传感器与检测技术第二版胡向东著第十四章现代检测技术资料讲义
42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)
又
2 2f 200 T ，所以： 0 0.523ms
取 0.523ms ， 2f 2 50 100
1 1 ( ) 2 幅值误差： A( ) 1
所以有： 1.32% A() 0
1 100% 1.32%
0 t<0 x(t) { 1 t0 单位阶跃信号：
X(s) L[x(t)] x(t)e st d t
0
进行拉氏变换：
1 s
H(s)
一阶系统传递函数：
Y(s) 1 X(s) 1 s
1 1 1 1 s s s s 1
t /
Y(s) H(s) X(s)
解：①非线性误差： 取六次测量结果的平均值作为输出测量值，即
x :0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
y :0.64 4.04 7.47 10.93 14.45
设拟合直线方程为： y a0 a1 x
0.64 4.04 L 7.47 10.93 14.45 则
0.10 14.45
ˆ ：0.604 4.055 y
7.506 10.957 14.408 0.036 0.027 0.042
∴
：0.036
0.015
Lmax 0.042
∴非线性误差为： L ②迟滞误差： 第一循环： 第二循环: 第三循环： ∴
0.042 100% 0.3% 14.5 0.5
Rmax 0.08 100% 100% 0.5714% yFS 14
4
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
传感器与自动检测技术 胡向东 教案
传感器与自动检测技术胡向东教案传感器与自动检测技术胡向东教案1. 介绍传感器与自动检测技术的背景和意义1.1 传感器的定义和作用传感器是一种能够感知和测量物理、化学或生物量的设备，广泛应用于各个领域，包括工业制造、医疗健康、环境监测等。
1.2 自动检测技术的定义和作用自动检测技术是通过传感器等装置实现对目标对象的实时、连续、准确检测和监测的技术，能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量等。
1.3 传感器与自动检测技术的决定因素传感器与自动检测技术的发展受到多个因素的影响，包括科技进步、市场需求、应用场景等。
2. 传感器与自动检测技术的分类与原理2.1 传感器的分类2.1.1 按测量物理量分类：温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
2.1.2 按传感原理分类：电学传感器、光学传感器、磁性传感器等。
2.2 自动检测技术的原理自动检测技术的实现主要通过传感器的感知获得目标对象的相关信息，并通过算法处理和分析实现对目标对象状态的判断和检测。
3. 传感器与自动检测技术的应用领域3.1 工业制造领域3.1.1 生产过程监测与控制传感器与自动检测技术可以实时监测和控制生产过程中的参数和状态，提高生产效率和产品质量。
3.1.2 安全监测与预警通过传感器与自动检测技术可以及时检测和预警生产环境中的异常情况，保障工作人员的安全。
3.2 医疗健康领域3.2.1 生命体征监测传感器与自动检测技术可以实时监测和记录患者的生命体征数据，为医疗诊断和治疗提供依据。
3.2.2 健康管理与远程监护通过传感器与自动检测技术可以实现对个人的健康状态进行实时监测和管理，并能够实现远程医疗服务。
3.3 环境监测领域3.3.1 空气质量监测传感器与自动检测技术可以实时监测和评估大气中的污染物浓度，为环境保护提供数据支持。
3.3.2 水质监测通过传感器与自动检测技术可以对水体的PH值、溶解氧含量等关键参数进行实时监测和评估。
4. 传感器与自动检测技术的挑战与发展趋势4.1 挑战4.1.1 技术问题传感器与自动检测技术在应对复杂环境、多参数检测等方面仍存在一定难题。
传感器与检测技术第2版教学大纲作者胡向东实验指导.doc
“传感器与检测技术”实验指导书1实验教学大纲一、适用专业：口动化、测控技术与仪器、电气工程与口动化、机械设计制造及其口动化等专业二、地位、作用和任务《传感器与检测技术》课程属于适用专业大学本科学生的必修专业基础课程。
传感器具有检测某种变量并把检测结果传送出去的功能，它们广泛应用于牛产实践和科学研究小，是获取、处理、传送各种信息的基本元件。
特别是现代大规模工业生产，儿乎全都依靠各种控制仪表或计算机实现口动控制，为保证口动控制系统的正常运行，必须随时随地把生产过程的各种变最提供给控制仪表或计算机。
要想正确及时地掌握生产过程或科研对象的各种信息, 就必须具备传感器与检测技术方面的知识。
