第一章 检测与转换技术基础.ppt

08.06.2020，1，检测与转换技术，教师：马忠利办公室地点：31号教学楼307实验地点：31-301-1室电话：8251940308.06.2020，2，课程主要目的：了解常用传感器的工作原理，掌握常用传感器的应用电路，学习设计和调试常用传感器的信号调理电路，学习设计和调试常用信号检测电路，理解设计温度、压力、流量、液位等主要传感器的工作原理及应用。电阻传感器的工作原理及应用。电阻传感器信号调理电路。变压器电抗和磁电传感器的工作原理及应用。变压器电抗和磁电传感器的信号调节电路。主动传感器的工作原理及应用。数字传感器的工作原理及应用。其他常用的信号调理电路包括：阻抗匹配电路、谐振电路等。08.06.2020，4，本课程主要指书籍，马仲礼。信号检测与转换实验技术。黑龙江教育出版社，2008.6 .高.检测和转换技术。黑龙江教育哈尔滨工程大学出版社，2007.6。阎。自动检测技术。北京：国防工业出版社。1994.1。王中生。智能检测与控制技术。Xi安：西北工业大学出版社，2002.9。常建生。检测和转换技术。北京：机械工业出版社，1999.5。王家镇等人的传感器和发射机男。北京：清华大学出版社，08.06.2020，5。课程主要参考网站，08.06.2020，6，课程考核方法，平时30%:70%期末考试，作业和课堂问答，08.06.2020，7，第一章检测与转换技术的理论基础，主要内容：测量与测量方法介绍，检测仪器测量误差概述和数据处理(自学)传感器知识，08.06.2020，8，重点和难点：基本性能测量误差估计和信号处理分类和特征检测仪器传感器性能和组成检测与转换技术：是自动检测技术和自动转换技术的总称。它是一门应用技术学科，主要研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信号处理和信息传输的理论和技术。信息提取：指从自然界中许多可测量的(物理的、化学的、生物的和社会的)量中提取有用的信息(通常是电信号)，以形成一个自动检测系统。信息转换：将提取的有用信息转换成电量形式、振幅、功率等。为了满足下一个单元的需要和精度。有必要对信息提取和转换过程中引入的干扰进行补偿。信息处理：根据输出链路的需要，转换后的电信号可以通过数字运算(平均值、极值等)进行处理。)、模数转换等。信息传输：在消除干扰的情况下，信息可以经济、准确地远近传输。2020年8月6日和11月，典型检测与转换系统的基本组成，2020年8月6日和12月，检测技术是开展各种科学实验研究和生产过程参数测量不可缺少的手段，在国民经济中占有重要的地位和作用。，1.1.2检测与转换技术的应用，08.06.2020，13，汽车检测技术，08.06.2020，14，鼠标：光电位移传感器，摄像头：电荷耦合器件传感器，声笔：超声波传感器，麦克风：电容式麦克风，声卡：A/D卡D/A卡，计算机检测技术，08.06.2020，15，日常生活检测技术(？)，08.06.2020，16，检测转换技术应用实例，管道检测，长输油管道内部缺陷检测，08.06.2020，17，a，a)普通磁铁磁场，B)管道壁无缺陷时磁场分布，C)管道壁有缺陷时磁场分布图，MFL(漏磁)检测技术，08.06.2020，18，管道内部缺陷检测信息流程图，08.06热量：机械量：几何量：物体的性质和成分：状态量：电气量(电工学研究：08.06.2020，22，1 .静态信号和动态信号，1.2.2信号分类和特性。根据信号的不同特性，信号可分为静态信号和动态信号、确定性信号和非确定性信号、周期性信号和非周期性信号、连续信号和离散信号、功率信号和能量信号等。a信号分类，08.06.2020，23，2。确定性信号和非确定性信号(随机信号)，08.06.2020，24，谐波信号(正弦或余弦):3。