检测技术与智能仪表设计_第五专题共86页
检测技术与智能仪表设计实验指南
第二章 实验一
实验指导 )型
金属箔式应变片性能—单臂电桥 (
实验目的 ：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 所需单元及部件 ：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、 F/V 表、主、 副电源。 旋钮初始位置 ：直流稳压电源打倒± 2V 档， F/V 表打到 2V 档，差动放大增益最大。 实验步骤 ： (1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方 薄片。 上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片， 测微头在双平行梁前面的支座上， 可以上、下、前、后、左、右调节。 (1) 将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋） 、负（－） 、地短接。将差动放大器的输出端 与 F／ V 表的输入插口 Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整 差动放大器的调零旋钮使 F／ V 表显示为零，关闭主、副电源。 (2) 根据图１接线 R1、 R2、 R3 为电桥单元的固定电阻。 R4 为应变片；将稳压电源的切换开关置± 4V 档， F／ V 表置 20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的 W1， 使 F／ V 表显示为零，然后将 F／ V 表置 2V 档，再调电桥 W1（慢慢地调） ，使 F／ V 表显示为零。
〈三〉 、 二套显示仪表
1、 数字式电压 /频率表： 3 位半显示，电压范围 0— 2V、 0— 20V ，频率范围 3Hz— 2KHz、 10Hz — 20KHz，灵敏度≥ 50mV 。 2、 指针式毫伏表： 85c1 表，分 500mV 、 50mV 、 5mV 三档，精度 2.5%。
〈四〉 、 二种振荡器
1、 音频振荡器： 0.4KHz— 10KHz 输出连续可调， V-p-p 值 20V ， 180°、 0°反相输出， Lv 端最 大功率输出电流 0.5A。 2、 低频振荡器：1— 30Hz 输出连续可调，Vp-p 值 20V，最大输出电流 0.5A，Vi 端可提供用做电 流放大器。
检测技术与自动化仪表课程设计指导书
《传感器和检测技术》课程设计一．课程设计目的课程设计的目的是使学生能够将《传感器和检测技术》课程的内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合使用知识的能力，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。
二．设计方法（一）智能化测量控制仪表的总体设计在设计一台智能化测量控制仪表时，首先要进行仪表的总体设计。
在课程设计中要考虑以下两点。
1．从整体到局部(自顶向下)的设计原则开始时，根据仪表功能和设计要求提出仪表设计的总任务，分别并绘制硬件和软件总框图，然后将总任务分解成一批可以独立表征的子任务，这些子任务再向下分，直到每个低级的子任务足够的简单，可以直接而且容易实现为止。
这些低级子任务可用模块化的方法来实现，有些子任务可以采用某些通用化的模块（模件）实现。
2．经济性要求为了获得较高的性能价格比，设计仪表时不应盲目地追求复杂高级的方案。
在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着元器件少，可靠性高，从而也比较经济。
在进行实际的产品设计时，还应考虑仪表的可靠性要求、操作和维护的要求等。
（二）智能化测量控制仪表的硬件电路设计1．单片机芯片的选择课题中指定在MCS-51系列单片机中选择机种。
选择时，应考虑单片机的时钟频率、内部程序存储器和数据存储器容量、片内功能部件，以及相关的技术支持等因素。
2．存储器设计如果仪表中所涉及的程序或者数据量使单片机内部存储器难以满足要求时，应设计片外存储器。
3．输入/输出接口的设计单片机从测量环节或者说前向通道（包括A/D转换器和输入电路）输入测量信息、从键盘输入仪表需要的各种数据和信息（如功能选择，量程范围、阈值等）以及向显示器输出测量结果、仪表的工作状态（如报警信息）都需要通过接口电路实现，因此要设计相应的接口电路。
以上设计工作完成后，仪表中的单片机系统的设计工作就完成了。
4．测量部分的设计测量部分通常由两大部分组成，即模拟测量部分和A/D转换器。
检测技术与智能仪表设计专题
2019/10/30
耳温仪
21
红外线辐射温度计用于人体额温测量
2019/10/30
22