本部分旨在以实验和课程设计的形式进一步加强学生対各类传感器与检测技术的原理与应用的深入理解，将理论与实践有机地结合起來，学以致用。
主要任务是：1、通过理论学习和实验操作，掌握各类传感器的棊木工作原理；2、了解各类传感器的特性和应用方法；3、学握基本的误差与测量数据处理方法。
三、教学基本要求通过传感器与检测技术实验的棊木训练，使学生在冇关传感器与检测技术的实验方法和实验技能方血达到下列要求：（1）能够自行或在教师的指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序；（2）能够学握常用传感器的性能、调试和使用方法；（3）能够通过实验完整学握各类传感器的基本工作原理；（4）能够在接受传感器与检测技术基本实验技能的训练后，进行开放性实验，以提高综合实验能力。
四、实验内容实验一金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较（验证）实验二差动变压器特性及应用（综合）实验三差动螺线管电感式传感器特性（设计）实验四差动变面积式电容传感器特性（验证）实验五压电加速度传感器特性及应川（验证）实验六磁电式传感器特性（验证）实验七崔尔式传感器特性（验证）实验八热敏电阻测温特性（设计）实验九光纤位移传感器特性及应川（验证）实验十汽车防撞报警系统设计（设计）五、实验教材主要教材：《传感辭与检测技术学习指导（实验部分）》六、考核方法根据实验操作效果、实验态度、实验报告撰写结果等进行综合评定。
CH13新型传感器传感器与检测技术第2版胡向东授课教案
第13章新型传感器（知识点）知识点1 智能传感器智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断、量程自动转换、漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。
与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地结合在一起，充分利用微处理器进行数据分析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，从而具有了一定的人工智能，弥补了传统传感器性能的不足，使采集的数据质量得以提高。
13.1.1 智能传感器的特点与传统传感器相比，智能传感器有以下持点:（1）精度高（2）高可靠性与高稳定性（3）高信噪比与高分辨率（4）自适应性强（5）性能价格比高13.1.2 智能传感器的作用一般来说，智能传感器具有以下三方面的作用。
（1）提高测量精度（2）增加功能（3）提高自动化程度13.1.4 智能传感器的实现（1）集成化实现（2）非集成化实现（3）混合实现知识点2 模糊传感器出现于20世纪80年代末，近年迅速发展起来的模糊传感器是在传统数据检测的基础上，经过模糊推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形式输出测量结果的一类智能传感器。
显然，模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语言符号的产生及其处理。
模糊传感器的“智能”之处在于：它可以模拟人类感知的全过程，核心在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性。
它不仅具有智能传感器的一般优点和功能，而且还具有学习推理的能力，具有适应测量环境变化的能力，并且能够根据测量任务的要求进行学习推理。
另外，模糊传感器还具有与上级系统交换信息的能力，以及自我管理和调节的功能。
模糊理论应用于测量中的主要思想是将人们在测量过程中积累的对测量系统及测量环境的知识和经验融合到测量结果中，使测量结果更加接近人的思维。
模糊传感器由硬件和软件两部分构成。
模糊传感器的突出特点是其具有丰富强大的软件功能。
模糊传感器与一般的基于计算机的智能传感器的根本区别在于它具有实现学习功能的单元和符号产生、处理单元，能够实现专家指导下的学习和符号的推理及合成，从而使模糊传感器具有可训练性。
CH14参数检测含答案传感器与检测技术第2版习题及解答
第14章参数检测一、单项选择题1、根据测量方式的不同，测量方法可以分为（）A、直接测量、间接测量和组合测量B、偏差式测量、零位式测量和微差式测量C、等精度测量和非等精度测量D、静态测量和动态测量2、用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件不同时，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（）A．动态测量 B．静态测量C．组合测量 D．不等精度测量3、下列测量方法属于组合测量的是（）。
