现代检测技术PPT第2章(2)
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第2章 检测方法及技术-现代检测技术及仪表-许秀-清华大学出版社
2.3 参数检测基本概念
1. 开环型检测与闭环型检测 开环型检测系统一般由传感器、信号放大器、转换电
路、显示器等串联组成，进入仪表的信息和变换只沿一个 方向传递。
闭环型（反馈型）检测系统信息传递有两个通道，一 个是正向通道，另一个是反馈（反向）通道。正向通道中 的变换器通常是将被测信号转换成电信号，反向通道的反 向变换器则将电信号转换成非电信号。平衡式仪表及检测 系统一般采用这种伺服机构。
由于系统误差的存在，当把被测物与标准比较物的主 次或先后顺序置换过来时，可以排除测量过程中因顺序所 造成的误差影响。 8. 能量变换与能量控制型检测元件 9. 主动探索与信息反馈型检测
2.4 检测系统模型与结构
检测系统的基本功能可总结为信号转换与信号选 择、基准保持与比较和显示与操作三大部分。测量是把 被测量与同种类单位量进行比较，以数值表示被测量大 小的过程，因此，检测仪表中必须具有基准保持部分。 2.4.1 信号转换模型与信号选择性 1. 信号转换的数学模型 2. 信号选择性
第2章 检测方法及技术
2.1 参数检测过程 2.2 参数检测方法 2.3 参数检测基本概念 2.4 检测系统模型与结构 2.5 提高检测精度的方法 2.6 多元化检测技术
2.1 参数检测过程
一般来说，检测的过程就是用敏感元件将被测参数的信 息转换成另一种形式的信息，通过显示或其他形式被人们所 认识。
2.5.2 频域信号选择方法 1. 滤波放大与调频放大方法 2. 陷波放大方法 3. 锁定放大方法
2.6 多元化检测技术
信号转换是检测系统的最前端部分，在复杂的检测系统 中，往往是检测信号里已包含了所需要的信息，但并不能直 接反映所需要的信息。而且在检测精度要求高的情况下，作 为信号转换的传感器往往不止一个。使用多个传感器或不同 类型的传感器群，实现高度智能检测功能，是检测技术发展 的必然趋势。
现代检测技术-特性
0
2
2
− 1 +
2ζ
ω ω
0
2
• 式中 • • 性,
ω0 二阶系统无阻尼振荡固有角频率;
ζ一一 阻尼比。 相位误差的表达式就是二阶系统的相频特
ϕ = − arctg
ω 2ζ ω 1 −
0
ω ω
0
2
式 (0-54) 建立了测量系统特征参数ω0, ζ与信号频率ω、 动态误差 γ 的关系. 根据公式(0-54) 可以计算出不同频率 比ω/ω0 、不同阻尼比ζ值时的动态幅值误差 γ 。 现将 |γ|<10% 的部分数值列入表 0-3 中 , 从中可见 , 当 时二阶系统的工作频率最宽, ζ=0.6~0.8 时二阶系统的工作频率最宽, 但在一般情况下, 生产厂家只提供测量系统的特征参数ω0, 故用户不知ζ的数 值 , 这时只能按最坏情况 ζ=0 时ω/ω。比值来估计动态 ω/ω。 按最坏情况 幅值误差 γ ,
对于执行微分运算功能的测量系统, 理想微分器
WND(jω)=jω
(0-56)
|WND(jω)|=ω ϕND(ω)=900=const
(0-57)
(0-58)
而一个实际微分器的频率特性的模| WD(jω) | 、 相频特性ϕD(ω)与理想微分器的特性的模、相 频特性不可能完全相同, 于是实际微分器的动 态幅值误差为
Y ( jω ) = ∫ y (t ) e
0 ∞ 0
∞
− jωt − jωt
dt dt
X ( jω ) = ∫ x(t ) e
Y ( jω ) bm ( jω )m + bm −1 ( jω )m −1 + L + b1 ( jω ) + b0 H ( jω ) = = X ( jω ) a n ( jω )n + a n −1 ( jω )n −1 + L + a1 ( jω ) + a0
2
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− 1 +
2ζ
ω ω
0
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• 式中 • • 性,
ω0 二阶系统无阻尼振荡固有角频率;
ζ一一 阻尼比。 相位误差的表达式就是二阶系统的相频特
ϕ = − arctg
ω 2ζ ω 1 −
0
ω ω
0
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式 (0-54) 建立了测量系统特征参数ω0, ζ与信号频率ω、 动态误差 γ 的关系. 根据公式(0-54) 可以计算出不同频率 比ω/ω0 、不同阻尼比ζ值时的动态幅值误差 γ 。 现将 |γ|<10% 的部分数值列入表 0-3 中 , 从中可见 , 当 时二阶系统的工作频率最宽, ζ=0.6~0.8 时二阶系统的工作频率最宽, 但在一般情况下, 生产厂家只提供测量系统的特征参数ω0, 故用户不知ζ的数 值 , 这时只能按最坏情况 ζ=0 时ω/ω。比值来估计动态 ω/ω。 按最坏情况 幅值误差 γ ,
