第1章 检测技术概述
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结 果：20.08 mm
特点：精度高；复杂、成本高、要求高
8
三、检测方法分类
• 间接测量 测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量 由计算获得
如测导线的导电率ρ：
4l 2 d R
9
三、检测方法分类
2、开环测量与闭环测量
输入量x 传感器 输出量y
开环测量：
特点：简单、直观、明了； 测量精度不高
式（1-1）表示的误差也称为绝对误差。绝对误差可以为正也可以为负值 ，且是一个有单位的物理量。
2．相对误差
相对误差为绝对误差与真值之比，因测得值与真值接近，所以也可近似用 绝对误差与测得值之比值作为相对误差，一般用百分比来表示，即
0
100% 100% X0 X
（3-2）
3．引用误差
为了计算和划分准确度等级的方便，通常采用引用误差，它是从相 对误差演变过来的，定义为绝对误差与测量仪表量程之比，用百分数 表示，即
f 100% Xm
20
（3-3）
X m ——测量仪表的量程。
基本理论
二、测量误差的来源
(1) 原理误差：测量原理和方法本身存在缺陷和偏差 近似：理论分析与实际情况差异 如：非线性 比较小时 可以近似为线性 假设：理论上成立、实际中不成立 如：误差因素互不相关 方法：测量方法存在错误或不足 如：采样频率低、测量基准错误 (2) 装置误差：测量仪器、设备、装置导致的测量误差 机械：零件材料性能变化、配合间隙变化、传动比变化、蠕变、空程
电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声
(3) 环境误差： 测量环境、条件引起的测量误差 空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动， (4) 使用误差： 读数误差、违规操作、
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基本理论
三、测量误差的性质与分类
(1) 随机误差( random error )
第1章 传感器与检测技术的理论基础
1.1 检测技术概论
1.2 误差理论与数据处理
4 学时
1
1.1 检测技术概论
一、检测的基本概念
测量定义： 确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 被测信息： 物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具： 传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 检测过程： 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
2
一、检测的基本概念
例：空调机测量控制室温
被测对象：室内空气 被测信息： 温度 检测器具：温度传感器 --- 热电阻、热电偶 操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
3
二、检测系统的构成
一般构成：
信号检出 信号检出 信号转换 处理显示 接 口 总 线 存储 显示 分析 监控 判断 决策
信号转换
信号转换
处理显示
处理显示
┇
信号检出
信号检出：功能 --- 将被测信号的转换为电信号的变化（detection） 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（conversion） 器件 --- 信号调理电路（signal conditioning circuit） 处理显示：功能 --- 分析（analysis）、处理（processing）、显示（display） 其它环节：通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、 4 PCI、· · · · · · ) 存储、监控、决策
反馈测量： 输入量x
传感器
反馈传感器
放大
输出量y
特点：精度高；复杂、成本高、要求高
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三、检测方法分类
3、偏差法、零位法和微差法
偏差法： 利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值
零位法：
利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡， 根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值
微差法：
偏差法和零位法的结合 被测量大值与标准量大体平衡 被测量+被测量余数
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三、检测方法分类
思考：
杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？
12
四、现代检测技术发展趋势
智能化 虚拟化 网络化 微型化 软测量技术
13
14
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1.2 误差理论与数据处理
§ 1.2.1 测量误差的基本理论
检测系统构成
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度 电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式 电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器
中间变换
笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡
显示及 记录装置
数据处理器 频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机
误差定义、来源、分类、测量精度
§ 1.2.2 数据处理的一般方法
算术平均法、最小二乘法、一元线性回归….
