《测量的基本概念》PPT课件.ppt

扬州大学杨鹏,1,电气测试技术 任课教师：杨鹏,扬州大学杨鹏,2,复旦大学物理系的倪光炯教授是物理学界著名的学者,他退休后反思自己的教学经验,有一段话值得我们细读,“我自己挣扎了50 年,才真正懂得了封闭的教学 只能培养出书呆子. 假如现在有同学深入地 与我讨论,在不少情况下,我会回答说我不懂或 我不知道. 现在我知道,这样的回答比那种把现 有理论讲得天衣无缝,无懈可击的说法要正确得多。,扬州大学杨鹏,3,课程要求 1、专业基础课、必修课； 2、理论教学学时48、实验教学学时10； 3、考试课程，考试时间13周； 4、每周交一次作业； 5、实验具体时间另行安排； 6、课堂纪律。,扬州大学杨鹏,4,课程要求 1.上课认真听讲; 2.每周上交一次作业; 3.认真撰写小论文; 4.完成各种设计课题。,扬州大学杨鹏,5,传感器教学的重点,传感器教材的特点 思路清晰，条理明确。基础好，易学。,传感器教学的难点 涉及到很多物理和化学概念，电路和电子的理论，机械知识等。,扬州大学杨鹏,6,扬州大学杨鹏,7,扬州大学杨鹏,8,本章主要内容 一、检测的基本概念 二、检测技术的作用与意义 三、检测系统构成 四、检测方法分类 五、检测技术的发展趋势 六、检测技术的应用,扬州大学杨鹏,9,一、检测的基本概念 1、检测基本概念 检测：信息提取、信号存储与传输、显示记录、分析处理； 信息提取是指用组成的测试系统，从被测量中提取出有用的信息。 信息转换是将提取的有用信息，根据需要，在幅值、功率等方面进行转换。 信息处理是视输出环节的需要，将变换后的电信号进行数字运算等处理。 信息传输是在排除干扰的情况下进行传输。,扬州大学杨鹏,10,2、检测的分类 根据被测量值的物理属性： 电量、非电量；,根据检测原理（物理的、化学的、生物学的）： 电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等；,根据检测方法： 主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态。,扬州大学杨鹏,11,二、检测技术的作用与意义 1、产品检验和产品质量控制的重要手段 被动检测主动检测（在线检测）质量控制,2、在大型设备安全经济运行中得到广泛应用 故障监测系统动态监测保证设备和人员安全提高经济效益,3、自动化系统中不可缺少的组成部分 检测获取信息分析判断自动控制,4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步 检测手段水平决定科学研究的深度和广度 理论研究成果离不开必要的检测手段,扬州大学杨鹏,12,三、检测系统构成,1 信号检出部分、2 信号变换部分、3分析处理通信接口,扬州大学杨鹏,13,扬州大学杨鹏,14,扬州大学杨鹏,15,扬州大学杨鹏,16,扬州大学杨鹏,17,1、信号检出部分 传感器（Sensor）信号获取功能器件 （1）输出量为电量或电参数等； （2）输出的电信号一般较微弱； 电压毫伏级、微伏级；电流毫安级、纳安级。 （3）输出信号与噪声混杂在一起； 传感器内部噪声，传感器的信噪比小。 （4）传感器的输出特性呈线性或非线性； （5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性。,扬州大学杨鹏,18,2、信号变换部分 变换信号适合于分析和处理的信号,信号调理电路的任务： 阻抗变换输出阻抗很高时； 信号放大输出信号微弱时； 噪声抑制信号淹没在噪声中； 电压/电流（V/I）转换需要电流输出时； 模拟/数字（A/D）转换需要输出数字信号时。,信号调理电路的目的： 对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量； 消除或抑制传感器输出量中的无用信号； 提高测量、分析的准确度； 简化后续系统的组成。,扬州大学杨鹏,19,3、分析处理部分 计算机系统强大问题分析能力、复杂系统的实时控制，实现自动化和智能化。,扬州大学杨鹏,20,4、通信接口与总线部分 功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换。 