对于执行微分运算功能的测量系统, 理想微分器
WND(jω)=jω
(0-56)
|WND(jω)|=ω ϕND(ω)=900=const
(0-57)
(0-58)
而一个实际微分器的频率特性的模| WD(jω) | 、 相频特性ϕD(ω)与理想微分器的特性的模、相 频特性不可能完全相同, 于是实际微分器的动 态幅值误差为
Y ( jω ) = ∫ y (t ) e
0 ∞ 0
∞
− jωt − jωt
dt dt
X ( jω ) = ∫ x(t ) e
Y ( jω ) bm ( jω )m + bm −1 ( jω )m −1 + L + b1 ( jω ) + b0 H ( jω ) = = X ( jω ) a n ( jω )n + a n −1 ( jω )n −1 + L + a1 ( jω ) + a0
《现代分析测试技术》PPT课件
现代分析测试技术概述
现代分析测试技术概述
２００２年诺贝尔化学奖表彰一是约翰·芬恩与田中耕一“发明了对生物大分 子进行确认和结构分析的方法”和“发明了对生物大分子的质谱分析法”，二 是库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结 构的方法”。
现代分析测试技术概述
分析测试技术的发展史
现代分析测试技术概述
显微技术
透射电镜技术（TEM）
利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的原理 研制的显微技术。
扫描显微技术
扫描电子显微镜（SEM）
扫描探针显微镜
➢ 扫描隧道显微镜（STM）
➢ 原子力显微镜（AFM） ➢ 弹道电子显微镜（BEEM）
➢ 激光力显微镜（LFM） ➢ 光子扫描隧道显微镜（PSTM）
h0 + h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
获得能量后，跃迁到激发虚态.
（1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展）
现代分析测试技术概述
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
现代分析测试技术概述
内转换
振动弛豫 内转换
S
现代分析测试技术概述
ICP-AES的原理
现代分析测试技术概述
现代分析测试技术概述
分子中的能级跃迁： 电子能级间跃迁的
同时，总伴随有振动 和转动能级间的跃迁 。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动 能级间跃迁产生的若 干谱线而呈现宽谱带
。
现代分析测试技术概述
紫外—可见吸收光谱（UV-vis）
紫外-可见分光光度计
普通蒸馏水的电导率 210-6 S· cm-1 离子交换水的电导率 510-7 S· cm-1 纯水的电导率 510-8 S· cm-1
现代检测技术
一、超声换能器的种类：
第二章 超声波换能器
（1）按能量转换的机理和换能材料分： 压电、磁致伸缩、机械型等超声换能器．
（2）按振动模式分：纵向(厚度)振动、剪切振动、弯曲振动等换能器．
（3）按工作介质分： 气介、液体、固体等超声换能器．
（4）按工作状态分： 发射型、接收型、收发两用型超声换能器．
（5）按输入功率和工作信号分： 功率型、检测型、脉冲信号、调制信号和
直流电场E
剩余极化强度
电场作用下的伸长 (a)极化处理前
制作过程： 后 成型 烧成 上电极
极化
测试
电极：陶瓷上镀的一层金属（银、铜、金和镍）薄膜．
极化：在压电陶瓷上加一个强直流电场，使陶瓷中的电轴沿电场方向取向排列． 未极化的压电陶瓷由于其中的电轴取向杂乱排列，不具有压电效应．
厚度t 长a
施加压力 P ，晶体产生电压为 U
g 33
Up P
[米伏2 牛顿]
，则
p
(三)压电形变常数 h 3 3
施加一定压力，厚度增加
h33
Up ta
[伏
ta ，
米]
使产生电压 U
p
。则
电压 宽b
压电晶体
14
(四) 厚向机电耦合系数 K t
K t 愈大，转换效率愈高，应选取 K t 高的晶片。
缺点：性能与温度有关，机电耦合系数较小，损耗大，介电常数很小，不适合制作发 射型换能器．
9
4. 压电复合材料
§2一1压电材料及压电效应
{ } 压电材料 (通常是PZT) 高分子聚合物
按一定的方式相结合的材料 (PVF2—PZT)。
特点 ：低密度、低阻抗、低机械品质因数、高频带、高的抗机械冲击性能和低的横
第二章 超声波换能器
（1）按能量转换的机理和换能材料分： 压电、磁致伸缩、机械型等超声换能器．
（2）按振动模式分：纵向(厚度)振动、剪切振动、弯曲振动等换能器．
（3）按工作介质分： 气介、液体、固体等超声换能器．