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基本理论
一、 测量误差的定义
定义： 测量结果与其真值的差异 定性概念，定量表示
x x x0
真值： 被测量的客观真实值
理论真值： 理论上存在、计算推导出来 约定真值： 国际上公认的最高基准Baidu Nhomakorabea 如：基准米
标准量
绝对测量
定值标准量（如某一固定尺寸）
相对测量
7
三、检测方法分类
-- 绝对测量： 采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值
测量结果：20.1 mm
特点：简单、直观、明了； 测量精度不高
-- 相对测量： 将被测量直接与基准量比较，得到偏差值
基准量：20.00 mm 测量值：+0.08 mm
Δx – 测量误差 （1-1）x – 测量结果 x0 – 真值 如：三角形内角和180°
1m=1 650 763.73 λ
(氪-86的能级跃迁在真空中的辐射波长)
相对真值： 利用高一等级精度的仪器或装置的测量结果作为近似真值 标准仪器的测量标准差< 1/3 测量系统标准差 → 检定
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1．绝对误差
被测对象
传感器
实验结果
测量装置
处理装置
激发装置
5
三、检测方法分类
1. 直接测量 （绝对测量、相对测量） 、间接测量与组合测量 2. 开环测量与闭环测量 3. 偏差法、零位法、微差法
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三、检测方法分类
1、直接测量与间接测量
• 直接测量：直接将被测量与标准量进行比较 标准计量单位（如米尺、光栅尺、 激光、……）
特点：精度高；复杂、成本高、要求高
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三、检测方法分类
• 间接测量 测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量 由计算获得
如测导线的导电率ρ：
4l 2 d R
9
三、检测方法分类
2、开环测量与闭环测量
输入量x 传感器 输出量y
开环测量：
特点：简单、直观、明了； 测量精度不高
式（1-1）表示的误差也称为绝对误差。绝对误差可以为正也可以为负值 ，且是一个有单位的物理量。
2．相对误差
相对误差为绝对误差与真值之比，因测得值与真值接近，所以也可近似用 绝对误差与测得值之比值作为相对误差，一般用百分比来表示，即
0
100% 100% X0 X
（3-2）
3．引用误差
为了计算和划分准确度等级的方便，通常采用引用误差，它是从相 对误差演变过来的，定义为绝对误差与测量仪表量程之比，用百分数 表示，即
f 100% Xm
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（3-3）
X m ——测量仪表的量程。
基本理论
二、测量误差的来源
(1) 原理误差：测量原理和方法本身存在缺陷和偏差 近似：理论分析与实际情况差异 如：非线性 比较小时 可以近似为线性 假设：理论上成立、实际中不成立 如：误差因素互不相关 方法：测量方法存在错误或不足 如：采样频率低、测量基准错误 (2) 装置误差：测量仪器、设备、装置导致的测量误差 机械：零件材料性能变化、配合间隙变化、传动比变化、蠕变、空程
电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声
(3) 环境误差： 测量环境、条件引起的测量误差 空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动， (4) 使用误差： 读数误差、违规操作、
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基本理论
三、测量误差的性质与分类
(1) 随机误差( random error )
第1章 传感器与检测技术的理论基础
1.1 检测技术概论
1.2 误差理论与数据处理
4 学时
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1.1 检测技术概论
一、检测的基本概念
测量定义： 确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 被测信息： 物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具： 传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 检测过程： 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
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一、检测的基本概念
例：空调机测量控制室温
被测对象：室内空气 被测信息： 温度 检测器具：温度传感器 --- 热电阻、热电偶 操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
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二、检测系统的构成
一般构成：
信号检出 信号检出 信号转换 处理显示 接 口 总 线 存储 显示 分析 监控 判断 决策
信号转换
信号转换
处理显示
处理显示
┇
信号检出
信号检出：功能 --- 将被测信号的转换为电信号的变化（detection） 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（conversion） 器件 --- 信号调理电路（signal conditioning circuit） 处理显示：功能 --- 分析（analysis）、处理（processing）、显示（display） 其它环节：通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、 4 PCI、· · · · · · ) 存储、监控、决策
反馈测量： 输入量x
传感器
反馈传感器
放大
输出量y
特点：精度高；复杂、成本高、要求高
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三、检测方法分类
3、偏差法、零位法和微差法
偏差法： 利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值
零位法：
利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡， 根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值
微差法：
偏差法和零位法的结合 被测量大值与标准量大体平衡 被测量+被测量余数
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三、检测方法分类
思考：
杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？
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四、现代检测技术发展趋势
智能化 虚拟化 网络化 微型化 软测量技术
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1.2 误差理论与数据处理
§ 1.2.1 测量误差的基本理论
检测系统构成
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度 电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式 电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器
中间变换
笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡
显示及 记录装置
数据处理器 频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机
误差定义、来源、分类、测量精度
§ 1.2.2 数据处理的一般方法
算术平均法、最小二乘法、一元线性回归….
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基本理论
一、 测量误差的定义
定义： 测量结果与其真值的差异 定性概念，定量表示
x x x0
真值： 被测量的客观真实值
理论真值： 理论上存在、计算推导出来 约定真值： 国际上公认的最高基准Baidu Nhomakorabea 如：基准米
标准量
绝对测量
定值标准量（如某一固定尺寸）
相对测量
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三、检测方法分类
-- 绝对测量： 采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值
测量结果：20.1 mm
特点：简单、直观、明了； 测量精度不高
-- 相对测量： 将被测量直接与基准量比较，得到偏差值
基准量：20.00 mm 测量值：+0.08 mm
Δx – 测量误差 （1-1）x – 测量结果 x0 – 真值 如：三角形内角和180°
1m=1 650 763.73 λ
(氪-86的能级跃迁在真空中的辐射波长)
相对真值： 利用高一等级精度的仪器或装置的测量结果作为近似真值 标准仪器的测量标准差< 1/3 测量系统标准差 → 检定
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1．绝对误差
被测对象
传感器
实验结果
测量装置
处理装置
激发装置
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三、检测方法分类
1. 直接测量 （绝对测量、相对测量） 、间接测量与组合测量 2. 开环测量与闭环测量 3. 偏差法、零位法、微差法
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三、检测方法分类
1、直接测量与间接测量
• 直接测量：直接将被测量与标准量进行比较 标准计量单位（如米尺、光栅尺、 激光、……）