自动检测技术及应用读书报告

自动检测技术及应用读书报告[摘要]自动检测技术是自动化科学技术的一个重要分支科学，是在仪器仪表的使用、研制、生产、的基础上发展起来的一门综合性技术。

是计算机技术、微电子技术、测量技术、传感技术等学科共同发展的产物。

本文首先介绍了检测与测量技术的基础概念、检测原理、测试方法步骤，然后讲诉了测试传感器的基本知识，以及常用传感器的分类和选取方法，最后介绍了检测系统中的关键技术：信号处理技术、干扰抑制技术。

[关键词]：自动检测技术；传感器；误差；干扰抑制；响应速度目录1.引言 (1)2.自动检测技术简介 (1)2.1 自动检测系统的概念 (1)2.2 自动检测系统的组成 (1)2.3 自动检测系统的工作原理 (2)3.传感器基本知识 (2)3.1传感器的分类 (3)3.2 传感器选择原则 (3)4.数据处理 (4)4.1 测量结果的数据分析及其处理 (4)4.1.1 误差特性 (4)4.1.2 测量结果的数据处理的步骤 (4)4.1.3 测量系统静态误差合成 (5)4.2 抗干扰处理 (5)结束语 (6)参考文献 (6)1.引言测量是借助专用的技术和设备，通过实验和计算等方法取得被测对象的某个量的大小和符号；或者取得一个变量与另一个变量之间的关系，如变化曲线等，从而掌握被测对象的特性、规律或控制某一过程等等。

测量是获取被测对象量值的惟一手段，它是将被测量与同性质的标准量通过专用的技术和设备进行比较，获得被测量对比标准量的倍数。

标难量是由国际上或国家计量部门所指定的，其特性是足够稳定的。

“检测技术是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施”。

自动检测是指在计算机控制的基础上，对系统、设备进行性能检测和故障诊断。

他是性能检测、连续监测、故障检测和故障定位的总称。

实现自动检测不仅可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，而且可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。

2.自动检测技术简介2.1 自动检测系统的概念自动检测系统是指能自动完成测量、数据处理、显示（输出）测试结果的一类系统的总称。

他是在标准的测控系统总线和仪器总线的基础上组合而成，采用计算机、微处理器作控制器通过测试软件完成对性能数据的采集、变换、处理、显示等操作程序。

自动检测目的一是将被测参数直接测量并显示出来，以告诉人们或其他系统有关被测对象的变化情况，即通常而言的自动检测或自动测试；二是用作自动控制系统的前端系统，以便根据参数的变化情况做出相应的控制决策，实施自动控制。

2.2 自动检测系统的组成自动检测系统（ATS）是一个不断发展的概念，随着各种高新技术在检测领域的运用，它不断被赋予各种新的内容和组织形式。

当前自动检测系统的基本组成如图1所示，包括控制器、激励信号源、测量仪器、开关系统、适配器、人机接口、检测程序。

2.3 自动检测系统的工作原理1)控制器控制器是自动检测系统的核心，它由计算机构成。

其功能是管理检测周期，控制数据流向，接收检测结果，进行数据处理，检查读数是否在误差范围内，进行故障诊断，并将检测结果送到显示器或打印机。

控制器是在检测程序的作用下，对检测周期内的每一步骤进行控制，从而完成上述功能的。

2)激励信号源激励信号源是主动式检测系统必不可少的组成部分．其功能是向被测单元（UUT）提供检测所需的激励使号。

根据各种UUT的不同要求，激励装置的形式也不同，如交直流电源、函数发生器、D／A变换器、频率合成器、微波源等。

3)测量仪器测量仪器的功能是检测UUT的输出信号．根据检测的不同要求，测量仪器的形式也不同，如数字式多用表，频率计，A／D变换器及其它类型的检测仪器等。

4)开关系统开关系统的功能是控制UUT和自动检测系统中有关部件间的信号通道。

即控制激励信号输入UUT，和UUT的被测信号输往测量装置的信号通道。

5)适配器适配器的功能是实现UUT与自动检测系统之间的信号连接。

6)人机接口人机接口的功能是实现操作员和控制器的双向通信。

常见的形式为，操作员用键盘或开关向控制器输人信息，控制器将检测结果及操作提示等有关信息送到显示器显示。

显示器的类型有阴极射线管（CRT）显示器、液晶（LCD）显示器、发光二级管（LED）显示器或灯光显示装置等。

当需要打印检测结果时，人机接口内应配备打印机。

7)检测程序自动检测系统是在检测程序的控制下进行性能检测和故障诊断的。

检测程序完成人机交互、仪器管理和驱动、检测流程控制、检测结果的分析处理和输出显示、故障诊断等，是自动检测系统的重要组成部分。

3.传感器基本知识传感器（transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器是自动检测技术中的核心原件，是实现自动检测和自动控制的首要环节。