红外线辐射温度计在 非接触温度测量中的应用
IC的温 度测量
2019/10/30
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红外线辐射温度计在非接触温度 测量中的应用（续）
利用红色激光瞄准被测 物（冷藏牛奶和面食）
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红外线辐射温度计在非接触温度测量中的 应用（续）
光敏二极管外形
光敏二极管阵列
包含1024个InGaAs 元件的线性光电二极管阵 列，可用于分光镜。
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红外发射、接收对管外形 红外发射管
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红外接收管
7
光敏二极管的反向偏置接法
在没有光照时，由 于二极管反向偏置，所 以反向电流很小，这时 的电流称为暗电流，相 当于普通二极管的反向 饱和漏电流。当光照射 在二极管的PN结（又称 耗尽层）上时，在PN结 附近产生的电子-空穴 对数量也随之增加，光 电流也相应增大，光电 流与照度成正比。
第三节 光电传感器的应用
—、光源本身是被测物的应用实例 光电池
光的照度E 的单位是lx（勒
（外加柔 光罩）
克斯），它是常
用的光度学单位
之一，它表示受
照物体被照亮程
度的物理量，可
以用照度计来测
量。
1.红外线辐射温度计：
红外辐射温度计既可用于高温测量， 又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐 射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温 度计的温度范围可以从-30℃～3000℃， 中间分成若干个不同的规格，可根据需要 选择适合的型号。
光电传感器
光电传感器的最大特点是非接触测量。
新型检测技术与仪表PPT课件
3、VXI总线仪器系统
VXI(VEM Bus Extensions for Instrument)总线仪器系统是基于VXI总线平台技术的自动检测系 统，是结合GPIB仪器和数据采集板(DAQ)的最先进技术发展起来的高速、开放式工业标准。
具有互操作性好、数据传输速率高、可靠性高、体积小、重量轻、可移动性好等特点。 一个基本的VXI仪器系统可以由三种不同的配置方案：GPIB控制方案 、嵌入式计算机控制方案和 MXI总线控制方案
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通常在编制虚拟仪器软件时可以采用两种编制方法。 一种是传统的编程方法，采用高级语言，如C、C++等，另一种是采用可 视化编程语言环境Visual C++、Visual Basic等。 在虚拟仪器图形软件开发平台研究方面，LabVIEW是其中一种典型的图 形化软件编程平台。
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0≤C(x,y,t, )≤A 式中A是图像的最大亮度。另一方面，实际图像对x,y和t都有限制:
-Lx≤x≤ Lx， -Ly≤y≤ Ly， -T≤t≤ T
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标准观测者对图像光函数的亮度响应，通常用光场的瞬时光亮度计量，由下式定 义：
Y (x, y, t) 0 C(x, y, t, )Vs ()d
式中Vs ()代表相对光效函数，是人视觉的光谱响应。
对于红、绿和蓝光，瞬时光亮度可分别定义为
R(x, y,t)
0 C(x, y,t, )Rs ()d
G(x, y,t)
0 C(x, y,t, )Gs ()d
B(x, y,t)
0 C(x, y,t, )Bs ()d
式中Rs () 、Gs ()和Bs ()所谓光谱三刺激值是匹配 单位谱色光(波长为)时所要求的三刺激值。
技术检测与仪表课程设计
技术检测与仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解技术检测与仪表的基本原理，掌握常用检测仪表的工作原理及其应用场景。
2. 学生能够描述各种传感器的工作原理，并列举其在工程检测中的应用。
3. 学生能够掌握检测数据的处理与分析方法，了解数据处理中的常见问题及其解决策略。
技能目标：1. 学生能够正确使用常见的检测仪表，进行简单的系统调试和故障排查。
2. 学生通过实际操作，培养解决实际工程技术问题的能力，提高动手操作和团队协作能力。
3. 学生能够运用所学的知识，设计简单的技术检测方案，并进行数据分析和解释。
情感态度价值观目标：1. 学生通过技术检测与仪表的学习，培养严谨的科学态度，增强对技术研究的兴趣。