A. 用电流表测量电路的电路B. 用弹簧管压力表测量压力C. 用电压表和电流表测量功率D. 用电阻值与温度关系测量电阻温度系数4、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（）A．组合测量 B．静态测量C．等精度测量 D．零位式测量二、多项选择题1、测量通常包括哪两个过程（）A、能量形式的一次或多次转换过程B、将被测变量与标准量进行比较的过程C、信号获取过程D、结果显示过程2、下列测量方法属于组合测量的是（）。
A. 用电流表测量电路的电流B. 用弹簧管压力表测量压力C. 用电压表和电流表测量功率D. 用电阻值与温度关系测量电阻温度系数三、填空题1、测量是以为目的的一系列操作。
2、目前，流量测量的方法一般可分为三类：流量检测方法、流量检测方法和流量检测方法。
3、以确定被测值为目的的一系列操作，称为。
四、简答题1、试写出至少5种参数检测的一般方法。
2、简述物位测量的主要方式有哪些？3、试述转速检测的主要方法与特点。
4、检测技术的发展趋势是什么？5、什么是等精度测量和非等精度测量？6、什么是直接测量、间接测量和组合测量？7、什么是测量？8、测量方法是如何进行分类的？9、测量系统的结构是什么？10、测量系统是如何分类的，各有何特点？11、实现参数检测的一般方法主要有哪些？12、简述温度量的主要检测方法。
13、简述压力量的主要检测方法。
14、流量一般有哪几种检测方法？15、物位的检测方法主要有哪几种？16、气体成分检测的主要方法与原理是什么？17、简述湿敏传感器的分类及其特点。
《传感器与检测技术胡向东第》习题解答
答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
y代表水银柱高（mm）, x代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：一阶传感器的微分方程为
式中τ——传感器的时间常数；
——传感器的灵敏度。
∴对照玻璃水银温度计特性的微分方程和一阶传感器特性的通用微分方程，有该温度计的时间常数为2s，灵敏度为1。
→∞时，输出为100mv。试求该传感器的时间常数。
②霍尔电势
霍尔电势与霍尔电场E、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。
③霍尔传感器的灵敏度 。
为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
解： ，
∴ ，
∴τ
解： ，
，
解：当 时共振，则
所以：
ω)和相位差φ(ω)各为多少？
解：二阶传感器的频率响应特性：
幅频特性：
相频特性：
∴当f=600Hz时，
，
；
当f=400Hz时，
。
第3章电阻式传感器
答：常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片的工作原理是主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；半导体电阻应变片的工作原理是主要基于半导体材料的压阻效应。
传感器与检测技术(第2版)全套课件
传感器与检测技术（第2版）
（3）组合测量。若被测量必须经过求解联立方程组才能得 到最后结果，则这种测量方法称为组合测量。组合测量是一种 特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多用于科 学实验等特殊场合。 2．等精度测量与不等精度测量
用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量， 称为等精度测量。
用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差 很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。
传感器与检测技术（第2版）
3．偏差式测量、零位式测量和微差式测量
（1）偏差式测量。在测量过程中，用仪表指针的位移（即 偏差）决定被测量值，这种测量方法称为偏差式测量。仪表上 有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。在测量时，利用仪表 指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。偏差式测量简单、 迅速，但精度不高，这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.1 测量方法及检测系统的组成
