传感器检测方法

1、2021-9-18主要内容主要内容v检测方法及其基本概念检测方法及其基本概念v检测系统模型与结构分析检测系统模型与结构分析v提高检测精度的方法提高检测精度的方法v多元化检测技术多元化检测技术3.3.检测技术及方法分析检测技术及方法分析2021-9-18传感器与执行器传感器与执行器：获取：获取检测对象所处状态的传检测对象所处状态的传感器，以及控制并调节感器，以及控制并调节对象状态的执行器。对象状态的执行器。操作界面操作界面：操作人员与：操作人员与仪器装置之间的界面。仪器装置之间的界面。系统界面系统界面：监控仪器与：监控仪器与其他系统之间信息往来。其他系统之间信息往来。图图3-1 3-1 检测与控

2、制仪器与外界环境检测与控制仪器与外界环境之间的三种界面之间的三种界面传感器的好坏直接影传感器的好坏直接影响仪表的质量，对它响仪表的质量，对它的的要求要求有：有：准确性准确性：稳定性稳定性：灵敏性灵敏性：其它其它：经济性、耐腐经济性、耐腐蚀性、低能耗蚀性、低能耗等。等。信息的输入端口信息的输入端口, , 完成完成信信号的检测与转换，号的检测与转换，是整个是整个系统中的关键。系统中的关键。检测及控制装置与外界环境之间的三种界面关系：检测及控制装置与外界环境之间的三种界面关系：2021-9-18传感器与检测技术传感器与检测技术n传感器传感器(Sensor/Transducer): 能感受规定的被测量

3、件能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成组成 n检测（检测（Detection):利用各种物理、化学效应，选择合利用各种物理、化学效应，选择合适的适的装置装置(传感器传感器)与方法与方法，将生产、科研和生活等各，将生产、科研和生活等各方面的有关信息通过方面的有关信息通过检查与测量的方法检查与测量的方法赋予赋予定性或定定性或定量结果量结果的过程称为检测技术的过程称为检测技术。2021-9-18传感器传感器(sensor, transducer)种类很多，它的种类很多，它的分类

4、分类方法有很多种：方法有很多种：根据根据检测对象检测对象分类，如温度、压力、位移等。分类，如温度、压力、位移等。从从传感器原理或反应效应传感器原理或反应效应分类，如光电、压电等。分类，如光电、压电等。根据传感器的根据传感器的材料材料分类，如导电体、半导体等。分类，如导电体、半导体等。按按应用领域应用领域分类，如化工、纺织、造纸、环保等分类，如化工、纺织、造纸、环保等5. 5. 按按输出信号形式输出信号形式分类，如模拟和数字式等。分类，如模拟和数字式等。6. 6. 按按反映形式或能量供给方式反映形式或能量供给方式分类，如能动型和被动分类，如能动型和被动型、能量变换型和能量控制型等。型、能量变换型

5、和能量控制型等。2021-9-183.1 3.1 检测方法及基本概念检测方法及基本概念3.1.1 3.1.1 开环开环(open loop)型检测与闭环型检测与闭环(closed loop)型检测型检测开环型检测系统如图开环型检测系统如图 ( (a)a)所示。所示。对象对象信息处理器信息处理器传感器传感器输出输出(a)闭环型检测系统如图闭环型检测系统如图 ( (b)b)所示。所示。+反变换器反变换器放大器放大器变换器变换器被测量被测量输出输出-(b)平衡式仪表及检测系统一般采用这种结构。平衡式仪表及检测系统一般采用这种结构。2021-9-183.1.23.1.2 直接检测与间接检测直接检测与间

6、接检测直接检测直接检测与同类基准进行简单比较。一般可直与同类基准进行简单比较。一般可直接读出被测量的量值。接读出被测量的量值。 比如：用电压表测电压、温度计测温度等比如：用电压表测电压、温度计测温度等。间接检测间接检测测量与被测量有一定关系的测量与被测量有一定关系的2 2个或个或2 2个个以上物理量，然后再推算出被测量。以上物理量，然后再推算出被测量。 比如，测量电流和电阻求电压、比如，测量电流和电阻求电压、U=IRU=IR。间接测量需要进行间接测量需要进行2 2次以上的测量，一般要分析误差的传递。次以上的测量，一般要分析误差的传递。2021-9-18 3.1.3 3.1.3 绝对检测与比较检