（4）按工作状态分： 发射型、接收型、收发两用型超声换能器．
（5）按输入功率和工作信号分： 功率型、检测型、脉冲信号、调制信号和
直流电场E
剩余极化强度
电场作用下的伸长 (a)极化处理前
制作过程： 后 成型 烧成 上电极
极化
测试
电极：陶瓷上镀的一层金属（银、铜、金和镍）薄膜．
极化：在压电陶瓷上加一个强直流电场，使陶瓷中的电轴沿电场方向取向排列． 未极化的压电陶瓷由于其中的电轴取向杂乱排列，不具有压电效应．
厚度t 长a
施加压力 P ，晶体产生电压为 U
g 33
Up P
[米伏2 牛顿]
，则
p
(三)压电形变常数 h 3 3
施加一定压力，厚度增加
h33
Up ta
[伏
ta ，
米]
使产生电压 U
p
。则
电压 宽b
压电晶体
14
(四) 厚向机电耦合系数 K t
K t 愈大，转换效率愈高，应选取 K t 高的晶片。
缺点：性能与温度有关，机电耦合系数较小，损耗大，介电常数很小，不适合制作发 射型换能器．
9
4. 压电复合材料
§2一1压电材料及压电效应
{ } 压电材料 (通常是PZT) 高分子聚合物
按一定的方式相结合的材料 (PVF2—PZT)。
特点 ：低密度、低阻抗、低机械品质因数、高频带、高的抗机械冲击性能和低的横
现代监测技术.第二章(二)
四、监测系统的构成
信号检出 信号检出 ┇ 信号检出 信号转换 处理显示 信号转换 信号转换 处理显示 处理显示
接 口 总 线
存储 显示 分析 监控 判断 决策
信号检出：功能 --- 将被测信号的转换为电信号的变化 器件 --- 传感器（sensor, transducer） 信号转换：功能 --- 将传感器的输出信号转换为便于处理的形式 器件 --- 信号调理电路（signal conditioning circuit） 处理显示：功能 --- 分析、处理、显示
非接触式测温具有以下特点： （1）由于被计量物体与计量温度元件 不直接接触，所以可用来计量较高温 度，理论上辐射计量温度的方法是无 上限的。实际上，亮温法、色温法或 全辐射法的计量温度上限常在4000K左 右。光谱法往往可计量到几万开，甚 至几十万开。
（2）间接计量温度方法中常采用光电 元件作为接收器，其响应时间可达到毫 秒级或微秒级。 （3）可对物体温度场进行快速扫描，能 给出精细的热图像和物体的温度分布。 （4）可计量热容量小的物体，如金属薄 片等。间接计量温度的方法不会干扰被 计量对象的原来热状态，更不会引起温 度场的畸变，因此它的示值能够反应实 际热状态。
2.2.2 热电偶
(1) 工作原理: 两种不同导体构成闭合回路 两个节点（1、2）温度不同 热电势
接触电势： 不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势 k-波尔兹曼常数 e-电子电荷 kT N A E AB (T ) ln NA,NB-导体AB的自由电子密度→材料 e NB T-节点绝对温度 温差电势： 同一导体→两端温度不同→电子迁移（高→ 低） →电势
其它环节：通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、· · · · · · ) 存储、监控、决策
信号检出 信号检出 ┇ 信号检出 信号转换 处理显示 信号转换 信号转换 处理显示 处理显示
接 口 总 线
存储 显示 分析 监控 判断 决策
信号检出：功能 --- 将被测信号的转换为电信号的变化 器件 --- 传感器（sensor, transducer） 信号转换：功能 --- 将传感器的输出信号转换为便于处理的形式 器件 --- 信号调理电路（signal conditioning circuit） 处理显示：功能 --- 分析、处理、显示
非接触式测温具有以下特点： （1）由于被计量物体与计量温度元件 不直接接触，所以可用来计量较高温 度，理论上辐射计量温度的方法是无 上限的。实际上，亮温法、色温法或 全辐射法的计量温度上限常在4000K左 右。光谱法往往可计量到几万开，甚 至几十万开。
（2）间接计量温度方法中常采用光电 元件作为接收器，其响应时间可达到毫 秒级或微秒级。 （3）可对物体温度场进行快速扫描，能 给出精细的热图像和物体的温度分布。 （4）可计量热容量小的物体，如金属薄 片等。间接计量温度的方法不会干扰被 计量对象的原来热状态，更不会引起温 度场的畸变，因此它的示值能够反应实 际热状态。
2.2.2 热电偶
(1) 工作原理: 两种不同导体构成闭合回路 两个节点（1、2）温度不同 热电势
接触电势： 不同导体→自由电子密度不同→扩散→电势 k-波尔兹曼常数 e-电子电荷 kT N A E AB (T ) ln NA,NB-导体AB的自由电子密度→材料 e NB T-节点绝对温度 温差电势： 同一导体→两端温度不同→电子迁移（高→ 低） →电势
其它环节：通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、· · · · · · ) 存储、监控、决策
