检测系统及其基本特性

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1、传感器与现代检测技术四川大学电气信息学院自动化系主讲教师：蒋荣华目录传感器的基本理论检测技术的基本概论传感器与检测系统的特征作业1.2检测技术的基本概论一、定义检测是利用各种物理化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。检测技术:几乎已应用于所有的行业，它是多学科知识的综合应用。涉及:半导体技术、激光技术、光纤技术、声控技术、遥感技术、自动化技术、计算机应用技术、以及数理统计、控制论、信息论等近代新技术和新理论。最终目的就是从测量对象中获取反映其变

2、化规律的有用信息，为了实现此目的，一个广义的检测系统一般由激励装置、测试装置、数据处理与记录装置所组成（如图1.2）。1.2检测技术的基本概论1.2检测技术的基本概论二、基本结构和类型信息获取转换显示和处理（信号检出部分）（信号变换部分）（分析处理部分、通信接口及总线）图1-3三、各组成部分的特点（1）激励信号激励信号由激励装置产生，采用激励装置是为了使被测对象处于预定状态下，并将其有关方面的内在联系充分显示出来，以便于有效的测量。对于能量控制型传感器中的一些类型，如：超声波探伤、激光散斑技术测量应变，就是由外部能源

3、供给激励信号发生器，而激励信号发生器以信号激励被测对象，输入传感器的信号就是被测对象对激励信号的响应，它反映了被测对象的性质或状态。1.2检测技术的基本概论三、各组成部分的特点（2）测试对象测试对象的特性均以信号的形式给出;被测信号一般都是随时间变化的动态量，即使在检测不随时间变化的静态量时，由于混有动态的干扰噪声，通常也也按动态量进行检测测量。由于被测信号描述了被测对象特征信息，且信号本身的结构对所选用测试装置有重大影响，因此应当熟悉和了解各种信号的基本特征和分析方法。1.2检测技术的基本概论三、各组成部分的特点（

4、3）传感器传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用:将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。由于传感器种类繁多，所以几乎能检测所有非电量参量。但因传感器输出的电信号种类多、功率小，故一般不能直接将这种电信号传输到后续的信号处理电路或输出元件中去，必须经过信号的调理。1.2检测技术的基本概论三、各组成部分的特点（4）信号调理电路信号调理电路的主要作用有两方面:把来自于传感器的信号进行转换和放大，使其更适合于进一步处理和传输，多数情况是将各种电信号转换为电压、电流、频率等少数几种便于测量的电信号

5、，输出功率可达到mW级；进行信号处理，即对经过信号调理的信号，进行滤波、调制和解调、衰减、运算、数字化处理等。1.2检测技术的基本概论三、各组成部分的特点（5）信号的分析与记录信号调理电路输出的测量结果是对被测信号的真实记录，为了显示其变化过程，可以采用光线示波器、屏幕显示器、打印机等输出装置。此外还可以用磁记录器来存储被测信号，以便于检测工作完成后反复使用信号。1.2检测技术的基本概论三、各组成部分的特点（5）信号的分析与记录但要从客观记录的信号中找出反映被测对象的本质规律，还必须对信号进行分析（如：信号强度分析、

6、信号的频谱分析、信号的相关分析、信号的概率密度谱分析等），从而提取有用信息。信号分析的设备各式各样，有专用的分析仪（如：相关分析仪、概率密度分析仪、频谱分析仪、传递函数分析仪等），也有作综合分析用的信号处理机和数字信号处理系统1.2检测技术的基本概论一、静态特性与性能指标1.3检测系统的特性检测系统的非电量检测两种形式：静态信号：稳定的，不随时间变化或变化比较缓慢动态信号：随时间变化而变化输入量的状态不同，系统所呈现出来的输入输出特性也不同，因此存在静态特性和动态特性。良好的静态和动态特性，可降低或消除测量误差，才能

7、使信号按规律准确转换。线性度(非线性误差）—输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。（属系统误差）式中，max—输出量与输入量实际曲线与你和直线之间的最大偏差；yFS—输出满量程。一、静态特性与性能指标1.3检测系统的特性1、线性度(a)普遍情况：y=a1x+a2x2+a3x3+a4x4+‥‥(b)理想线性：y=a1x，灵敏度Sn=y/x=a1=常数（K）(c)具有偶次项非线性：y=a1x+a2x2+a4x4+‥‥(d)具有奇次项非线性：y=a1x+a3x3+a5x5+‥‥一、静态特性与性能指标1.3检测

8、系统的特性1、线性度图1-4线性度表示仅有奇次方的多项式有较宽准线性度理想线性特性一、静态特性与性能指标1.3检测系统的特性2、灵敏度(Sensitivity)灵敏度是指在稳态下的输出增量与输入增量的比值，用Sn表示，即具有输出/输入量纲。一、静态特性与性能指标1.3检测系统的特性2、灵敏度(Sensitivity)图1-5灵敏度定义线性系统，