2. 学生在学习过程中，能够体会技术检测在工程实践中的重要性，增强社会责任感。
3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神，学会尊重他人意见，提高沟通与交流能力。
课程性质分析：本课程属于技术实践类课程，侧重于技术原理与实际操作的结合，旨在培养学生的实践能力和创新精神。
学生特点分析：考虑到学生所在年级，他们已具有一定的理论基础，但实际操作经验相对不足，需要通过实践课程来提高技术应用能力。
教学要求分析：教学中应注重理论与实践相结合，强调学生在教师引导下的主体地位，通过项目驱动和问题导向的教学方法，提高学生的技术检测与仪表应用能力。
通过具体的学习成果分解，确保教学设计和评估的针对性和实效性。
二、教学内容1. 技术检测基础理论：- 检测仪表的分类、原理及其应用。
- 传感器的工作原理、特性及其在检测技术中的应用。
2. 常用检测仪表：- 电磁式仪表、电动式仪表、数字式仪表的结构与功能。
- 温度传感器、压力传感器、流量传感器等的使用方法和操作技巧。
3. 检测数据处理与分析：- 数据采集、处理和存储的基本方法。
- 数据分析中的误差处理、信号处理技术。
4. 实践操作与案例分析：- 设计简单的技术检测方案，进行实际操作。
检测技术与自动化仪表课程设计指导书
《传感器与检测技术》课程设计一．课程设计目的课程设计的目的是使学生能够将《传感器与检测技术》课程的内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。
二．设计方法（一）智能化测量控制仪表的总体设计在设计一台智能化测量控制仪表时，首先要进行仪表的总体设计。
在课程设计中要考虑以下两点。
1．从整体到局部(自顶向下)的设计原则开始时，根据仪表功能和设计要求提出仪表设计的总任务，分别并绘制硬件和软件总框图，然后将总任务分解成一批可以独立表征的子任务，这些子任务再向下分，直到每个低级的子任务足够的简单，可以直接而且容易实现为止。
这些低级子任务可用模块化的方法来实现，有些子任务可以采用某些通用化的模块（模件）实现。
2．经济性要求为了获得较高的性能价格比，设计仪表时不应盲目地追求复杂高级的方案。
在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着元器件少，可靠性高，从而也比较经济。
在进行实际的产品设计时，还应考虑仪表的可靠性要求、操作和维护的要求等。
（二）智能化测量控制仪表的硬件电路设计1．单片机芯片的选择课题中指定在MCS-51系列单片机中选择机种。
选择时，应考虑单片机的时钟频率、内部程序存储器和数据存储器容量、片内功能部件，以及相关的技术支持等因素。
2．存储器设计如果仪表中所涉及的程序或者数据量使单片机内部存储器难以满足要求时，应设计片外存储器。
3．输入/输出接口的设计单片机从测量环节或者说前向通道（包括A/D转换器和输入电路）输入测量信息、从键盘输入仪表需要的各种数据和信息（如功能选择，量程范围、阈值等）以及向显示器输出测量结果、仪表的工作状态（如报警信息）都需要通过接口电路实现，因此要设计相应的接口电路。
4．测量部分的设计测量部分通常由两大部分组成，即模拟测量部分和A/D转换器。
模拟测量部分如传感器、传感器测量电路、信号放大电路、滤波电路以及其它的信号调理电路都是一些独立的模块或组件，如果已有相应的模块芯片出售，设计时只要选用合适（符合技术要求）的芯片即可；如果没有相应的模块供应，则在设计时要根据仪表的技术指标，自行设计这些组件。
检测技术及仪表课程设计
检测技术及仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握检测技术的基本原理，理解仪表的构成、分类及其工作原理；2. 使学生了解各种传感器的工作原理及其在检测技术中的应用；3. 让学生掌握检测信号的处理与分析方法，了解数据采集与传输的基本技术。
技能目标：1. 培养学生能够正确选择和使用检测仪表，进行简单检测系统的设计与搭建；2. 培养学生运用检测技术解决实际问题的能力，提高实验操作和数据处理技能；3. 培养学生通过查阅资料、开展小组合作，提高自主学习与解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对检测技术及仪表的兴趣，激发他们探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与创新，树立工程意识；3. 培养学生具备良好的团队合作精神，学会尊重他人、沟通交流。
本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养他们具备实际操作能力和解决问题的能力。