3.1传感器的分类传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。

如今传感器的种类很多，尚无统一分法，通常可按如下分类：1)按检测对象分，如温度、压力、位移、速度等，相应的有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等；2)按传感器的工作原理分，如光电、压电、热阻等，相应的有光电传感器、压电传感器、热电式传感器等。

3.2 传感器选择原则传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。

测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型哪一种原理的传感器更为合适，需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量。

2)灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。

传感器的灵敏度是有方向性的。

当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

3)频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

4)线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。

以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。

传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。

在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。

当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

5)稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。

影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。

因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

6)精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。

传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。

4. 数据处理数据处理是自动检测系统的基本环节。

数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。

针对自动检测系统的数据处理主要是数据的数/模转换，测量误差的分析处理，以及抗干扰处理。

4.1 测量结果的数据分析及其处理对测量结果数据分析处理主要体现有两点：一是得到最接近被测量的近似值；二是估计出测量的误差．即得出测量结果的近似值的范围。

4.1.1 误差特性1) 随机误差的统计特性当对同一被测量值进行多次等精度的重复测量，这些测量值都含有误差，就误差的总体而言，具有统计规律性——正态分布。

若测量列中不包含系统误差和粗大误差，则该测量列中的随机误差一般具有集中性、对称性和有界性。

2) 系统误差的统计特征系统误差的特征是在同一条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定的规律变化。

3) 粗大误差的判别准则判别粗大误差常采用σ3准则，σ为方均根误差，即规定了一个评定单次测量结果离散性大小的标准，即112-=∑=n V n j jσ 对于某一测量列，若各测量值只含有随机误差，根据随机误差的正态分布规律，其残余误差j V 落在σ3±以外的可能性约为0.3％。

因此，若在测量列中发现有大于σ3的残余误差的测量值即当σ3>j V 时，应予以剔除。

4.1.2 测量结果的数据处理的步骤1) 将一系列等精度测量的读数xj(j=1、2、3、···n 可能消除系统误差)。

2) 求出测量j x 列的算术平均值x 。

3) 计算出各测量值的残余误差)(x X V V j j j -=。

4) 检查∑==n j j V 10的条件是否满足。

若不满足，说明计算有错误，需再计算。

5) 在每个残余误差旁列出2j V ，然后求出均方根误差σ。

6) 判别是否存在粗大误差(即是否有σ3>j V 的数)，若有，应舍去此读数j X ，然后从第2条重新计算。

7) 在确定不存在粗大误差(即σ3≤j V )后，求出算术平均值的标准差σ。

8) 写出最后的测量结果σ3±=x x ，并注明置信概率(99.7％)。

4.1.3 测量系统静态误差合成一个测量系统一般由多个测量单元组成．这些测量单元在测量系统中为若干环节，为了确定整个系统的静态误差，需将每一个环节的静态误差综合起来，这就是所谓的静态误差的合成。

合成的方法有：1) 绝对值合成法：此法是从最不利的情况出发的合成方法，即认为在n 个环节i γ中有可能同时出现正值或同时出现负值，则总的合成静态误差为每个环节误差的绝对值之和；2) 方均根合成法：当系统的误差大小和方向都不能确切掌握时，可以按处理随机误差的方法来处理系统的误差。

4.2 抗干扰处理干扰在测试系统中是无用信号，它会在测量结果中产生误差。

因此，要获得良好的测量结果，就必须研究干扰来源及抑制措施。

各种噪声源产生的噪声，必然要通过各种耦合通道进入仪表，对测量结果引起误差。

根据干扰进入测量电路方式不同，可将干扰分为差模干扰和共模干扰两种；根据干扰来源不同，可将干扰分为外来干扰和内部干扰两种。