《动车组检测与故障诊断技术》教学课件—03检测技术

第 3 章 检测技术 3.1 检测概述
3.1.1 检测的概念 检测是利用各种传感器，采用适当的方法和相
应的装置，将工农业生产、科学研究、日常生 活等各方面的有关信息，在现场通过检查与测 量的方法赋予定性或定量结果的过程。
一个完整的检测过程一般包括：信号的提取， 信号的转换、存储与传输，信号的显示和记录， 信号的分析和处理。
3.3.1 检测系统的静态特性及其参数与性能指标
1. 静态特性参数 （1）零点偏移量
零点偏移量是指，当输入量为零时检测系统输出的数值。
（2）灵敏度
灵敏度是描述检测系统输出量对于输入量变化的反应能力
（3）分辨力
分辨力表征检测系统能够有效辨别最小输入变化量的能力。
（4）量程
量程表征检测系统能够有效检测最大输入变化量的能力
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3.2 误差的概念 3.2.1 什么是误差？
测量值和真实值之间存在的差值称为测量误 差。
误差自始至终存在于一切科学实验和检测之 中，被检测量的真值永远是难于得到的，这 就是误差公理。
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3.2.2 误差的表示方法
1. 绝对误差 检测的绝对误差可用下面的误差基本
公式来定义：
X X0
式中 ——绝对误差；
X0——被测量的真值； X——测量值。
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2. 相对误差
被测量的绝对误差与其真值之比，称为相对 误差，一般用百分数表示为：
100%
X0
式中 ——相对误差；
——绝对误差；
X—0 —被测量的真值。
相对误差表示法与绝对误差表示法相比，最突出的优点是能 够更好地说明检测结果的好坏。
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3.2.3 误差的类型
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（3）线性度
线性度又称“直线性”，表示检测系统静态 特性对选定的拟合直线的接近程度。用非线
性引用误差形式表示：
L
yLM YFS
100%
式中 L ——线性度；
—— yLM 静态特性与选定的拟合直
线的最大拟合偏差。
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（4）准确度
检测系统的准确度，俗称精度，其定量描述 方法有以下几种：
① 用准确度等级指数来表征。准确度等级指 数 a 的百分数所表示的相对值代表允许误差 的大小，a值越小，表示准确度越高。
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2. 静态特性的性能指标
表示检测系统静态特性的性能指标有： 滞差 重复性 线性度 准确度 稳定性 影响系数 输入/输出电阻等。
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（1）滞差
当输入由小变大再由大变小时，对应同一输入值会得
到大小不同的输出值，其输出值的最大差值就叫做
滞差，用下式表示：
H
yHM YFS
1Biblioteka Baidu0%
式中 H ——滞差； yHM ——同一输入量按正反两个方向（正
1. 系统误差 在同一条件下，多次重复检测同一量时，误
差的大小和符号保持不变或按一定规律变化， 这种误差称为系统误差。 2. 随机误差
在同一条件下，多次重复检测同一量时，误差的大小、 符号均无规律地变化，这种误差称为随机误差。
3. 粗大误差 粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。
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3.3 检测系统的性能指标
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1. 检测系统的动态数学模型
检测系统的动态特性可用数学模型来描述， 主要有三种形式：
时域中的微分方程， 复频域中的传递函数， 频率域中的频率特性。
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（1）微分方程
在研究系统的动态响应特性时，一般都忽略检测系统 的非线性和随机变化等复杂因素，将检测系统作为线 性定常系统考虑，因而其动态模型可用常系数微分方 程来表示，即：
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（2）传递函数
用拉氏变换法求解线性定常微分方程时，可 得到检测系统在复频域的数学模型——传递 函数，即初始条件为零时，输出的拉氏变换 和输入的拉氏变换之比。
H (s)
Y (s) X (s)
bm s m an s n
bm1sm1 b1s b0 an1sn1 a1s a0
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（7）输入/输出电阻
对于输入/输出电阻的要求是： 当检测系统作为中间环节，前级是传感器，
后级是其他应用系统时，其输入电阻越大越 好，输出电阻越小越好。 这样可减小对前一级的影响并提高带负载的 能力。
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3.3.2 检测系统的动态特性及其 性能参数
当被测对象处于动态时，也就是当检测 系统的输入信号随时间变化时，检测系 统的输入与输出之间的关系称为动态特 性，它反映了系统检测动态信号的能力。
an
dn y(t) dt n
an1
dn1 y(t) dt n1
a1
dy(t) dt
a0 y(t)
bm
dm x(t) dt m
bm1
d m1 x(t ) dt m1
b1
dx(t) dt
b0 x(t)
用微分方程作为检测系统的动态数学模型的优点是： 通过求解微分方程，容易分清暂态响应与稳态响应。 其缺点是：求解微分方程很麻烦，不便于对系统进行 分析和设计。
（3）频率（响应）特性
在初始条件为零时，输出的傅里叶变换和输 入的傅里叶变换之比，称为检测系统的频率 （响应）特性，简称频率特性，表示为
H ( j)
Y ( j) X ( j)
bm ( j)m an ( j)n
bm1 ( j)m1 b1 ( j) b0 an1 ( j)n1 a1 ( j) a0
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2. 检测系统的动态特性
检测系统的动态特性取决于系统本身及输入 信号的形式。
评定检测系统动态特性的指标的方法： 采用正弦函数和单位阶跃函数作为“标准”
输入信号，对检测系统的动态特性进行分析。
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（1）频率特性
将幅值相等而频率不同的正弦信号，输入检测系统， 其输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系， 简称频率特性 。
反行程）变化所对应输出量的最大差值； YFS ——检测系统的量程。
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（2）重复性
重复性反映了检测系统的输入量按同一方向做全量 程多次变化时，静态特性不一致的程度，可用引用 误差形式表示：
R
yRM YFS
100%
式中 R ——重复性； yRM ——同一输入量按同一方向（正
或反行程）变化所对应输出量的最大差值。
③ 用简化表示方法。对于一些国家标准未规 定准确度等级指数的产品，在说明书中常用 “精度”作为一项技术指标来表征产品的准 确程度。
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（5）稳定性 稳定性是指在规定的工作条件下和规定
的时间内，系统性能保持不变的能力。
（6）影响系数 工作环境影响包括温度、大气压、振动
以及电源电压、频率等外部状态变化。