7、测绝对检测与比较检测绝对检测绝对检测由基本物理量测量而决定被测量的方法由基本物理量测量而决定被测量的方法。 例如，用水银压力计测压力时，从水银柱的高度、密度、和例如，用水银压力计测压力时，从水银柱的高度、密度、和重力加速度等基本量测量决定压力值。重力加速度等基本量测量决定压力值。比较检测比较检测与同种类量值进行比较而决定测量值的与同种类量值进行比较而决定测量值的方法称为方法称为比较检测方法比较检测方法。 例如用弹簧管压力计测量压力时，要用已知压力校正压力计例如用弹簧管压力计测量压力时，要用已知压力校正压力计的刻度，被测压力使指针摆动而指示的压力是通过比较或校正得的刻度，被测压力使指针摆动而指示

8、的压力是通过比较或校正得出的。出的。2021-9-183.1.4 3.1.4 偏差法与零位法偏差法与零位法偏差法偏差法(difference method)也叫非零检测法。一般为开也叫非零检测法。一般为开环型结构，增益大。结构简单，测量结果直观。信号转环型结构，增益大。结构简单，测量结果直观。信号转换需要的能量要从被测对象上获得（换需要的能量要从被测对象上获得（如弹簧秤称重如弹簧秤称重） 。这样，。这样，会使会使被测对象被测对象的状态发生变动。（的状态发生变动。（例如，用接触式温度计测量温例如，用接触式温度计测量温度，热量会被温度计吸收度，热量会被温度计吸收）这种开环检测对排除干扰很不利。）这

9、种开环检测对排除干扰很不利。零位法零位法(null method)是反馈型闭环检测方法。采取与同是反馈型闭环检测方法。采取与同类的已知量取平衡的方法进行测量（类的已知量取平衡的方法进行测量（如用天平测量质量如用天平测量质量） 。零位法的平衡操作绝大多数已经完全自动化。（零位法的平衡操作绝大多数已经完全自动化。（电位差计、电位差计、平衡电桥等平衡电桥等）2021-9-183.1.5 3.1.5 强度变量检测与容量变量检测强度变量检测与容量变量检测 被测物理量中，有强度变量与容量变量之分。如压被测物理量中，有强度变量与容量变量之分。如压力、温度、电压等表示作用的大小，与体积、质量无关力、温度、电压

10、等表示作用的大小，与体积、质量无关的，称作的，称作强度变量强度变量。 而像长度、重量、热量、电流等与占据空间相关，而像长度、重量、热量、电流等与占据空间相关，与体积、质量成比例关系的，是与体积、质量成比例关系的，是容量变量容量变量。 一般在传感器的输入输出端分别存在成对的一般在传感器的输入输出端分别存在成对的强度变强度变量与容量变量，它们的乘积分别表示传感器的输入、输量与容量变量，它们的乘积分别表示传感器的输入、输出能量出能量。2021-9-18 以热电偶测温为例，温度差即强度变量是输入信以热电偶测温为例，温度差即强度变量是输入信号，输出信号是热电势，也是强度变量。输入端的容号，输出信号是热电

11、势，也是强度变量。输入端的容量变量是热流，输出端的容量变量是电流量变量是热流，输出端的容量变量是电流, ,如图所示如图所示。热电偶热电偶热流热流温度差温度差电流电流热电势热电势 热流和电流虽不是输入输出变量。但它们都对检测系热流和电流虽不是输入输出变量。但它们都对检测系统有影响：被检测物体的热容量过小或检测系统的热容过统有影响：被检测物体的热容量过小或检测系统的热容过大，都将使被测物温度发生变化而产生误差。输出端电路大，都将使被测物温度发生变化而产生误差。输出端电路里有电流流动，受内阻影响输出信号的电压有所降低，也里有电流流动，受内阻影响输出信号的电压有所降低，也会造成系统误差。会造成系统误差