接口：分系统和上位机之间、分系统和分系统之间交换信息通用标准接口不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联。 USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行,扬州大学杨鹏,21,四、检测方法分类 按测量手续： 直接测量、间接测量 按测量值的获得方式： 偏移法测量、零位法测量、差分式测量 按传感器与被测对象是否直接接触： 接触式测量、非接触式测量 根据对象变化的特点： 静态测量、动态测量,扬州大学杨鹏,22,1、直接测量与间接测量 （1）直接测量：与同类基准进行简单的比较得到被测量 线纹尺物体尺寸 天平物体重量 电流表电路电流 压力表压力 （2）间接测量：被测量无法或不易进行直接测量 功率 = 电压 电流,扬州大学杨鹏,23,2、偏移法与零位法测量 （1）偏移法：完全从被测量中获得信号转换所需能量。 例：弹簧秤 （2）零位法：不从信号源获得能量的高精度测量。 例：天平称量物体,扬州大学杨鹏,24,3、差动变换型结构 由三个回路组成。设三个组成回路的传递系数为k1，k2，k3，且k1和k2回路的组成结构要相同。设k1=k2=k。被测量x以+x和-x分别作用于k1和k2回路，可得y1=k1x，y2=-k2x。y1和y2在k3回路中作相减，则 y=k3（y1-y2）=2k3kx 若有干扰信号u1和u2分别作用于两个回路中，则： y=k3k1(x+u1)-k2(-x+u2)=2k3kx+k3k(u1-u2) 若干扰信号u1=u2，则 y= 2k3kx=+Kx 式中，K=2k3k。 结论：差动变换型结构的灵敏度比较高，k1和k2回路引进的干扰只要u1= u2，就不会影响输出量y，因此抗干扰能力较强。,扬州大学杨鹏,25,扬州大学杨鹏,26,4、随动跟踪测量 例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器,力平衡式荷重测量系统,扬州大学杨鹏,27,5、主动探索与信息反馈型检测,扬州大学杨鹏,28,五、检测技术的发展趋势 检测技术重要手段科学研究 相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等 形成推动实验研究和发展 新的检测理论、方法和技术手段,扬州大学杨鹏,29,1、传感器水平的提高 （1）新原理、新材料、新工艺，新功能传感器 光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器 （2）新领域、新需求，新型传感器 化学传感器、 微生物传感器、 仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温的新型传感器 （3）传感器向高精度小型化一体化和集成化方向发展,扬州大学杨鹏,30,2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展 以计算机为中心的检测系统。复杂对象或系统的多路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加工；故障诊断。,扬州大学杨鹏,31,六、检测技术的应用 现代传感器既是高科技的结晶，又在高科技中起举足重轻的作用。如美国阿波罗登月飞行器每个安装的各种传感器达3200个 .在现代的飞机、汽车、甚至家用电器也是如此.,扬州大学杨鹏,32,环境监控仪,扬州大学杨鹏,33,汽车发动机的检测,扬州大学杨鹏,34,人造飞船的检测,扬州大学杨鹏,35,飞机的检测与控制,扬州大学杨鹏,36,导弹的检测与控制,扬州大学杨鹏,37,机器人的检测与控制,扬州大学杨鹏,38,机械手的检测与控制,扬州大学杨鹏,39,隐形飞机的检测与控制,扬州大学杨鹏,40,美国新一代载人航天器的检测与控制,扬州大学杨鹏,41,美国发现号航天飞机的检测与控制,扬州大学杨鹏,42,智能电子警察监测系统,扬州大学杨鹏,43,智能电子警察监测系统,扬州大学杨鹏,44,号,智能电子警察监测系统,扬州大学杨鹏,45,作业 1、利用网络或图书馆等手段，查找目前国外、国内的研究所、高校、工厂、公司等研究和企业单位，在传感器上