二、教学内容1. 检测技术基本原理：包括检测系统的组成、分类及性能指标，仪表的基本工作原理等；参考教材章节：第一章 检测技术概述2. 传感器及其应用：介绍常见传感器（如温度、压力、流量等传感器）的工作原理、特性及应用；参考教材章节：第二章 传感器及其应用3. 检测信号处理与分析：包括信号处理的基本方法、数据采集与传输技术，滤波算法等；参考教材章节：第三章 检测信号处理与分析4. 检测仪表的使用与维护：介绍仪表的正确使用方法、维护保养技巧以及故障排除方法；参考教材章节：第四章 检测仪表的使用与维护5. 检测系统设计：结合实际案例，指导学生进行检测系统的设计与搭建，包括传感器选型、信号处理、数据采集等；参考教材章节：第五章 检测系统设计6. 实践教学环节：组织学生进行实验操作，提高实际操作能力和数据处理技能；参考教材章节：第六章 实践教学环节教学内容安排和进度：按照教学大纲，分阶段进行理论教学和实践操作，确保学生能够逐步掌握检测技术及仪表的知识和技能。
智能化测量控制仪表的设计PPT共72页
▪ 5.组合化与开放式设计原则 ▪ 在科学技术飞速发展的今天，设计智能仪器系统面临三个
突出的问题：
(1)产品更新换代太快； (2)市场竞争日趋激烈； (3)如何满足用户不同层次和不断变化的要求。
在电子工业和计算机工业中推行一种不同 于传统设计思想的所谓“开放系统”的设 计思想。
▪ “开放系统”的设计思想
➢ 在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际可能出发，又留下容纳未来新技 术机会的余地；
➢ 向系统的不同配套档次开放，在经营上兼顾设计周期和产品设计，并着眼 于社会的公共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件；
➢ 向用户不断变化的特殊要求开放，在服务上兼顾通用的基本设计和用户的 专用要求等等。
▪ 开放式系统设计的具体方法
▪图1所示为智能仪器的一般设计过程。
➢ 对软件来说，应尽可能地减少故障，采用模块化设计 方法，易于编程和调试，可减小故障率和提高软件的 可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排 除故障的重要手段。与硬件类似，也要对软件进行各 种“应力”试验，例如提高时钟速度、增加中断请求 率、子程序的百万次重复等(如程序跑飞现象) ，一切 可能的参量都必须通过可能的有害于仪器的运行来进 行考验。虽然这要付出一定代价，但必须经过这些试 验才能证明所设计的仪器是否合适。
▪ 智能仪器还应有很好的可维护性，为此仪器结构要规范化、 模件化，并配有现场故障诊断程序，一旦发生故障时，能 保证有效地对故障进行定位，以便调换相应的模件，使仪 器尽快地恢复正常运行。为便于现场维修，近年来广泛使 用专用分析仪器。它要求在研制仪器电路板时，在有关结 点上注上“特征”(通常是4位十六进制数字)，现场诊断时 就利用被检测仪器中的单片机来产生激励信号。采用这种 方法进行检测(直到元器件级)，可以迅速发现故障，从而 使故障维修时间大为减小。
检测技术及仪表课件(PPT 85张)
5. 示值 示值也称测得值、测量值或读数。它是指由测量器具给出的被测 量的量，由数值和单位两部分组成。
第二章 测量误差及其分析
6.测量误差 由测量器具测得的结果与被测量真值之间的差异称为测量误差。 实际测量中，主、客观诸多因素都将影响测量结果。例如，测量系 统不可能做到绝对精确，测量方法有些可能还不尽完善，测量人员 的操作可能不熟练或在测量中存在疏忽；此外，还有环境影响，外 界干扰等。这些因素都会导致测量误差。测量误差不可能完全消除， 只能根据需要和可能将其限制在一定范围内。 7.等精度测量和非等精度测量 短时期内，在对同一被测量进行多次测量的过程中，保持影响 测量精度的所有主、客观测量因素或条件不变，这样的测量称作等 精度测量。所谓短时期，可理解为能保证测量精度要求的时间间隔。 在同一被测量的多次重复测量中，如果影响测量精度的所有主、客 观条件全部或者部分发生了改变，则这样的测量称为非等精度测量 或不等精度测量。
第二章 测量误差及其分析
二.相对误差
相对误差又叫相对真误差，它是绝对误差与被测量的真值之比，常用 百分数表示。若用符号 表示相对误差，则
x 100 % A 0
(2-1-5)
第二章 测量误差及其分析
相对误差用来说明测量精度的高低，又可分为：
(1)实际相对误差 实际相对误差定义为
A
x
A
100 %
(2-1-6)
(2)示值相对误差
示值相对误差也叫标称相对误差，定义为
x
x
x
100 %
(2-1-7)
第二章 测量误差及其分析
差
如果测量误差不大，可用示值相对误差 x 代替实际误 A 相差较大，两者 应加以区别。 和 A ，但若 x
检测技术与智能仪表设计第五专题
20 dB 时，说明做报告者声音与干扰声音之间
各为什么关系？
2021/3/23