12、。强度变量与容量变量是在检测系统的输强度变量与容量变量是在检测系统的输入输出端共轭存在的变量。一方传递信息的同时，另一方入输出端共轭存在的变量。一方传递信息的同时，另一方总是直接或间接地与误差有关。为减少测量误差，需尽量总是直接或间接地与误差有关。为减少测量误差，需尽量抑制共轭变量的影响。抑制共轭变量的影响。2021-9-18 此方法是测量被测量与已知量的差值。差值通常较小，此方法是测量被测量与已知量的差值。差值通常较小，只要对差值进行高精度检测，可以提高检测精度。只要对差值进行高精度检测，可以提高检测精度。(游标卡游标卡尺；测微头尺；测微头)3.1.6 3.1.6 微差法微差法3.1.7 3

13、.1.7 替换法替换法 由于系统误差的存在，当把被测物与标准比较由于系统误差的存在，当把被测物与标准比较物的主次或先后顺序置换过来时，可以排除测量过物的主次或先后顺序置换过来时，可以排除测量过程中因顺序所造成的误差影响。程中因顺序所造成的误差影响。 例如，改变天平放砝码托盘的左右位置，两次测量质量取例如，改变天平放砝码托盘的左右位置，两次测量质量取平均值求得被测量的比较准确的质量。平均值求得被测量的比较准确的质量。2021-9-183.1.8 3.1.8 能量变换与能量控制型检测元件能量变换与能量控制型检测元件 热敏电阻热敏电阻分别在热辐射的条件下，电阻值发生变化，分别在热辐射的条件下，电阻值

14、发生变化，这种类型的传感器的输出信号这种类型的传感器的输出信号能量能量不是来自光源或热源，不是来自光源或热源，而是而是由检测阻值变化的电路电源提供的由检测阻值变化的电路电源提供的。此时，可以看。此时，可以看作是作是被测量控制了被测量控制了从电源转向输出信号的从电源转向输出信号的能量的流动能量的流动。所以称为所以称为能量控制型检测。能量控制型检测。 这是这是根据传感元件的能量供给方式来划分根据传感元件的能量供给方式来划分的的。 如如热电偶热电偶作为温度传感器使用时，输出信号的能量作为温度传感器使用时，输出信号的能量是传感器吸收的热能的一部分，由于是传感器吸收的热能的一部分，由于输入信号的能量输入

15、信号的能量的的一部分一部分转换成输出信号转换成输出信号，所以称作，所以称作能量变换型检测能量变换型检测。2021-9-183.1.9 3.1.9 主动探索与信息反馈型检测主动探索与信息反馈型检测 根据探索行为所逐一得到的检测结果来判断被检测根据探索行为所逐一得到的检测结果来判断被检测对象的形态及性质，并重复进行探索，深入掌握其状态；对象的形态及性质，并重复进行探索，深入掌握其状态； 主动探索检测的信息反馈有多种形式：反馈给信息主动探索检测的信息反馈有多种形式：反馈给信息处理部，如神经元网络学习等处理；反馈给传感器，如处理部，如神经元网络学习等处理；反馈给传感器，如改变传感器的工作状态；反馈给被

16、测对象改变传感器的工作状态；反馈给被测对象 ，使检测结果，使检测结果具有确定性。具有确定性。被测对象被测对象检测结果检测结果单传感器单传感器或或多传感器多传感器信息处理信息处理2021-9-183.2.3.2.检测系统模型与结构分析检测系统模型与结构分析 检测系统的基本功能可总结为：检测系统的基本功能可总结为：信号转换与信号选信号转换与信号选择、择、基准保持与比较、显示与操作三大部分。基准保持与比较、显示与操作三大部分。 3.2.23.2.2 信号转换模型与信号选择性信号转换模型与信号选择性1.1.信号转换的数学模型信号转换的数学模型 系统的状态方程为：系统的状态方程为：3.2.1 3.2.1

17、 检测系统的基本功能检测系统的基本功能12121212,.,;,., 1,2,.,.,;,., 1,2,.,iinrjjnrxgx xx u uuinyfx xx u uujm2021-9-18标定标定是改变输入量是改变输入量u u，记录输出量记录输出量y y的过程。的过程。检测检测是在标定的基础上由是在标定的基础上由y y求求u u的解逆问题的过程。的解逆问题的过程。检测系统信号转换的基本条件：检测系统信号转换的基本条件：变换特性能用简单公变换特性能用简单公式描述或输入与输出之间的关系确定。式描述或输入与输出之间的关系确定。 设设u u1 1 为被检测量（输入信号），为被检测量（输入信号），