检测技术ppt
图2.19 变骨架高度式非线性电位器
图2.20 对称变骨架高度式非线性电位器
第2章 电阻式传感器
2.2.3 电位器式传感器应用
1．位移传感器
电位器式位移传感器常用于测量几毫米到几十米的 位移和几度到360°的角度。
电位器传感器结构简单，价格低廉，性能稳定，能 承受恶劣环境条件，输出功率大，一般不需要对输出信号 放大就可以直接驱动伺服元件和显示仪表。
电子工业出版社 《自动检测与转换技术》
第2章 电阻式传感器
2.2 电位器式传感器
电位式传感器可以测量位移、压力、加速度、容量、高度等多种物 理量。 电位器可分为线性电位器和非线性电位器。
2.2.1 线性电位器
线性电位器由绕于骨架上的电阻丝线圈和沿电位器滑动的滑臂，以 及安装在滑臂上的电刷组成。线绕电位器传感元件有直线式、旋转式或 两者相结合的形式。线性线绕电位器骨架的截面处处相等，由材料和截 面均匀的电阻丝等节距绕制而成。
后通过应变计和应变电桥，输出正比于被测位移的电量。它可用于近测或 远测静态或动态的位移量。
如图2.35（a）所示为国产YW系列应变式位移传感器结构。这种传感 器由于采用了悬臂梁-螺旋弹簧串联的组合结构，因此它适用于10～100mm 位移的测量。其工作原理如图2.35（b）所示。
1—测量头；2—弹性元件；3—弹簧；4—外壳；5—测量杆；6—调整螺母；7—应变计 图2.35 YW型应变式位移传感器
在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变成正比， 它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料， 弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性 变形量越小。
第2章 电阻式传感器
2.3.2 电阻的应变效应
金属的电阻应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸 或压缩）的大小而发生相应变化。
现代检测技术复习资料整理
答：用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差为：
A表：
第四章 阻抗型传感器
1.电位器主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻（或电压）输出。
2.电位器传感器的工作原理:电位器式传感器是由电阻器和电刷组成，当电刷触点C在电阻器 上移动时，A、C间的电阻就会发生变化，而且阻值 与触点的位移或角位移x成一定的函数关系。
3.按输入-输出特性，电位器传感器可分为线性电位器和非线性电位器两类。按结构形式，可分为线绕电位器和非线绕电位器两类。在线绕式电位器的电阻器与电刷相接处的部分，将导线表面的绝缘层去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的光滑而平整的接触道。
4.绕线电位器的优点：精度高、性能稳定、易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性。缺点：如阶梯误差、分辨力低、耐磨性差、寿命较低等。
传感器和敏感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而传感器是把非电量转换成电量。
5.常见的测量仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理？
答：常见的测量仪表有三种类型：普通模拟式检测仪表a、普通数字式检测仪表b、微机化检测系统c。
框图及（工作原理）：a、模拟式传感器、模拟测量电阻、模拟显示器。（在整个过程中，只是模数之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。）b、（模数转换式）模拟式传感器、模拟测量电路、A/D转换器、数字显示器。（模拟测量电路传感器输出的电量转换成直流电压信号，模数转换器把直流电压转换成数字量，最后由数字显示器显示测量结果。）或（脉冲计数式）数字式传感器、放大整形电路、计数器、数字显示器（准数字式传感器输出的频率或时间信号，放大整形后，由计数器进行计数，计数结果由数字显示器显示出来）.c、传感器、测量通道、微机、（数字显示器、数据记录仪、报警器）。（微机化检测系统通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟量电路和数字测量电路组成。[传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录仪记录下来。]）
A表：
第四章 阻抗型传感器
