传感器PPT 第一章

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1.5 测试装置中常用术语
量程：指测试装置示值的上、下范围之差。
测量范围：指在该装置规定的极限误差范 围内所能测量的被测量的范围，对于动态 测试装置，要给出频率的测量范围。
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1.5 测试装置中常用术语
绝对误差（示值误差）： 示值误差=指示值-真值 Δ = A x－Ａ0 在实际测量中，被测量的真值是不知道的， 通常用实测量的算术平均值或满足规定精度 的测量值作为真值。例如：用一级精度压力 表去鉴定二级精度压力表，那么，一级精度 压力表的测量值就作为二级精度的压力真值 使用。 SSPU
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感 器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
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2. AGV自动送货车
超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红 外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感 器，货品识别。
作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的。 在分析众多复杂输入时，可以先分析单个输入的作用时 的输出，然后将所有输出叠加即为总输出。
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2、比例特性 若 x(t ) y(t ) 则对于任意常数k
kx(t ) ky(t )
3、微分特性：系统对输入微分的响应等于 对原输入响应的微分。 若 x(t ) y(t ) 则
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测80度的温度, A: 0.5级的0-300度 B: 1.0级 0-100度
通常,希望示值落在仪表满度值的2/3 以上
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例：某指针式万用表 的面板如图所示，问： 用它来测量直流、交 流（~）电压时，可能 产生的满度相对误差
分别为多少？
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例：用指针式万用表的
10V量程测量一只1.5V干
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1.3 测试技术的工程应用 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
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1.3 测试技术的工程应用
在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用， 是其重要组成部分。
1. 机械手、机器人中的传感器
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6. 楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工 作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在 楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温 度监测、电梯运行状况。
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理、 安全监测、照明控制、空调 控制、停车管理、水/废水管 理和电梯监控。
摄像头:CCD传感器
麦克风:电容传声器
声卡:A/D卡 + D/A卡
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1.4 测试技术的发展趋势
1. 不断提高测试系统的测量精度、量程范围、延 长使用寿命、提高可靠性： 2. 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 3. 新型、集成化、智能化传感器 4. 发展网络化传感器及检测系统 5. 测量信号处理方面___虚拟仪器技术
先修课程:
高等数学、电工学、材料力学、理论力学
参考书目:
1.贾民平,张洪亭,周剑英.测试技术.高等教育出版社 2.黄长艺,严普强.机械工程测试技术基础.机械工业出版社
3.吴正毅.测试技术与测试信号处理.北京:清华大学出版社
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第一章 绪 论
本章学习要求：
1
2 3 4 重点：
掌握测试等基本概念
掌握测试系统的组成 了解测试技术的发展趋势 测量误差的概念 测试系统的构成
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揭示和探索客观世界的规律方法:
理论分析 实验测量
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1.1 测试技术的基本概念 测量：
确定被测对象属性量值为目的的全部操作
结论： 测量是一种静态的， 相对孤立的记录性操作. “ 玻璃管温度计 定量”
香港理工AGV模型Fra Baidu bibliotek
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1.3 测试技术的工程应用 3. 生产加工过程监测
切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红 外接近开关传感器等。
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4. 流程工业设备运行状态监控
在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上 设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在 线监测系统。
烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
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7. 家庭与办公自动化
在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应 用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
全自动洗衣机中的传感器： 衣物重量传感器，衣质传 感器，水温传感器，水质 传感器，透光率光传感器 (洗净度) 液位传感器，电 阻传感器(衣物烘干检测)。
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称该系统为时不变线性系统，也称定常线性系统。通常， n>m，表明系统是稳定的，及系统的输入不会使输出发 散。系统均为常数，不随时间变化。 线性时不变系统有以下主要性质： 1、叠加性
若 则
x1 (t ) y1 (t )
x2 (t ) y2 (t )
[ x1 (t ) x2 (t )] [ y1 (t ) y2 (t )]
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12. 未来世界 智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源） 智能衣服（自动调节温度） 智能公路（自动显示、记录公路的压力、温度、车 流量） 智能汽车（无人驾驶、卫星定位）
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声学照相机
球型阵列是为测量小型设备和在有限制 空间中（例如车舱内）对于高频声源定 位而设计的48/120通道测量系统。
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1.1 测试系统基本要求
理想的测试系统应该具有单一的、确定的输入－输 出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之 对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输 出和输入成线性关系最佳。
线性 y 线性 y 非线性y
x
x
x
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1.2 线性系统及其主要性质
在实际测试工作中，把测试系统在一定条件下，看成 一个线性系统，具有重要的现实意义。 测试装置的输入量x(t)和输出量y(t)都是时间的函数， 如果它们之间的关系可以用线性常微分方程来描述， 即 d n y (t ) d n 1 y (t ) dy(t ) an an 1 a1 a0 y (t ) n n 1 dt dt dt d m x(t ) d m 1 x(t ) dx(t ) bm b b b0 x(t ) m 1 1 m m 1 dt dt dt