18、y y1 1 为测量值（输为测量值（输出信号）时出信号）时 rnuuuxxxfy,.,;,.,212111 则代表了则代表了u u1 1y y1 1的的检测方程特性检测方程特性。如果把上式所示的信号如果把上式所示的信号转换关系看成是转换关系看成是u u1 1与与y y1 1单变量模型时，这个函数必须是一对一单变量模型时，这个函数必须是一对一的的2021-9-18 设计检测系统时要选择必要的信号，以消除其他变设计检测系统时要选择必要的信号，以消除其他变量的影响，提高检测精度。量的影响，提高检测精度。 以金属丝的电阻值变化为例，它与金属种类、纯度、以金属丝的电阻值变化为例，它与金属种类、纯度、形状

19、、温度有关。当用作热电阻测温时，选择其温度变形状、温度有关。当用作热电阻测温时，选择其温度变化的特性，而要防止变形影响；当用作应变测量时，则化的特性，而要防止变形影响；当用作应变测量时，则选择其形状变化的特性，而要设计抵消温度影响的检测选择其形状变化的特性，而要设计抵消温度影响的检测结构结构。2.2.信号选择性信号选择性2021-9-18一个传感器的输入信号，除被测参数以外，还有一个传感器的输入信号，除被测参数以外，还有其他未知参数或干扰参数，因此，可视为多输入单输其他未知参数或干扰参数，因此，可视为多输入单输出系统。出系统。传感器传感器输入量输入量输出量输出量x1x2x3y3.2.3 3.2

20、.3 检测系统的结构分析检测系统的结构分析 为为减小和消除减小和消除这些多余信号，实际上常常采取一些特这些多余信号，实际上常常采取一些特殊结构。殊结构。常见的结构有：补偿结构、差分结构。常见的结构有：补偿结构、差分结构。2021-9-18设被检测量为设被检测量为u u1 1，干扰量为，干扰量为u u2 2，传感器传感器A A为为测量用测量用传感器，传感器，同时受同时受u u1 1、u u2 2 的作用，在的作用，在u u1 1、u u2 2有微小变化的前后有微小变化的前后，输出信号分别输出信号分别为：为：y yA A=f=fA A( (u u1 1，u u2 2) ) y yA A=f=fA

21、A( (u u1 1+ +u u1 1，u u2 2+ +u u2 2) )。 传感器传感器B B为为补偿用补偿用传感器，受干扰量传感器，受干扰量u u2 2及其微小变化的影及其微小变化的影响。在固定响。在固定u u1 1时，输出分别为：时，输出分别为： y yB B=f=fB B( (u u1 1，u u2 2) ) y yB B=f=fB B( (u u1 1，u u2 2+ +u u2 2) )。1.1.补偿补偿(compensation)结构结构 补偿结构补偿结构是利用传感器是利用传感器B B的输出结果，补偿传感器的输出结果，补偿传感器A A中的干扰量作用，使检测系统的输出结果不受被测

22、参数中的干扰量作用，使检测系统的输出结果不受被测参数以外的干扰参数的影响，实现信号选择性。以外的干扰参数的影响，实现信号选择性。补偿结果输补偿结果输出为出为: :y=yA- - yB =fA(u1+u1，u2+u2)- - fB(u1，u2+u2) 。 2021-9-18 对对y=yA- - yB =fA(u1+u1，u2+u2)- - fB(u1，u2+u2) 按泰勒级数展开按泰勒级数展开。得到：。得到：补偿过程分析：补偿过程分析：即两传感器的传输特性相同，即补偿传感器即两传感器的传输特性相同，即补偿传感器B B的输出特性满足的输出特性满足),(),(2121uufuufAB那么，它们对那么