1.电位器主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻（或电压）输出。
2.电位器传感器的工作原理:电位器式传感器是由电阻器和电刷组成，当电刷触点C在电阻器 上移动时，A、C间的电阻就会发生变化，而且阻值 与触点的位移或角位移x成一定的函数关系。
3.按输入-输出特性，电位器传感器可分为线性电位器和非线性电位器两类。按结构形式，可分为线绕电位器和非线绕电位器两类。在线绕式电位器的电阻器与电刷相接处的部分，将导线表面的绝缘层去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的光滑而平整的接触道。
4.绕线电位器的优点：精度高、性能稳定、易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性。缺点：如阶梯误差、分辨力低、耐磨性差、寿命较低等。
传感器和敏感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而传感器是把非电量转换成电量。
5.常见的测量仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理？
答：常见的测量仪表有三种类型：普通模拟式检测仪表a、普通数字式检测仪表b、微机化检测系统c。
框图及（工作原理）：a、模拟式传感器、模拟测量电阻、模拟显示器。（在整个过程中，只是模数之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。）b、（模数转换式）模拟式传感器、模拟测量电路、A/D转换器、数字显示器。（模拟测量电路传感器输出的电量转换成直流电压信号，模数转换器把直流电压转换成数字量，最后由数字显示器显示测量结果。）或（脉冲计数式）数字式传感器、放大整形电路、计数器、数字显示器（准数字式传感器输出的频率或时间信号，放大整形后，由计数器进行计数，计数结果由数字显示器显示出来）.c、传感器、测量通道、微机、（数字显示器、数据记录仪、报警器）。（微机化检测系统通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟量电路和数字测量电路组成。[传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录仪记录下来。]）
检测技术第2章部分练习答案
第二章电阻传感器思考题与习题答案1. 单项选择题1）电子秤中所使用的应变片应选择____B____应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择____D____；一次性、几百个应力试验测点应选择廉价的____A____应变片。
A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器2）应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择____C____测量转换电路。
A. 单臂半桥B. 双臂半桥C. 四臂全桥D. 独臂3），热敏电阻测量转换电路调试过程的步骤是____A____。
若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往____G____调。
A. 先调节RP1（调零电位器），然后调节RP2（调满度位器）B. 同时调节RP1、RP2C. 先调节RP2，然后调节RP1D.调满度E..调零F.小G.大4）电热水器中的测温Rt（热敏电阻）应选择____A____热敏电阻；过热保护电路中，温度升高，继电器吸合控制中的Rt应选择____B____热敏电阻；过热时，继电器释放控制中的Rt应选择____C____热敏电阻。
A. NTC指数型B. NTC突变型C. PTC突变型5）MQN气敏电阻可测量____C____的浓度，TiO2气敏电阻可测量____D____的浓度。
A. CO２B. N2C. 气体打火机车间的有害气体D. 汽车排气管中剩余的氧气6）湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了____B____。
A. 提高灵敏度B. 防止产生极化、电解作用C. 减小交流电桥平衡难度7）当天气变化时，有时会发现在地下设施（例如地下室）中工作的仪器内部电路板漏电增大，机箱上有小水珠出现，磁粉式记录磁带结露等，影响了仪器的正常工作。
该水珠的来源是____C____。
A. 从天花板上滴下来的B.由于空气的绝对湿度达到饱和点而凝结成水滴C. 空气的绝对湿度基本不变，但气温下降，室内的空气相对湿度接近饱和，当接触到温度比大气更低的仪器外壳时，空气的相对湿度达到饱和状态，而凝结成水滴8）在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用____D____传感器来检测。