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噪声源及干扰源
一、机械骚扰
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。
对机械骚扰，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。
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由电源配电 回路引入的
干扰
交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸 收各种干扰的网络, 以电路传导的形式传遍各处，经 检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。
电压突变和交流电源波形畸变使工频的高次谐波 经电源线进入仪器的前级电路。
常见的大功率干扰有：调压或逆变电路中的晶闸 管引起的大功率高次谐波干扰、开关电源经电源线往 外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。
检测系统的抗干扰技术
作为生产第一线的工程技术人员，经常会 遇到测控系统受到干扰而不能正常工作的情 况。现在，“干扰”这个名词在某些场合常 被“骚扰”所代替。在这一章里，将给大家 介绍几种常见的干扰，以及抗干扰的方法， 还要介绍几种行之有效的电磁兼容技术。
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做一个电磁干扰的小实验
将一台质量不佳的“电子镇流器式台灯”靠近 示波器的探头，我们会发现示波器的显示屏上出 现大量约宽度为数μs的尖峰波形。
2021/3/23
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第二节 检测技术中的电磁兼容原理
一、电磁兼容（EMC）概念 我国从２０世纪80年代至今已制定了上百个 电磁兼容的国家标准，强制要求绝大多数电气设 备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则 为不合格产品。通俗地说，电磁兼容是指电子系 统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力， 而且还不允许产生超过规定的电磁干扰 。
检测技术与智能仪表设计第一专题学习教案
系统误差是有规律性的，因此
可以通过实验的方法或引入修正
值的方法计算修正，也可以重新
调整测量仪表的有关部件予以消 夏天摆钟(bǎizhōng)
除。
变慢的
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原因是什么？
第三十三页，共44页。
3.随机误差
测量结果与在重复条件下，对同一被测量 进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为 (chēnɡ wéi)随机误差。
在右图中，温度每变化0.1℃，数字表就 能跳变( tiào biàn)1个字，这个温度的相对变化基 本上是 可信的 ，但该 数字表 所显示 的绝对 数值是 有较大 误差的 。
第26页/共43页
第二十七页，共44页。
解析(jiě xī)：分辨率
数字(shùzì)表的
最大示值的倒数为数
字(shùzì)表的分辨率。
也可以采用如下的表达：在同一条件下， 多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大 时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方 式变化，该误差称为(chēnɡ wéi)随机误差。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量 值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法 消除，也不能修正，但是就误差的整体而言， 多数随机误差都服从正态分布规律。
（规范、结构形式） 第2页/共43页
第三页，共44页。
二、模拟信号制
信号制 ---- 指在成套设备仪表中，各个仪表的输入(shūrù)、输出采用何种统一的 联络信号问题。 直流信号(xìnhào)的优点
直流电流做统一(tǒngyī)信号
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第四页，共44页。
直流电压做统一(tǒngyī)信号
既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了许多。
（有时0不予显示 (xiǎnshì)），所以