23、，它们对u u2 2的各阶次偏微分也分别相同，上式可化简成的各阶次偏微分也分别相同，上式可化简成该式中，该式中，u u2 2的一次相和二次相被抵消的一次相和二次相被抵消了。因此，这种结构可以减少了。因此，这种结构可以减少u u2 2的影的影响，实现对响，实现对u u2 2的补偿。但这的补偿。但这不是完全补不是完全补偿偿，因为还有，因为还有u u1 1u u2 2的一项。的一项。2021-9-18 这样，补偿结果中就不含这样，补偿结果中就不含u u2 2的影响，实现了完全补的影响，实现了完全补偿。这种补偿方式称为比率补偿，其结构是将两传感器偿。这种补偿方式称为比率补偿，其结构是将两传感器输出信号

24、的相减改为相比。输出信号的相减改为相比。11111()()yf uuf uB12211222( ,)( )()fu uuaf uf uu2021-9-18 总之，利用补偿结构实现对干扰的补偿时，必须有检测干扰的传总之，利用补偿结构实现对干扰的补偿时，必须有检测干扰的传感器，而且在干扰量变化范围内补偿用传感器的特性应与检测用感器，而且在干扰量变化范围内补偿用传感器的特性应与检测用传感器特性相一致，满足这一条件的严密与否决定了补偿精度。传感器特性相一致，满足这一条件的严密与否决定了补偿精度。乘性干扰输入乘性干扰输入传感器输出是两输入信号的单函数的乘积，即：传感器输出是两输入信号的单函数的乘积，即：

25、)()(),(221121uafuafuufy )()(),(221121ufuafuufy 根据传感器对输入的响应形式，仪表的输入有直接干扰输入和根据传感器对输入的响应形式，仪表的输入有直接干扰输入和乘性干扰输入之分，其相应的补偿形式不同。乘性干扰输入之分，其相应的补偿形式不同。加性干扰输入加性干扰输入传感器输出是两输入信号的单函数的线性组合，传感器输出是两输入信号的单函数的线性组合，即：即：补偿形式补偿形式：基本补偿结构（差值补偿结构）：基本补偿结构（差值补偿结构）补偿形式补偿形式：比率补偿结构：比率补偿结构2021-9-18 差分结构可以看作是补偿结构的特例，是排除干扰、选择必要差分结构

26、可以看作是补偿结构的特例，是排除干扰、选择必要的测量参数的重要方法的测量参数的重要方法。2.2.差分差分(difference)结构结构 优势：消除共模干扰，降低漂移，提高灵敏度，改善线优势：消除共模干扰，降低漂移，提高灵敏度，改善线性关系等方面有明显效果性关系等方面有明显效果21111211222()ffyuuuuu u 2021-9-18 利用检测系统的动态特性实现信号选择功能。主要利用检测系统的动态特性实现信号选择功能。主要是依据信号与噪声在时域和频域上的不同特性。这些方是依据信号与噪声在时域和频域上的不同特性。这些方法同样是提高检测精度，抗噪声的基本方法。法同样是提高检测精度，抗噪声的

27、基本方法。时域信号选择方法时域信号选择方法(1)(1)基于同步加算的去噪方法基于同步加算的去噪方法(2)(2)基于响应速度的分离方法基于响应速度的分离方法 频域信号选择方法频域信号选择方法(1)(1)滤波放大与调频放大方法滤波放大与调频放大方法(2)(2)陷波放大方法陷波放大方法(3)(3)锁定放大方法锁定放大方法 3.3 3.3 提高检测精度的方法提高检测精度的方法2021-9-183.3.13.3.1 时域信号选择方法时域信号选择方法（1 1）基于同步加算的去噪方法基于同步加算的去噪方法 信号一般都具有周期性，而噪声是随机变化的。如果信号一般都具有周期性，而噪声是随机变化的。如果进行同步加

28、算，即使埋没在噪声中的微弱信号也能够检进行同步加算，即使埋没在噪声中的微弱信号也能够检测出来。测出来。 如上图所示，虚线表示信号波形。根据随机误差分如上图所示，虚线表示信号波形。根据随机误差分析结果可知，当加算次数为析结果可知，当加算次数为N N时，信号成分变成时，信号成分变成N N倍，倍，而噪声只有而噪声只有 倍，信噪比倍，信噪比S/NS/N改善了改善了 倍。倍。NN2021-9-18 如气体色谱分析仪，色谱柱内填充的吸附剂对不同成分的吸附如气体色谱分析仪，色谱柱内填充的吸附剂对不同成分的吸附能力不同。能力不同。 (2)(2)基于响应速度的分离方法基于响应速度的分离方法2021-9-18&滤