1.1.1 测量的基本概念
在科学实验和工业生产中，为了及时了解实验进展情况、 生产过程情况以及它们的结果，人们需要经常对一些物理量， 如电流、电压、温度、压力、流量、液位等参数进行测量，这 时人们就要选择合适的测量装置，采用一定的检测方法进行测 量。
测量是人们借助于专门的设备，通过一定的方法，对被测 对象收集信息、取得数据概念的过程。为了确定某一物理量的 大小，就要进行比较，因此，有时也把测量定义为“将被测量 与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量倍数的过
传感器与检测技术（第2版）
1．直接测量、间接测量与组合测量
（1）直接测量。用事先分度或标定好的测量仪表，直接读 取被测量值的方法称为直接测量。例如，用电磁式电流表测量
电路的某一支路电流、用电压表测是工程技术中大量采用的方法， 其优点是测量过程简单而又迅速，但不易达到很高的测量精度。
42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)
100% 40%
0.28
tp
0.8 d
d 3.93
d n 1 2 =4.1Hz
2.12 在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率 216 Hz 处，并得到最大的 幅值比为 1.4，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。
2
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
压力为 0 MPa 时输出为 0 mV ，压力为 0.12 MPa 时输出最大且为 16.50 mV 。
输出值/ mV 压力/ MPa 第一循环 正行程 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.56 3.96 7.40 10.88 14.42 反行程 0.66 4.06 7.49 10.95 14.42 第二循环 正行程 0.61 3.99 7.43 10.89 14.47 反行程 0.68 4.09 7.53 10.93 14.47 第三循环 正行程 0.64 4.03 7.45 10.94 14.46 反行程 0.69 4.11 7.52 10.99 14.46
a x 0 a1
1 1 A 1 1 1
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.02 0.04 5 0.3 0.06 0.3 0.022 0.08 0.10
∴
1 1 1 1 1 1 1 AA 1 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 1 1
y(t)
当 2.9
玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某
6
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
《传感器与检测技术胡向东-第版)》习题解答
传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答王涛第1章概述1.1 什么是传感器？答：传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
1.2 传感器的共性是什么？答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。
1.3 传感器一般由哪几部分组成？答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
为普遍。
①按传感器的输入量（即被测参数）进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
1.6 改善传感器性能的技术途径有哪些？答：①差动技术；②平均技术；③补偿与修正技术；④屏蔽、隔离与干扰抑制；⑤稳定性处理。
第2章传感器的基本特性2.1 什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。
2.3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。
设压力为0MPa时输出为0mV，压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV。