周期性信号和非周期性信号，确定性信号可以分为周期性信号和非周期性信号。1)。周期信号，08.06.2020，25，复合周期信号：由两个或多个简单谐波信号叠加而成。它有最长的基本重复周期。与基本周期频率相同的谐波称为基波，其他基波为整数倍的谐波称为高次谐波。可表示为：08.06.2020，26，准周期信号：由不同频率的简单谐波信号组成，可用以下公式描述：瞬态信号：指冲击信号或短时衰减信号。(2)非周期性信号非周期性信号是指永远不会在时间上重复的信号。非周期信号分为准周期信号和瞬态信号。复周期信号和准周期信号有什么区别？下列信号分别是什么？为什么？1)连续信号：这意味着信号在所讨论的时间周期中的任何一点都有一个确定的函数值，除了一些离散的点。模拟信号，连续信号，08.06.2020，29，量化信号，08.06.2020，30，2)离散信号：信号仅在离散时刻定义。也常被称为序列。这里的“离散”是指函数值是在某个不连续的时刻给出的，而不是在其他时间定义的。08.06.2020，31，两个信号特征，1。周期性信号特征，1)周期性信号分解，结论：周期性信号可以由具有不同振幅和相位角的恒定分量和无限数量的余弦波(或正弦波)叠加而成。08.06.2020，32，傅立叶级数系数之间的关系，08.06.2020，33，2)周期性信号频谱，信号振幅频谱：信号相位频谱：振幅频谱和相位频谱通常称为信号频谱。周期信号的频谱实际上是其直流电流、基波以及每个谐波分量的幅值和相位随频率的分布，或者是其各种频率分量的分布。振幅谱和相位谱图：08.06.2020，34，频带：原始信号的能量一般集中在较低的频率范围。频谱中的有效频率范围称为信号的频带。(1)离散性。(2)谐波。(3)趋同。周期信号的对称性和傅立叶系数。当周期信号具有一定对称性时，傅里叶级数展开过程中傅里叶系数的计算大大简化。，08.06.2020，36，作业2找到图中所示的方波信号的傅立叶级数：08.06.2020，37，绘制对应于以下时域图的频谱图：作业3，08.06.2020，38，2。非周期性信号特征，周期性信号t增加，谱线间距减小，谱线变得更密集，每个分量的幅度减小，但是光谱形状保持不变。当T，每个频率分量的幅度变得无穷小，而有无限多的频率分量。周期信号的离散谱成为非周期信号的连续谱。08.06.2020，39。非周期信号傅里叶变换存在的条件需要满足以下几个条件：1 .信号x(t)是绝对可积的，即傅立叶变换就是根据这一点而存在的。2.在任何有限的时间间隔内，信号x(t)只有有限的最大值和最小值。3.在任何有限区间内，信号x(t)只有有限数量的不连续点，并且所有这些点必须是有限值。上面的第一个条件是一个充分条件，但它不一定是必要的；第二和第三个是不够的。傅立叶变换对表明信号的时域表达式和频域表达式可以相互转换。如果信号的时域表达式是已知的，它可以通过傅立叶变换在频域中描述。相反，如果信号的频域表达式是已知的，它可以通过逆傅立叶变换在时域中描述。是信号在不同领域的表达。在操作4中，获得单位脉冲函数(t)的频谱。注：单位脉冲函数(t)也称为狄拉克函数或函数。其定义是：当t0时，函数值都为0；t=0时，函数值为无穷大，脉冲面积为1。测量的概念是门捷列夫，08.06.2020，42，1.2.3。测量是所有科学的开端。利用各种物理和化学效应，选择适当的方法和装置，通过检查和测量，对生产、科学研究和生活的相关信息给出定性或定量结果。测量定义：平衡，比较，读数，08.06.2020，44，测量过程用数学形式表示如下：在上面的公式中，x是待测量的单位，u是所选的待测量单位，p是所选单位下的测量比率。测量过程中的三个重要因素是：测量单位、测量方法和测量设备。08.06.2020、45和1.2.3测量方法，测量过程应通过三个步骤完成：比较、平衡和读数。