29、波放大滤波放大: :信号和噪声所占有信号和噪声所占有的的频率段不同时频率段不同时，利用滤波器可，利用滤波器可以很容易地将两者分离开来，称以很容易地将两者分离开来，称之为滤波放大方法。之为滤波放大方法。图图3-10 3-10 调频带通放大原理调频带通放大原理3.3.2 3.3.2 频域信号选择方法频域信号选择方法(1)(1)滤波放大滤波放大(filter amplifying)与调频放大与调频放大(frequency modulation amplifying)方法方法&调频放大调频放大: :如果信号和噪声的如果信号和噪声的频率段接近时频率段接近时，先将信号频带移，先将信号频带移动到噪声功率较小

30、的频率段，再动到噪声功率较小的频率段，再分离噪声，即进行信号调制和解分离噪声，即进行信号调制和解调，如图调，如图3-103-10所示，称之为调频所示，称之为调频放大方法放大方法。2021-9-18 如如图图3-113-11所示，当噪声信号频带非常窄时采用此方法所示，当噪声信号频带非常窄时采用此方法，如如商用电源附近有大型电机时。商用电源附近有大型电机时。 图图3-11 3-11 陷波放大原理陷波放大原理(2)(2)陷波放大方法陷波放大方法2021-9-18图图3-123-12设有用信号为设有用信号为V Vi i( (t t) )，调制频率为调制频率为0 0 ，调制后的信号为：调制后的信号为：V

31、 Vi icoscos0 0t t ，噪声为噪声为n n( (t t) )。传感器输出信号为：传感器输出信号为：V Vs s( (t t)=)=V Vi i( (t t)cos)cos0 0t t+ +n n( (t t) ) ( (3)3)锁定放大方法锁定放大方法 可检测埋没在噪声中的微弱信号。方法是先调制抑制噪声，可检测埋没在噪声中的微弱信号。方法是先调制抑制噪声，再提取微弱信号的幅值和相位信息。再提取微弱信号的幅值和相位信息。2021-9-18调制后的信号与参考信号经过乘法器相乘得：调制后的信号与参考信号经过乘法器相乘得：V Vo o( (t t)=)=cos(cos(0 0t t+ +

32、)V Vi i( (t t)cos)cos0 0t t+ +n n( (t t)=0.5=0.5VVi i( (t t)cos)cos+cos(2+cos(20 0t t+ +)+)+nn( (t t)cos()cos(0 0t t+ +) ) ：积化和差公式：积化和差公式：cosAcosA* *cosB=0.5cos(A+B)+cos(A-B) cosB=0.5cos(A+B)+cos(A-B) 当噪声与信号不相关时，上式的第二项为当噪声与信号不相关时，上式的第二项为0 0，再经过低通滤波滤，再经过低通滤波滤（LPF)LPF)掉掉220 0的信号成分，此时的信号成分，此时 V Vo o( (

33、t t) ) = = 0.50.5V Vi i( (t t) cos) cos 。 相位相位为信号传输过程中的信号延迟，可以将参考信号的相位为信号传输过程中的信号延迟，可以将参考信号的相位通过移动器逐渐移动而检测出通过移动器逐渐移动而检测出V Vo o( (t t) )的最大值，与最初的的最大值，与最初的V Vo o( (t t) )的比的比值可以得到值可以得到 coscos 。2021-9-18移相器电路R1 10KR4 10KR6 2KR5 10KR3 10KR210KV入V出C1 8800PWC2 2236523172021-9-18相敏检测实验电路2021-9-18 信号的调制可以在输

34、信号的调制可以在输入端进行，也可以在信号入端进行，也可以在信号传输过程中进行，它取决传输过程中进行，它取决于噪声和干扰的混进部位，于噪声和干扰的混进部位，搞清楚主要噪声的来源，搞清楚主要噪声的来源，在噪声混入之前调制才能在噪声混入之前调制才能使信号区别于噪声。使信号区别于噪声。功率功率频率频率调制调制噪声功率谱噪声功率谱n调制频率的选择：锁定放大检测的调制频率，应该根据调制频率的选择：锁定放大检测的调制频率，应该根据噪声频率谱分布情况来决定。受实际限制调制频率不能噪声频率谱分布情况来决定。受实际限制调制频率不能太高，如放大器带宽、传感器的反应速度等。太高，如放大器带宽、传感器的反应速度等。20