解：①求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段（多数情况下是用最小二乘法来求出拟合直线）。
传感器与检测技术版胡向东PPT课件
动势。
kT 1
大小表示： eA (T ,T0 ) e
T0
nA
(t
d )
[nA
(t
)t
]
eB (T ,T0 ) ...
A
eA (T ,T0 )
热电偶回路中产生的总热电势 T eAB (T )
T0 eAB (T0 )
B
eB (T ,T0 )
eAB(T, T0)=eAB(T)＋eB(T,T0)－eAB(T0)－eA(T,T0)
对测温有何好处？
讨论
EAB
t, t0
kt e
ln
nA nB
t t
kt0 e
ln
nA nB
t0 t0
•影响因素取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关
•两热电极相同时，总电动势为0
•两接点温度相同时，总电动势为0
•对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，eAB(T0)=c 为常数，则总的热电动势就只与温度T成单值函数关系，
T0 eAB (T0 )
接触电动势（两种导体）
含义：由于两种不同导体的自由电子
A
EAB (t)
＋＋＋ －－－
密度不同而在接触处形成的电动势。 nA nB
B
接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接 触点的温度。
两接点的接触电动势eAB(T)和eAB（T0）可表示为
EAB
t
kt e
ln
nA nB
B
B
t1
C
t1
（b)
EABC (t, t0 ) EAB (t) EAB (t0 ) EAB (t, t0 )
如何证明？（三种方法）
中间导体定律的应用
传感器与检测技术课件教学配套课件下载作者胡向东检测与控制检测与控制56.docx
《检测与控制》课程主要参考书：卢本、魏华胜主编，《检测与控制工程基础》，机械工业出版社，2001年7月。
学时安排：总40学时，其中，讲课34学时，实验6学时。
第一部分检测技术（史玉升老师，1~4章，共四章。
讲课14学时）第二部分自动控制技术（樊自田老师，5~8章。
讲课18学时，总复习2学时。
）主要参考书：（同上）其它参考书：（1）秦养浩主编，《自动控制原理》，1992年3月，安徽教育出版社。
（2）任哲主编，《自动控制原理》，1997年8月，冶金工业出版社。
（3）孙亮、杨鹏主编：《自动控制原理》，1999年9月，北京工业大学出版社。
几点说明：平时成绩30-40% （到课情况、作业、实验等），课程结束考试60-70% （闭卷）。
第五章自动控制系统理论基础第一节基本概念_、概述：1、引言：自动控制理论是自动控制技术的理论基础。
自动控制理论，一般可分为：古典控制理论、现代控制理论两大部分。
（1）古典控制理论古典控制理论以传递函数为基础，研究单输入、单输出一类自动控制系统的分析与设计。
它又有：时域分析法、根轨迹法、频率特征法等。
古典控制理论局限性：只适合于单输入、单输出的线性定常系统；对变系统、复杂的非线性系统和多输入、多输出系统无能为力。
(2)现代控制理论以矩阵理论为数学工具(即以现代计算机技术为依托)，建立在状态概念之上。
可满足现代控制系统中“控制任务更加复杂、控制精度要求越来越高”的要求。
现代控制理论适合于：多输入、多输出系统，线性、非线性系统，定常、时变系统。
(3)现代控制理论的新发展模糊控制、自适应控制、预见性控制等。
2、自动控制与自动控制系统(1)定义自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制装置对被控对象进行控制，使其某些物理量能自动地按照人们所预定的规律变化，以满足人们的使用要求。
自动控制系统：由被控对象和对其实行自动控制的一些装置组成的系统。
(2)自动控制系统举例举例一：液位自动控制系统举例二：电炉炉温自动控制系统3、自动控制系统中常用的术语为了便于研究和讨论，共同确定一些术语(详见参考书：93-94)(1) 被调量(或称输出量)： (2) 被控对象(或简称对象)： (3) 给定值(或称给定信号)： (4) 扰动(或称干扰)： (5) 输入量：(6) 反馈：有正反馈、负反馈之分，自动控制系统中主要应用负反馈。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PS US S / N 10lg 20lg PN UN
信噪比用来衡量噪声对有用信号的影响
返回 上页 下页
二、噪声源
即噪声的来源，主要包括放电噪声、电气设备 噪声及设备固有噪声等。 三、噪声的耦合方式 1.噪声形成干扰的三要素： 噪声源
