检测技术及方法分析课件

传感器与检测技术3、检测技术及方法分析一、检测方法及其基本概念1开环型检测和闭环型检测被检测量x传感器检测一次变换放大器二次变换显示记录仪器输出y(1)开环型检测k1k3k2y=k1k2k3x(2)闭环型检测传感器检测一次变换放大器二次变换显示记录仪器xyk1k3k2反馈环节βxfy=k1k2k31+βk2k3x令k2k3=k»1,则y=k1k1+βkx≈k1βx(1)直接测量电子卡尺2直接检测与间接检测(2)间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

静态测量

对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高、最低温度计动态测量地震测量振动波形便携式仪表

可以显示波形的便携式仪表接触式测量非接触式测量

例：红外前额体温计

离线测量

产品质量检验在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。二、检测系统结构分析1补偿结构被检测量传感器AfA传感器BfBu1+△u1干扰量u2+△u2u1yA+-yBy测量用补偿用yA=fA(u1,u2)yA=fA(u1+△u1,u2+△u2)返回yB

=fB(u1,u2)yB=fB(u1,u2+△u2)y=yA-yB=fA(u1+△u1,u2+△u2)-fB(u1,u2+△u2)按照泰勒级数展开到二次项,得到条件:fA(u1,u2)=fB(u1,u2)2差分结构(补偿结构的特例)被检测量传感器AfA传感器BfBu1+△u1干扰量u2+△u2

u1-

△u1yA+-yByy=yA-yB=fA(u1+△u1,u2+△u2)-fB(u1-△u1,u2+△u2)按照泰勒级数展开到二次项,得到条件:fA(u1,u2)=fB(-u1,u2)对比补偿结构,进一步消除了△u1的二次项.结论:(1)差分结构的两个传感器采用对称形式,使测量参数反对称发生作用，干扰参数对称发生作用.由于传感器特性相同,有fA(u1,u2)=fB(-u1,u2)(2)差分结构能改善线性,且能提高灵敏度.锁定放大器和毫伏计的测量结果三、提高检测精度的方法锁定放大器原理两个1Hz正弦信号相乘的结果1Hz和1.1Hz两正弦信号相乘的结果真正需要的信号调制信号的频率干扰信号低通滤波VO(t)=rcos(wot+φ)[Vi(t)coswot+n(t)]=0.5rVi(t)[cosφ+cos(2wot+φ)]+rn(t)cos(wot+φ)=0.5rVi(t)cosφ结论---当输入信号与参考信号同相时,有最大输出0.5rVi(t).Φ相当于信号传输的延时,一般不会为零,但是可以通过调节移相器使Φ最小，从而得到最大输出.排除了n(t)的干扰思考:反相时呢?参考信号输入信号★

相敏检波电路④直流参考量输入②

交流参考量输入⑤J①

信号输入端⑥③输出信号★

抗干扰技术

1干扰是广义上的噪声，是人们所不希望的信号的统称。

2噪声对检测装置的影响必须与有用信号共同分析才有意义。

3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PS与噪声功率PN之比,或者是有用信号电压US与噪声电压UN之比。

4信噪比常用对数形式来表示，单位为dB，即

S/N=10lg（PS/PN

）=20lg（US/UN

）dB

干扰与噪声干扰的类型

一、机械干扰

机械干扰是指机械振动或冲击使电子检测装置中的元件发生振动，改变了系统的电气参数，造成可逆或不可逆的影响。对机械干扰，可选用专用减振弹簧-橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振动的能量，从而减小系统的振幅。

橡胶海绵软垫橡胶垫脚及弹簧振动试验台

频率、振幅均可调节

将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅下，产品指标是否变化。固定跌落试验

产品在运输过程中常因为遭受剧烈震动或跌落而损坏或性能变差，因此需要做抗跌落试验和测试。跌落试验机

用绝缘漆浸渍过的控制变压器浸漆可防止水分进入线圈内部二、湿度及化学干扰

当环境相对湿度增加时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部，降低了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀，并产生原电池电化学干扰电压；在较高的温度下，潮湿还会促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。

仪器设备的防潮试验喷淋试验三、热干扰设备和元器件长期在高温下工作,或者环境温度发生变化时,会引起寿命和耐压等级降低等。克服热干扰的防护措施有：

1热屏蔽

2恒温法

3采取软、硬件温度补偿措施等

4

加强散热

5选用低温漂元件散热实例

散热风扇四、电磁干扰电磁干扰源分为两大类：自然界干扰源和人为干扰源，后者是检测系统的主要干扰源。

1.自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪声、太阳耀斑辐射噪声以及大气层的天电噪声。后者的能量频谱主要集中在30MHz以下，对检测系统的影响较大。

2.人为干扰源又可分为有意发射干扰源和无意发射干扰源。自然界干扰源和人为干扰源

闪电产生电磁场干扰变电站会产生高次谐波干扰以及电晕放电干扰自然界干扰源和人为干扰源雷达会产生大功率高频干扰

X光机产生大功率高频干扰电吹风机干扰电视机的演示电吹风机产生的电磁波干扰的两种途径:一通过共用的电源插座二以空间电磁场传输的方式由电视机的天线接收。应设法切断这些干扰途径。常用的干扰抑制措施一、屏蔽技术

利用金属材料制成容器，将需要防护的电路包围在其中，可以防止电场或磁场耦合干扰的方法称为屏蔽。

未加屏蔽罩时，中频变压器线圈易受外界干扰。加屏蔽罩后的中频变压器1静电屏蔽仪器设备的屏蔽外壳必须接地带孔屏蔽板各种静电屏蔽自制的屏蔽罩通风屏蔽窗开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄

2.电磁屏蔽

镀铜电磁屏蔽盒军用屏蔽帐篷导电纤维材料编织而成的

军用电磁屏蔽器材

军用电子方舱屏蔽通信车防电磁波屏蔽围裙导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服

辐射源防电磁波屏蔽服装防电磁波屏蔽围裙防辐射面罩屏蔽室

导电PVC地板用于防静电及底部屏蔽干扰信号无法穿透钢板屏蔽室二、接地技术接地起源于强电技术，它的本意是接大地，主要着眼于安全。这种地线也称为“保安地线”。它的接地电阻值必须小于