35、21-9-183.4 3.4 多元化检测技术多元化检测技术n多元化检测多元化检测是指高度智能化检测，即运用多个传感器自是指高度智能化检测，即运用多个传感器自身的形态和并行检测结构进行信号处理以得到新的信息。身的形态和并行检测结构进行信号处理以得到新的信息。 随着智能化程度的提高，由功能集成型已经渐渐发展随着智能化程度的提高，由功能集成型已经渐渐发展成为功能创新型，如复合检测、成像、特征提取及识别等成为功能创新型，如复合检测、成像、特征提取及识别等，即运用多个传感器自身的形态和并行检测结构进行信号，即运用多个传感器自身的形态和并行检测结构进行信号处理，以得到新的信息，从而实现高度的智能化检测。处

36、理，以得到新的信息，从而实现高度的智能化检测。n智能检测智能检测一般包括干扰量的补偿处理，输入输出特性的一般包括干扰量的补偿处理，输入输出特性的线性化改善线性化改善, ,以及自动校正、自动设定量程、自诊断、分以及自动校正、自动设定量程、自诊断、分散处理等。这些功能通过传感元件与信号处理元件的功能散处理等。这些功能通过传感元件与信号处理元件的功能集成来实现。集成来实现。功能集成型智能化元件。功能集成型智能化元件。2021-9-18还可以通过标定决定。还可以通过标定决定。根据物理法则来确定，根据物理法则来确定，多为非线性函数，可多为非线性函数，可或或多元检测可表示为多元检测可表示为输出输出设被检测

37、量设被检测量 ),(),(),(),(111111inkknknfHXYxxfyxxfyyyYxxX 3.4.1 3.4.1 多元间接检测多元间接检测;1;1,YTHHTHXnHYHXnHHXYXY ，则则的的阶阶次次大大于于若若矩矩阵阵则则的的阶阶次次等等于于若若矩矩阵阵的的反反变变换换。即即求求检检测测量量，经经过过信信号号处处理理，求求被被测测量量多多传传感感器器输输出出信信号号2021-9-183.4.2 3.4.2 多元复合检测多元复合检测 若被检测量有若被检测量有n n个，则最少需要个，则最少需要n n个独立的方程式。如个独立的方程式。如果一种检测方法决定一个方程式，要有果一种检测

38、方法决定一个方程式，要有n n种检测方法，种检测方法，这不容易，在非线性多元检测中，可以给未知参数加上这不容易，在非线性多元检测中，可以给未知参数加上已知量，采用同一检测原理构成另一检测方程。已知量，采用同一检测原理构成另一检测方程。n多元复合检测方法多元复合检测方法就是利用非线性响应特性，不增加就是利用非线性响应特性，不增加新检测原理而增加独立方程式的个数。新检测原理而增加独立方程式的个数。例：例：吹气式液位检测吹气式液位检测dppphdhgpghp21121:)( 联联立立得得 定流量定流量 装置装置定流量定流量 装置装置空气源空气源hh+d压力压力p1压力压力p22021-9-183.4

39、.3 3.4.3 多元识别检测多元识别检测例：例：多传感器气体成分分析多传感器气体成分分析 传感器的个数少于气体的种类，但多传感器对多成分气传感器的个数少于气体的种类，但多传感器对多成分气体的反映交叉灵敏性是非线性的。利用体的反映交叉灵敏性是非线性的。利用特征提取和模式识特征提取和模式识别别可识别气体的种类。多传感器与信号处理芯片集成在一可识别气体的种类。多传感器与信号处理芯片集成在一起。起。XP-302M XP-302M 多元复合气体检测仪器多元复合气体检测仪器 测得所识别测得所识别气体的浓度气体的浓度多传感器阵列多传感器阵列被测气体被测气体输出阵列模式输出阵列模式计算相似度计算相似度识别未知气体识别未知气体的种类的种类找出对所识别气体找出对所识别气体灵敏度高的传感器灵敏度高的传感