换机屏蔽机柜若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽作用。通常使用的铜质网状屏蔽电缆就能同时起电磁屏蔽和静电屏蔽的作用。普通高等教育“十一五”国家级规划教材（3）低频磁屏蔽在工业中常用的办法是将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，以达到双重屏蔽的目的。低频磁屏蔽材料普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．接地技术（1）地线的种类模拟信号地线数字信号地线信号源地线负载地线普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）一点接地原则①单级电路的一点接地原则单极电路的一点接地普通高等教育“十一五”国家级规划教材②多级电路的一点接地原则多级电路的一点接地普通高等教育“十一五”国家级规划教材③传感器系统的一点接地原则

普通高等教育“十一五”国家级规划教材普通高等教育“十一五”国家级规划教材3．浮置技术

浮置与屏蔽接地相反，是阻断干扰电流的通路，检测系统被浮置后能大大减小共模干扰电流。4．平衡电路平衡电路又称对称电路。例如，电桥电路和差分放大器等电路就属于平衡电路。采用平衡电路可以使对称电路结构所获得噪声相等，并可以在负载上自行抵消。普通高等教育“十一五”国家级规划教材5．滤波技术滤波器是抑制噪声干扰的重要手段之一。常用的是RC型、LC型及双T型等形成的无源滤波器或有源滤波器。

滤波器抑制检测系统干扰的原理框图普通高等教育“十一五”国家级规划教材6．光电耦合技术光电耦合器是一种电→光→电耦合器件，目前检测系统越来越多地采用光电耦合器来提高抗干扰能力。光电耦合器有如下特点：（1）输入、输出回路绝缘电阻高（大于1010Ω）、耐压超过1kV；（3）输入输出回路完全是隔离的，能很好地解决不同电位、不同逻辑电路之间的隔离和传输的矛盾。（2）因为光的传输是单向的，所以输出信号不会反馈影响输入端；普通高等教育“十一五”国家级规划教材§9－2自动检测系统的可靠性问题美国“挑战者号”航天飞机爆炸瞬间普通高等教育“十一五”国家级规划教材1．可靠性问题的提出一、可靠性的基本概念1957年美国发表了“军用电子设备可靠性”的重要报告，被公认为是可靠性的奠基文献。现今已发展成为一门新兴的工程学科。2．可靠性的基本概念（1）可靠性的定义自动检测系统或机电产品的可靠性，是指在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力。普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）可靠度产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率，称为产品的可靠度。显然，可靠度是对产品可靠性的概率度量。（3）失效率产品的失效率是指产品工作到某一时间后的单位时间内产生失效的概率。普通高等教育“十一五”国家级规划教材二、提高可靠性的措施除采用可靠性更高的元器件、提高工艺质量外，还可可靠性的规律来提高产品可靠性。1．利用失效的规律来提高可靠性（2）偶然失效期

（1）早期失效期（3）损耗失效期

失效曲线（浴盆曲线）普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．采用重复备用系统来提高可靠性（1）串联系统总可靠度P1P2Pm普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）并联系统总可靠度P1P1P1n个相同单元并联普通高等教育“十一五”国家级规划教材（3）串并联系统总可靠度m个串联后n个并联P1P2PmP1P2PmP1P2Pm普通高等教育“十一五”国家级规划教材（4）并串联系统总可靠度n个并联后m个串联P1P1P1P2P2P2PmPmPm另外还有等待备用系统普通高等教育“十一五”国家级规划教材【例题】设两单元的可靠度分别为P1＝0.8，P2＝0.9，求：①两单元串联组成系统的可靠度；②串并联重复备用系统的可靠度；③并串联重复备用系统的可靠度。

【解】①②③普通高等教育“十一五”国家级规划教材§9－3传感器的标定与选择一、传感器的标定与校准用试验方法确定传感器性能参数的过程称为标定。标定实际上就是利用某种标准或标准器具对传感器进行刻度。