现代检测技术第二版课后习题
第二章课后习题作业2.1 为什么一般测量均会存在误差？解：由于检测系统不可能绝对精确，测量原理的局限，测量算法得不尽完善，环境因素和外界干扰的存在以及测量过程可能会影响被测对象的原有状态等因素，也使得测量结果不能准确的反映被测量的真值而存在一定误差。
2.2 什么叫系统误差？什么叫随机误差？它们产生的原因有哪些？解：在相同的条件下，多次重复测量同一被测参量时，其测量误差的大小和符号保持不变或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。
产生系统误差的原因：①测量所用工具本身性能不完善或安装布置调整不当；②在测量过程中因湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；③测量方法不完善或测量所依据的理论本省不完善。
在相同条件下多次重复测量同一被测参量时，测量误差的大小与符号的大小均无规律变化，这类误差称为随机误差。
产生随机误差的原因：由于检测仪器或测量过程中某些未知无法控制的随机因素综合作用的结果。
2.3 什么叫绝对误差？什么叫相对误差？什么叫引用误差？解：绝对误差是检测系统的测量值X 与被测量的真值X 0之间的代数差值△x 。
0X -X x =△相对误差是检测系统测量值的绝对误差与被测量的真值的比值δ。
%100X x⨯=△δ 引用误差是检测系统测量值的绝对误差Δx 与系统量程L 之比值γ。
%100Lx⨯=△γ 2.4 工业仪表常用的精度等级是如何定义的？精度等级与测量误差是什么关系？解：工业检测仪器常以最大引用误差作为判断精度等级的尺度，最大引用误差去掉百分号和百分号后的数字表示精度等级。
2.5被测电压范围是0～5V ，现有（满量程）20V 、0.5级和150V 、0.1级两只电压表，应选用那只电表进行测量？解：两种电压表测量所产生的最大绝对误差分别是： |ΔX 1max |=|γ1max | * L 1=0.5% * 20=0.1V |ΔX 2max |=|γ2max | * L 2=0.1% * 150=0.15V 所以|ΔX 1MAX |<|ΔX 2mac | 故选用20、0.5级电压表。
现代检测技术教程
33
2、 按检测方法来分
RP
R1
E
R
R2 Us
V Ux
微差法原理图
34
2、按检测方法来分
2）间接测量
不直接测量待求量x的值，而是对与待求量x 有确定性函数的其他若干物理量 （y1,y2,…yn）进行直接检测，然后通过已 知的函数关系求出该待求量x的值，即x=f （y1,y2,…yn） 间接测量要复杂些，只有对于那些用直接检 测不方便时，或直接检测误差较大时，或没 有相应的仪表来直接检测时，才采用间接检 测。
对象进行检出、变换、分析、处理、 判断、控制、显示等环节的有机统 一的综合过程。
6
一、检测的定义
7
二、检测技术的发展
检测技术是一门古老的技术 学科，也是一门迅速发展的新兴 学科。
8
二、检测技术的发展
9
二、检测技术的发展
10
二、检测技术的发展
11
二、检测技术的发展
经历了四代检测仪 器，…… 直 观 检 测 量
虚拟仪器技术
什么是虚拟仪器？
虚拟仪器是在以通用计算机为 核心的硬件平台上，由用户设计定 义、具有虚拟面板、其测试功能由 测试软件实现的一种计算机仪器系 统。
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虚拟仪器系统
Hardware & Driver Software
GPIB Serial DAQ VXI
Application • Measurement Software Studio
2、按检测方法来分
例如：铂电阻温度计，其电阻值与温度间存在 函数关系：
式中：Rt—在t℃时铂电阻值（Ω） R0—在0℃时铂电阻值（Ω） a、b—铂电阻的温度系数（Ω/℃）
现代检测技术的理论基础
1
40
第1章 现代检测技术的理论基础
3. 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
1
41
第1章 现代检测技术的理论基础
1.2.3 粗大误差 常用的几种准则: 1. 3ζ准则 如果一组测量数据中某个测量值的残余误差的绝对值
1
17
第1章 现代检测技术的理论基础
1． 测量误差的表示方法 （1） 绝对误差 绝对误差 = 测量值-真实值
1
18
第1章 现代检测技术的理论基础
（2） 相对误差
相对误差 = 绝对误差/真实值
1
19
第1章 现代检测技术的理论基础
（3） 引用误差
100% 测量范围上限- 测量范围下限
pi vi2
i 1
m
(m 1) pi
i 1
1 50
m
第1章 现代检测技术的理论基础
• 1.2.4 测量数据处理中的几个问题
•
1. 测量误差的合成
• 误差的合成问题:各局部误差对整个测量系统影响.
• 误差的合成:若已知各环节的误差而求总的误差.