在实际工作中，可以采用多种测量方法：等精度测量和不等精度测量；直接测量和间接测量；接触和非接触测量；离线测量和在线测量；偏差测量、零位测量和差动测量；动态测量和静态测量。等精度测量：在测量过程中，影响测量误差的因素(环境条件、仪器、测量人员、测量方法等)。)保持不变，并且在短时间内对相同的被测对象重复测量相同的次数。用这种方法得到的测量结果的可靠性是相同的，这是一般工程测量中常用的方法。非等精度测量：在测量过程中，测量环境条件部分或完全不同，如测量仪器精度、重复测量次数、测量人员的熟练程度等。用这种方法得到的测量结果的可靠性明显不同。08.06.2020，47，偏差测量：测量值由仪表指针相对于标尺的位移(偏差)直接表示。例如：指针式仪表的零位测量：仪表的零位机构用于测量被测量和标准量是否平衡。例如：天平称重差动测量：一种结合偏差法和零位法的测量方法。示例：通过不平衡电桥测量电阻(应变电阻测量)，08.06.2020，48，直接测量：使用测量仪器和预先校准的测量工具测量被测对象，例如电子卡尺，间接测量：使用测量仪器和m测量与被测对象有确定函数关系的其他几个物理量例如：阿基米德测量表冠的比重，08.06.2020，49，接触测量：测量仪器直接与被测物体接触，非接触测量：测量仪器不与被测物体接触，车载电子警察，温度计测温，08.06.2020，50，静态测量：测量值不随时间变化或变化缓慢，动态测量：测量值本身随时间变化迅速，地震测量振动波形，便携式仪器，波形可显示，08.06 离线测量：测量人员在规定的时间内反复读取一个或多个测量仪器的数据，将数据记录在相关的表格中或存储在一些数据存储载体中，然后将数据输入计算机进行分析和处理。 在线测量：测量仪器测量的信号直接送到计算机进行处理、识别和检测结果。离线：产品质量检验，在线：在装配线上，边加工边检验，可以提高产品一致性和加工精度。08.06.2020，52，自学！1.2.4测量误差，08.06.2020，53.1。测量误差的来源是什么？2.根据误差发生的规律，测量误差分为哪几种？3.举例说明什么是系统误差、随机误差、粗差及其特征。4.对某一数量进行10次重复等精度测量。不考虑系统误差和粗差，测量结果如下。试着找出标准误差和极限误差，写出测量结果的表达式。123.95，123.45，123.60，123.60，123.87，123.88，123.00，123.85，123.82，123.60，作业5，08.06.2020，54，偏差特别大，冲击点接近正态分布，冲击点都偏向右上侧。6.根据下图解释错误特征。测量的精确度是多少？请从准确性的角度解释以下测量的特点？08.06.2020、55、1.3.1检测仪器的基本组成。1.检测仪器通常由传感器、转换器、显示器和连接所有链路的传输通道组成。1.3、检测仪器和传感器：感受测得的变化。转换器：转换传感器输出信号。显示：记录显示。传输通道：为每个链路的输入和输出信号提供一个通道。08.06.2020，56，1.3.2测试仪器的基本性能，1 .测量范围：测量范围上限和下限之间的代数差2 .误差：包括基本误差和附加误差，技术指标：1)绝对误差：客观真值(未知)，1)约定真值：接近真值，与真值之差可以忽略不计。在实际测量中，没有系统误差的足够次数的测量值的平均值被视为商定的真实值。(2)相对真值：上级标准仪表或仪表的指示值为下级仪表指示值的相对真值，08.06.2020，57。思考1:一个买家在三家商店分别买了100公斤大米、10公斤苹果和1公斤巧克力，发现它们都少了大约0.5公斤，但是买家对巧克力商店的意见最大。原因是什么？08.06.2020，58，2)相对误差：仪器指示值的绝对误差与测量真实值的比率。测量值X是近似计算的，而不是约定的真值x0:实际相对误差，