地下工程监测与检测技术第二章 测试技术基础知识及传感器的原理PPT课件

感受部分
传输部分
处理部分
显示部分
传感器
各种线缆
信号处理器、变换器
输出设备
测度仪
电缆
测斜管
测头
3. 信号处理系统 信号处理系统是将测量系统的输出信号进一步进行处理以排除干扰。 计算机中需设计智能滤波等软件，以排除测量系统中的噪声干扰和偶
然波动，提高所获得信号的置信度。 对模拟电路，要用专门的仪器或电路（如滤波器等）来达到这目的。
种关系在时间域内可以用微Biblioteka Baidu方程或权函数表示，在频率内可用传 递函数或频率响应函数表示。
四.测试系统的选定原则
1. 灵敏度
灵敏度高意味着能检测到被测物理量极微小的变化，但灵敏度愈 高，往往测量范围愈窄，稳定性也愈差。在选择仪器时，最好选择 灵敏度有若干挡可调的仪器，以满足在不同的测试阶段对仪器不同 灵敏度的测试要求。
4. 显示和记录系统
显示和记录系统是测试系统的输出环节，是将对被测对象所测得的 有用信号及其变化过程显示或记录（或存储）下来。数据显示可以用各 种表盘、电子示波器和显示屏来实现，而数据记录则可采用函数记录仪 、光线示波器等设备来实现。
二. 测试系统的主要性能指标
1. 测试系统的精度和误差
测试系统的精度是指测试系统给出的指示值和被测量的真值的接 近程度。精度与误差是同一概念的两种不同表示方法。测试系统的精 度越高，其误差越低，反之精度越低，则误差越大。
2. 测试系统的动态传递特性
当系统的输入量与输出量随时间而变化时，测试系统所具有的特 性就称为动态特性。在动态测试时，必须考察测试系统的动态传递 特性，尤其要注意系统的工作频率范围。
时间响应和频率响应是动态测试过程中表现出的重要特性，也 是分析测试系统动态特性的主要内容。
测试系统的动态特性是描述输出y(t)和输入x(t)之间的关系。这
标定曲线的种类
求取静态标定曲线，通常以标准量作为输入信号并测出对应的输 出，将输入与输出数据描在坐标纸上的相应点上，再用统计法求出 一条输入—输出曲线。标准量的精度应较被标定系统的精度高一个 数量级。
2）测试系统的主要静态特性参数
➢ 线性度 ➢ 灵敏度 — 分辨率，检测到的最小输入增量 ➢ 分辨力 — 量测上下限 ➢ 测量范围和量程 ➢ 迟滞 — 多次量测下，输入输出曲线的不一致性 ➢ 重复性 ➢ 零漂和温漂 零漂，传感器无输入或输入另一值时，每隔一定时
S y x
为校准曲线与理想拟合直线
max
之间的最大偏差
YFS为传感器满量程输出平均值
note：基准直线不同，线性度不同。
✓ 迟滞(回程误差)
在相同测试条件下和全量程范围内，当输入由小增大和由大 减小的行程中，同一输入值所得到的两个输出值之间的最大差值 hmax与A的比值的百分率。
h
hmax A
100%
地下工程试验采用的荷载系统除液压式外，还有重力式、 杠杆式、液压式、弹簧式和气压式等。
2. 测量系统
测量系统由传感器、中间变换和测量电路组成，它把被测量 （如力、位移等）通过传感器变成电信号，经过后接仪器的变换、 放大、运算，变成易于处理和记录的信号。传感器是整个测试系 统中采集信息首要的关键环节，它的作用是将被测非电量转换成 便于放大、记录的电量。
地下工程监测与检测技术
第二章 测试技术基础知识及传感器的原理
内容提要
测试系统的组成 测试系统的主要性能指标 测试系统的静动态传递特性 测试系统的选定原则 传感器的一般原理 常用传感器 电阻应变片量测原理和技术 传感器的选择和标定
传感器基础知识 测试技术基础知识
第一节 测试技术基础知识
测试 测试是以确定量值为目的的一系列操作；由测试所获得的被测
绝对误差 x （x 仪器指示值） A（0 真值）
相对误差
x
（x 仪器指示值） A（0 真值） A（0 真值）
引用误差
y
（x 仪器指示值） A（0 真值） X（m 仪器的测量上限）
2.稳定性
仪器示值的稳定性有两种指标。一是时间上的稳定性，以稳定度 表示；二是仪器外部环境和工作条件变化所引起的示值不稳定性， 以各种影响系数表示。
三.测试系统的静动态传递特性
1. 测试系统的静态传递特性
1) 静态方程和标定曲线
当测试系统处于静态测量时，输入量x和输出量y不随时间 而变化，将变成代数方程：
y a0 x Sx b0
系统的静态传递特性方程，斜率S（也称标定因子）是常数。 表示静态（或动态）方程的图形称为测试系统的标定曲线（又称 特性曲线，率定曲线，定度曲线）。
的量值叫测试结果。
x n x 被测试值；n 标准量，即测试单位；
比值(纯数)，含有测试误差；
测试过程
传感器量测
变化、传输、处理
被测对象
测试信息
被测试的量值
一.测试系统的组成
被测对象
传感器
信号变换、 测量电路
指示仪器 记录仪器 数据处理仪器
打印机
荷载系统
测量系统
显示与记录系统
1.荷载系统
荷载系统是使被测对象处于一定的受力状态下，使与被 测对象（试件）有关的力学量之间的联系充分显露出来，以 便进行有效测量的一种专门系统。
5.传递特性
传递特性是表示测量系统输入与输出对应关系的性能。 测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。描述测 试系统静态测量时输入—输出函数关系的方程、图形、参数称为测 试系统的静态传递特性。描述测试系统动态测量时的输入—输出函 数关系的方程、图形、参数称为测试系统的动态传递特性。作为静 态测量的系统，可以不考虑动态传递特性，而作为动态测量的系统 ，则既要考虑动态传递特性，又要考虑静态传递特性。
间，其输出值偏离原始值的最大偏差与满量程的百分比；温漂 ， 温度每升高1度，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比。
✓ 线性度(直线度) 标定曲线与理想直线的接近程度：
ef
max YFS
100%
✓ 灵敏度
对测试系统输入一个变化量 Δx， 就会相应地输出另一个变化量 Δ y，则 测试系统的灵敏度为：
稳定性是由于仪器中随机性变动、周期性变动、漂移等引起的示 值变化，一般用精密度的数值和时间长短同时表示。
3.测量范围（量程）
系统在正常工作时所能测量的最大量值范围，称为测量范围， 或称量程。在动态测量时，还需同时考虑仪器的工作频率范围。
4.分辨率
分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变化值，也叫灵敏 阈。一般来说，分辨率的数值愈小愈好。