• 误差的分配:总的误差确定后, 要确定各环节具有多大 误
x 代替之,
x
1
33
第1章 现代检测技术的理论基础
3.正态分布的概率计算 正态分布的概率函数为 Y = f(v) =
v2 2a 2
1 2
e
故
ydv 100% 1
1
34
第1章 现代检测技术的理论基础
检测技术基础知识
(2-14)
相应的有限离散数字信号序列：｛x(k)｝(k=1,2,…,N)的平
均功率(均方值)和有效值(均方根值)计算式分别为
平均功率：
xMS
1 N
N
x2 (k )
k 1
(2-15)
有效值：
xRMS
1 N x2(k) N k 1
(2-16)
第2章 检测技术的基础知识
Ⅲ.峰值和双峰值
第2章 检测技术的基础知识
2)随机误差的处理方法 (1)若无系统误差存在，当测量次数n无限增大
时，测量值的算术平均值与真值就无限接近。 (2)极限误差也称最大误差，是对随机误差取值
最大范围的概率统计。工程上常用±3σ估计随机误 差的范围。取±3σ作为极限误差，超过±3σ者作 为疏失误差处理。
第2章 检测技术的基础知识
第2章 检测技术的基础知识
2.1.2 测量误差的表示方法
1.绝对误差
测量值（即示值）x与被测量的真值x0之间的代 数差值Δx称为测量值的绝对误差，即
2.相对误差
Δ x=x-x0
（2-1）
测量值（即示值）的绝对误差Δx与被测参量真
值x0的比值，称为检测系统测量值（示值）的相对
误差δ，该值无量纲，常用百分数表示，即
当n为偶数时
k
n
M vi vi
当n为奇数时 i1
k 1
取 kn 2
（2-6）
k
n
M vi vi
i 1
k
(2)周期性系统误差的检查
取 k n 1 （2-7） 2
第2章 检测技术的基础知识
2）系统误差的消除
Ⅰ 引入修正值法 Ⅱ 零位式测量法 Ⅲ 替换法（替代法、代替法） Ⅳ 对照法（交换法） Ⅴ 交叉读书法 Ⅵ 半周期法
现代检测技术PPT.
特点： 简单实用， 需要大量的样本(数据)，对测量误差较为敏感。 所建立的模型具有一定的应用范围限制(外延性不好)。
以最小二乘原理为基础的一元和多元线性回归技术目 前已相当成熟，常用于线性模型的拟合。
③ 基于神经网络方法
基于人工神经网络的软测量是近年来研究最多、发展Biblioteka 快和应用范围很广泛的一种软测量技术。
3）测量数据处理 软测量结果的可靠性在很大程度上依赖于测量数据的准
确性和有效性，因此，数据处理是软测量技术应用的一个 重要方面。 基本内容：数据校正、数据变换 ①数据校正 a. 随机误差处理 常用方法： 滤波法：
高通、低通，数据平滑。 数据协调技术
基于平衡关系建立以估计值与测量值的方差为最小的优 化估计模型，为测量数据提供一个最优估计，并据此检测 数据误差。
现代检测技术
优选现代检测技术
技术基础 硬件基础：
新材料、新传感器件的开发。 精密机械、微电子技术的发展。 基础理论和技术： 应用物理、应用化学、材料科学、生物科学领域的基本 理论及科研成果； 软件基础： 包括微处理器系统在内的微电子技术、通信技术、数据 处理技术、计算机软件技术、参数估计和识别技术，数 据融合技术。 应用方法： 基于测量机理或模型辨识的传感器模型的求取； 测量公式、神经元网络，或知识库形式的表达。 基于信号（数据）分析与处理的参数预估和识别。
（2）如果摔伤后，在四肢部位有大血管破裂，出血量很能多，应马上找些橡皮管、布带、绷带作为止血带在大腿根部上肢腋窝处勒紧 止血。
4）软测量模型的建立 构造软仪表的本质就是建立数学模型（软测量模型） 问题。是软仪表的核心。
软测量模型： 表征辅助变量和主导变量之间的数学关系。
注意：与一般系统数学模型的区别： 一般数学模型：描述系统的动态或静态特征，用于系
以最小二乘原理为基础的一元和多元线性回归技术目 前已相当成熟，常用于线性模型的拟合。
③ 基于神经网络方法
基于人工神经网络的软测量是近年来研究最多、发展Biblioteka 快和应用范围很广泛的一种软测量技术。
3）测量数据处理 软测量结果的可靠性在很大程度上依赖于测量数据的准
确性和有效性，因此，数据处理是软测量技术应用的一个 重要方面。 基本内容：数据校正、数据变换 ①数据校正 a. 随机误差处理 常用方法： 滤波法：
高通、低通，数据平滑。 数据协调技术
基于平衡关系建立以估计值与测量值的方差为最小的优 化估计模型，为测量数据提供一个最优估计，并据此检测 数据误差。
现代检测技术
优选现代检测技术
技术基础 硬件基础：
新材料、新传感器件的开发。 精密机械、微电子技术的发展。 基础理论和技术： 应用物理、应用化学、材料科学、生物科学领域的基本 理论及科研成果； 软件基础： 包括微处理器系统在内的微电子技术、通信技术、数据 处理技术、计算机软件技术、参数估计和识别技术，数 据融合技术。 应用方法： 基于测量机理或模型辨识的传感器模型的求取； 测量公式、神经元网络，或知识库形式的表达。 基于信号（数据）分析与处理的参数预估和识别。