图14-1
耦合通道
接收电路
噪声形成干扰的三要素
返回
上页
下页
低频磁屏蔽
采用高导磁材料作屏蔽层，使低频干扰磁通被 限制在磁阻很小的磁屏蔽层内部，防止其干扰。
返回
上页
下页
驱动屏蔽 驱动屏蔽就是使被屏蔽导体的电位与屏蔽导体的
电位相等。它能有效抑制通过寄生电容的耦合干扰。
图14-5
驱动
保证人身及设备安全 抑制干扰 消除各电路电流流经公共地线时所产生的噪 声电压．以及免受电磁场和地电位差的影响，即： 不使其形成地环路。 地线种类 屏蔽接地线或机壳接地线 信号接地线（模拟、数字接地线） 负载接地线 交流电源地线
返回
上页
下页
二、意义及应用
单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段， 而多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境 的特征。经过融合后的传感器信息具有以下特征：信息冗 余性、信息互补性、信息实时性、信息获取的低成本性。
传感器数据融合技术的理论和应用涉及到信息电子学、 计算机和自动化学多个学科，是一门应用广泛的综合性高 新技术，在军事、工业、交通、金融等众多领域得到广泛 应用。
返回
上页
下页
6.滤波
滤波器是一种允许某一频带信号通过，而阻止 另某些频带通过的网络，是抑制干扰的有效的手段 之一，特别是对抑制经导线耦合到电路中的噪声干 扰效果尤其显著。 硬件滤波 软件滤波
算术平均值滤波
限幅滤波 滑动滤波
加权滤波
返回 上页 下页
图14-17
高频干扰电压对称滤波器
返回
上页
下页
虚拟仪器 “软件就是仪器”
具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。
组成：计算机、模块化功能硬件和控制软件。
操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言 控制仪器的运行，完成对被测量的采集、分析、判断、 显示、存储及数据生成。 在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的 输入输出，软件才是整个仪表的关键。操作者可以通 过修改软件的方法，方便地改变、增减仪器系统的功 能与规模。
大面积多点接地
强电地线与信号地线分开设置； 模拟信号地线与数字信号地线分开设置； 交流地线与直流地线分开设置；
返回
上页
下页
接地方式： 传感器接口电路的接地
返回
上页
下页
检测装置与计算机系统的一点接地
图14-9
三条地线与系统地线相联
返回 上页 下页
3.浮空 浮空又称浮置、浮接。如果检测装置的输入放大器 的公共线，既不接机壳也不接大地。则称为浮空。被浮 空的检测系统，其检测装置与机壳、大地没有任何导电 性的直接联系。 浮空的目的是要阻断干扰电流的通路。浮空后，检 测电路的公共线与大地(或机壳)之间的阻抗很大，因此，
浮空与接地相比能更强地抑制共模干扰电流。
返回
上页
下页
4.隔离 当检测装置的信号测量电路及信号源在两端接地时， 很容易形成环路电流，引起干扰。这时就需要采用隔离 的方法。特别当测量系统含有模拟与数字信号、低压与 高压混合电路时，必须对电路各环节进行隔离。这样还
可以同时起到抑制漂移和安全保护的作用。
隔离的方法主要是采用变压器隔离和光电耦合器。
返回
上页
下页
图14-14
光电隔离
图14-15
变压器隔离
图14-16
微机的电源隔离
返回
上页
下页
5.对称电路（平衡电路）
指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的
所有电路，对地或对其他导线的结构对称，且对应的 阻抗相等。（如电桥电路）
此结构可使电路所检拾的噪声相等，从而使负载
上的噪声电压互相抵消，抑制了干扰。
返回 上页 下页
六、数据融合模型
低层处理 高层处理
传感 器1 特 征 提 取 分
参 数 估 计 决
传感 器2
类 识 别
策
传感 器3
目标状态测量 目标属性测量
状态向量 特征、属性
返回
上页
下页
七、数据融合结构形式
传感器1输入
传感器1输入 传感器2输入 传感器N输入
传感器1
传感器1 传感器2 …… 传感器N
返回 上页 下页
2.舰船上的应用
海军舰船传感器数据融合系统
返回 上页 下页
3.军事上的应用
军事多传感器数据融合系统
返回
上页
下页
14.3 虚拟仪器
14.3.1 虚拟仪器的出现