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例1：欲测240N左右的压力，要求 测量示值相对误差的绝对值不大于 0.6%，问若选用量程为250N的测 力计，其精度应选哪一级？若选用 量程为300N和500N的测力计，其 精度又分别选哪一级？
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例2：已知待测温度约为60℃左右。现 有两只温度计，一只为0.5级，测量范围 为0~300℃；另一只为1.0级，测量范围 为0~80℃。问选用哪一只温度计较好？ 为什么？
石化企业输 油管道、储 油罐等压力 容器的破损 和泄露检测。
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5. 产品质量测量
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
汽车扭距测量
图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数 包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力 及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试， 工程师可以了解产品质量。 机床加工精度测量
电池的电压，示值如图
所示，问：选择该量程
合理吗？
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用2.5V量程测量 同一只1.5V干电池的 电压，与上图比较， 问示值相对误差哪一 个大？
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第三章 测试系统特性
本章学习要求：
1
2 3 4 重点：
测试装置与线性系统
测试系统静态特性 测试系统动态特性 不失真测试系统 测试系统的静态、动态特性
装置指示值- 真值 相对误差 100% 真值
通常,希望示值落在仪表满度值的2/3 以上
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满度相对误差(引用误差)：
引用误差
指示值 - 真值 max 装置的满量程
100%
我国规定电工仪表精确度等级有 0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七级。0.1 级即表示引用误差是0.1%。
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仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为2.5 级，用它来测量电压时可能产生的满度 相对误差为+/-2.5% 。
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例：温度表: 0.5级,量程100度,可 能产生的最大绝对误差? 用其测80度温度时,示值相对误差? 10度温度时,示值相对误差?
通常: 最大绝对误差不变,示值相对误差 随示值的减小而增大
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1.测试装置与线性系统
测试系统，依据研究对象不同，含义的伸缩性很大， 既可指一个复杂装置的测试系统，也可能是指该 测试系统的各组成环节，例如传感器、放大器、 中间变换电路，记录器。
为从测试装置的输出中识别其输入，必须研究测试 装置输出、输入及测试装置三者之间的关系。 工程测试一般总是希望测试装置的测出信号能不失 真地反映被测的信号，为此对测试装置的传输特 性提出了一些基本要求。
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数字人工头测试系统
采集的结果可以直接存储在内部存储卡中， 在人工头前端的插槽内，储卡可以直接插拔。 RC Ⅳ远程控制器可以实现对HMS Ⅳ.0所有 功能的远程控制，其中RC Ⅳ远程控制器包 括蓝牙适配器及PDA组成。
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14. PC机中的测试技术应用
鼠标:光电位移传感器
电子卡尺
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1.1 测试技术的基本概念 测试：
是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试 验的综合。
激光测距 检测车体外形 室内监控
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1.2 测试方法和测试系统
测试方法
直接测试和间接测试 接触测试和非接触测试 非电测法和电测法
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非电量电测法优点： 能连续测量，自动记录，便于通过反馈去自动控 制和调整生产过程 通过电量放大器很容易将被测量放大很多倍，可 测极其微小的量 既可测静态量也可测动态量，而且可测瞬态量 可以有线或无线实现远距离遥测 可利用计算机进行自动测试以及分析和处理测试 数据
1.5 测试装置中常用术语
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？ 对于不同的被测量，用绝对误差往往很难 评定其测量结果的优劣，通常用相对误差 来评定。
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相对误差及精度等级
示值相对误差（测量误差）:
根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器、中 间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个模块组成。
机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变 换和计算机中的FFT分析软件三部分组成。测试系统中传感器为加速度 计，它负责将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传 感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D信号采集 卡用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT（快速 傅里叶变换）分析软件则对转换后的数字信号进行FFT变换，计算出信 号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。另外，测试系统的测 量分析结果还可以和生产过程相连，当机床振动信号超标时发出报警信 号，防止加工废品的产生。
指纹传感器
透光率传感器
温湿度传感器
温度传感器
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8. 工业检测
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9. 交通
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10. 日常生活
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11. 航空航天宇宙飞船 飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、 磁场、振动测量。“阿波罗10”飞船对3295个参 数进行检测，其中： 温度传感器559个 压力传感器140个 信号传感器501个 遥控传感器142个 专家说：整个宇宙飞船是高性能传感器的集合体
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测试系统：
典型测试系统
传感器＋中间变换装置＋显示记录装置
信息转换 信息提取
传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换为电量，中间 变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变 换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来， 提供给观察者或其它自动控制装置。
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dx (t ) dy (t ) dt dt
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4、积分特性：如果系统的初始状态为零，则系 统对输入积分的响应等于原输入响应的积分 若 则
x(t ) y(t )
x(t )dt y(t )dt
0 0
t
t
5、频率保持特性 若 x(t ) y(t ) 则 xi (t ) X i sin(it x ) yi (t ) Yi sin(it y )