（2）如果摔伤后，在四肢部位有大血管破裂，出血量很能多，应马上找些橡皮管、布带、绷带作为止血带在大腿根部上肢腋窝处勒紧 止血。
4）软测量模型的建立 构造软仪表的本质就是建立数学模型（软测量模型） 问题。是软仪表的核心。
软测量模型： 表征辅助变量和主导变量之间的数学关系。
注意：与一般系统数学模型的区别： 一般数学模型：描述系统的动态或静态特征，用于系
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1978年：16位处理器8086 1979年：准16位处理器8088。1981年IBM推出IBM PC/XT采用8088。PC体系结构的开发性使得IBM PC/XT 取得巨大的成功，同时奠定了x86在通用计算机统治地 位…（还有现在的Microsoft）
从应用角度，x86可以视作Intel CPU的“内核” 微机化测控系统的发展（IEEE488 GPIB，IEEE488.2，到
内存
存储总线
AGP
…
接口控制
接口控制ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二级总线 PCI转换桥 PCI-ISA/EIAS PCI总线 控制器
PCI局部总线 SCSI/ SAS IDE/ SATA 设备总线
PCI 兼容 设备
USB
LAN
错误报告 仲裁(仅主 设备) 系统
中断
三级总线
ISA/EISA总线 ISA卡 EISA卡 …
PCI局部总线
调用动态链接库中的函数
// 动态连接库句柄
HINSTANCE hDaq;
// 函数指针变量定义 DWORD(* lpInitDevice)(char*); … // 加载DAQ.DLL动态链接库 hDaq = LoadLibraryEx( "Daq.dll", NULL, 0 ); // 获取动态链接库中的函数InitDevice lpInitDevice = (DWORD(*)(char*))GetProcAddress(hDaq, “InitDevice”); // 调用InitDevice DWORD ret = lpDevice("Daq0");
if(ret == -1) {
//错误处理 }
可选引脚 AD[63::32] C/BE[7::4]# PAR64 REQ64# ACK64# LOCK# SMBCLK SMBDAT PME# CLKRUN# INTA# INTB# INTC# INTD# TDI TDO TCK TMS TRST#
Cache
微处理器
一级总线
64位扩展
CPU总线 存储控制器 /PCI桥 显卡 音频 视频 PCI卡
ISA: Industry Standard Architecture
16位ISA总线（EISA）
必选引脚 地址/数据 AD[31::0] C/BE[3::0]# PAR FRAME# TRDY# IRDY# STOP# TRDY# DEVSEL# IDSEL PERR# SERR# REQ# GNT# CLK RST#
工业控制机数据采集系统
驱动程序（Device Driver）是操作系统与硬件设备通信的特殊程序。 操作系统只有通过设备驱动程序才能控制硬件设备的工作。 Windows设备驱动程序通常由设备生产商开发并提供给用户。
编程接口（Application Programming Interface）提供一组功能函 数，用户应用（Application）调用这组函数实现特定的功能。 编程接口通常以库方式提供，有静态库（Library）和动态链接库（DLL） 两种形式。（这两种库有什么差异？）
应用程序中对动态链接库函数的声明
API文档中，DLL中定义的函数如下：
long InitDevice(char * deviceName); 功能：初始化设备
参数：设备名，PCI-1714的设备名Daqn，其中n为设备序号
返回值：成功时返回0；否则返回-1
应用程序中对应的定义：
DWORD (* lpInitDevice )(char *);
现在的 NI公司的HS488和LabView）
微机测试系统实例。南理工高膛压微机测试系统
Intel 8086 CPU
从8086（3微米工艺 29000个晶体管）到现在Core i7 4700（22纳米工艺）， x86/x64开启并统治了一个时代（请注意工艺技术的数量级！）
x86系统及其8位ISA总线
PCI卡
PCI卡
… USB设备 通信总线
JTAG
PCI: Peripheral Component Interconnect
PCI总线及基于PCI总线的计算机系统
北桥
它主要负责 CPU 与内存之间的数据交换，并控制 AGP 、 PCI数据在其内部的传输，是主板性能的主要决定因素。
南桥
南桥芯片主要是负责 I/O接口等一些外设接口的控制、 IDE设备的控制及附加功能等等。常见的有 VIA的 8235、 8237等；Intel的CH4、CH5、CH6等