虚拟仪器(Virtual Instruments) 是检测技术与 计算机技术和通信技术有机结合的产物。它是美国国家 仪器( National Instruments) 公司于1986 年提出的。 虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件和一些硬件 模块, 使用户操作这台通用计算机就像操作一台真实的 仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的作用, 提出了“软 件就是仪器”的概念。
辐射电磁场耦合
大功率的高频电气设备、广播、电视、通讯发射台等， 不断向外发射电磁波，对测量系统造成干扰。
返回
上页
下页
14.1.3 常用抗干扰技术
一、干扰的抑制 消除或抑制噪声源 破坏干扰途径 削弱或降低接收电路对噪声的敏感性 二、抗干扰措施 1.屏蔽
利用金属罩（铜、铝等铁磁材料）将信号源或测
共阻抗耦合 由于几个电路之间有公共阻抗，当一个电路中的 电流流经公共阻抗产生压降时，就形成对其它电路的 干扰电压。 电源内阻抗的共阻抗耦合 公共地线的共阻抗耦合
信号输出电路的共阻抗耦合
漏电耦合 由于绝缘不良，流经绝缘 电阻R的漏电流造成干扰。
图14-4 漏电耦合
返回
上页
下页
传导耦合 经导线检拾到噪声，再经其传输到噪声接收电路而形 成干扰。
返回
上页
下页
计算机技术和仪器技术结合：
• 充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较大突破传
统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制， 达到传统仪器无法比拟的效果。还可以把仪器的三大 功能全部放在计算机上实现。 • 在计算机中插入数据采集卡，然后，用软件在屏幕上 生成仪器面板，用软件来进行信号处理分析，实现传 统仪器的功能，这就是虚拟仪器。
返回
上页
下页
三、数据融合的特性 1.数据融合的时、空特性
时间性：对观测目标在不同时间的观测值进行融合 空间性：对同一时刻不同空间位置的多传感器观测 进行融合 时间、空间同时考虑
2.数据融合的系统性
强调系统、整体协调
返回
上页
下页
四、数据融合的优点 • • • • • 准确性和全面性 冗余性和容错性 互补性 可靠性 实时性和经济性
返回
上页
下页
14.2 多传感器数据融合技术
一、概念
传感器数据融合（Sensor Data Fusion）又称信息 融合，它是对多种信息的获取、表示及其内在联系进行 综合处理和优化的技术。传感器数据融合技术从多信息 的视角进行分析及综合，以产生对被测对象统一的最佳 估计。 多传感器数据融合的目的是利用多个传感器或联合 操作的优势，提高传感器系统的有效性，消除少量传感 器的局限性。最终目的是构造高性能智能化系统。
防护是指消除或减弱各种干扰影响的全部技术措施 的总称。
返回
上页
下页
二、干扰的分类及防护
机械干扰 热干扰 光干扰 湿度干扰 化学干扰
电磁干扰
返回
上页
下页
14.1.2
噪声源与噪声耦合方式
一、噪声与信噪比
1.噪声 在检测仪表中出现的不希望存在的变化无规律的无用
信号即为噪声。干扰即为噪声造成的不良效应。 噪声不能用确定的时间函数来描述，是随机过程。 2.信噪比
返回
上页
下页
五、数据融合的层次
1.原始层（数据层） 底层融合，对原始数据很少处理，直接综合。 处理量大、实时性差，对信息配准性要求高。 2.特征层 从原始信息中提取典型特征信息。主要方法： 神经网络、模糊聚类方法等。 3.决策层 最高层次。对原始信息进行预处理，获得初步 的决策结果后进行融合。具有较好的容错性， 数据处理量较大。
2.耦合方式（获得噪声或干扰的途径） 电磁耦合（互感耦合） 由于两个电路之间存在互感，使 得当一个电路的电流变化时，通过磁 链影响到另一个电路。
静电耦合（电容耦合）
由于两个电路之间存在着寄生 电容，使一个电路的电荷变化影响 到另一个电路。
图14-2 电磁耦合
图14-3 静电耦合
返回 上页 下页
传感器2输入
信息融合中心
传感器1输出 传感器2 传感器2输出
最终融合结果
传感器1输入 传感器2输入 传感器M输入 传感器1输入 传感器2输入 传感器N输入
…… 传感器N输入 传感器N
传感器1
传感器2
……
传感器M
……
传感器1
传感器2
……
传感器N
初级融合中心1
……
初级融合中心L
最终融合结果
次级融合中心
最终融合结果
图14-21
不同导线的电磁感应
b)双绞线
返回 上页 下页
a)平行线
三、印刷电路板的抗干扰
尽量采用插接式结构，且留有余地；
交直流分开，强弱电分开，输入/输出分开；
集成器件电源和地线之间接入0.01―0.1uf陶瓷或 独石电容，且电容引线要短； 电路之间连线应尽量短，避免长距离敷设； 电源线、地线应加粗或大面积辐射； 跨接线不能过多； 采用双面线路板，正反面垂直交叉，避免直角走线。