振动传感器校准标定器普通高等教育“十一五”国家级规划教材二、传感器的选择1．选择传感器时应考虑的条件（1）与测量条件有关的因素（2）与传感器有关的技术指标（3）与使用环境条件有关的因素（4）与购买和维修有关的因素普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．传感器选择的一般原则选择传感器总的原则是：在满足对传感器所有技术要求情况下，成本低廉、工作可靠和容易维修，即所谓性能价格比要大。选择传感器的一般原则可按下列步骤进行：（1）初步确定几种可供选用的传感器类别；（2）确定传感器的结构形式和传感器的最后类别；（3）最后查出传感器的规格型号和性能、尺寸。普通高等教育“十一五”国家级规划教材§9－4微机在自动检测技术中的应用微机与测量仪器有机结合而构成新型的、功能极强、性能可靠的仪器，被称为智能化仪器。智能化测量控制仪智能化台式激光采血仪普通高等教育“十一五”国家级规划教材一、智能检测系统的构成1．硬件系统智能检测系统的硬件结构原理框图普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.软件系统软件包括执行软件和监控软件。执行软件各模块的功能如下：（1）数据采集（2）故障自诊断及自校验（3）数字滤波数据采集软件要根据要求确定采样时间及采样次数。从一系列数据中提取逼近真值数据的软件算法。系统出现故障时在屏幕上显示故障部位。普通高等教育“十一五”国家级规划教材（4）线性化处理（5）温度的补偿（6）数据运算、比较与处理（7）数据输出对传感器的非线性可以运用软件技术来实现非线性校正。系统受温度的影响可用软件来补偿。

测量数据的输出包括输出显示、打印、通讯等，控制数据的输出包括报警、控制执行元件来调整被测量等。普通高等教育“十一五”国家级规划教材二、智能检测系统的特点1．改善了性能减少误差、温度补偿、提高抗干扰能力等。2．增加了功能记忆、数据处理、提高分辨率、译码等。3．提高了自动化程度误差自补偿、操作自动化、自报警、自诊断。普通高等教育“十一五”国家级规划教材§9－5自动检测与转换技术综合应用实例一、电阻炉微机自动程序温度控制系统1．系统完成的测控任务自动程序温度控制系统动画演示普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．系统硬件部分电阻炉微机自动程序温度控制系统硬件原理框图普通高等教育“十一五”国家级规划教材（1）电阻炉加热系统（2）温度检测与转换采用双向晶闸管控制加热电阻加热。普通高等教育“十一五”国家级规划教材（3）单片机硬件系统（4）键盘及显示单片机CPU选用8031芯片，外加EPROM2764芯片、8155芯片、74LS373地址锁存器组成单片机硬件系统。键盘根据需要只设置七个键；显示分两部分：6位LED显示器用于运行状态及温度、时间显示，通过SB键进行温度、时间显示转换；6个发光二极管分别用于升温、降温、恒温、运行、超温及故障显示。普通高等教育“十一五”国家级规划教材3．系统软件部分（1）主程序主程序框图普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）运行程序运行程序框图普通高等教育“十一五”国家级规划教材二、汽车电子防盗系统1．汽车防盗装置日趋重要机械式防盗装置汽车防盗种类芯片式防盗系统网络式防盗系统电子式防盗系统普通高等教育“十一五”国家级规划教材机械式防盗器主要分为：方向盘锁和排挡锁两大类原理：靠锁定离合、制动、油门或转向盘、变速挡来达到防盗的目的，但只防盗不报警。优点：是价格便宜，安装简便。缺点：防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。（1）机械式防盗器普通高等教育“十一五”国家级规划教材电子式（遥控）防盗器特点：可遥控防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测门控保护及微波或红外探头等功能。原理：主要靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。（2）电子式防盗器普通高等教育“十一五”国家级规划教材无匙进入汽车防盗系统1.无匙进入－感应式自动开关门锁2.身份识别系统－芯片感应启动车辆3.完备的密码身份识别器（电子钥匙）加密系统－无法复制4.可实现油路或启动锁定5.绝不误报警－最先进的防冲突技术6.支持多种触发方式无匙进入汽车防盗系统（芯片式）功能：（3）芯片式防盗器普通高等教育“十一五”国家级规划教材GSM汽车防盗报警器停止车辆运行，禁止车辆运行等功能，而且车辆还能将自身状态传送给车主，如：语音提示到手机“震动报警”“车门打开”“车已非法启动”，以便车主及时发现险情，及时处理。通过手机和防盗主机的双向通讯，不仅可以对车辆进行全球遥控，全球监听，全球监控，实现防抢、寻车、反劫持，还可以及时锁死引擎，（4）网络式防盗器普通高等教育“十一五”国家级规划教材2．汽车防盗装置的构思和工作原理（1）基本构思当利用非正常的手续侵入车厢，进行车辆移动时，能立即进行检测与报警并阻止发动机起动和行驶。汽车进行验明身份的鉴定，当与验明身份不相符合时，会禁止操纵控制发动机，这种装置简称“阻行器”