第1章 基础知识

根据测量的手段不同，可分为直接测量、间接测量和 组合测量。
根据测量结果的显示方式，可分为模拟式测量和数字 式测量。
根据测量时是否与被测对象接触，可分为接触式测量 和非接触式测量。
为了监视生产过程，或在生产流水线上监测产品质量 的测量称为在线测量，反之，则称为离线测量。
根据测量的具体手段来分，又可分为偏位式测量、零 位式测量和微差式测量。
当测量系统达到平衡（天平指针处于中间零 位）时，用已知标准量的值决定被测量的值。准 确度高，决定于标准量，但平衡比较费时。
零位式测量例2：平衡电桥（惠斯通电桥）
是一种可以精确测量电阻的仪器。被测电阻R1接到 红黑两个接线柱，与电桥盒内的另外3个电阻 R2 、 R3 、 R4构成电桥的四个臂，可以用数字电流表G作为检 流计. ，用以检查“检流计所在的支路”有无电流。当G 无电流通过时，称电桥达到平衡。可以将电桥盒表面 的可调电阻进行乘法和加法计算，得到被测电阻值。
自动检测技术
第一章 检测技术的基础知识 第一节 概 述
一.检测技术的含义、作用和地位 二.检测系统的组成 三.非电量电测法的特点 四.检测技术的发展方向
一.检测技术的含义、作用和地位
检测：对基本参数和物理量进行检查测 量，从而获得定量信息的过程。 检测技术：完成检测过程所采取的技术 措施。 检测技术的主要内容：信息的获取、转 换、显示、处理
3.微差式测量
零位式与偏差式测量的综合应用。
测量前先把被测量U调到基准数值大 小，调节已知标准量使二者相等，读取被 测值的基准大小U0。
测量中只读取被测值的微小变化 U
计算得测量结果为：
U U 0 U
特点：测量装置中有标准量具，测量始条件 是指针指零或平衡。
对微小信号实行偏差式测量。
减小了偏差式测量的范围，精度高，小信号 反应速度快，适合于在线测量。
一.测量的基本概念
测量：用实验方法，借助于一定的仪器或设备， 将被测量与同性质的单位标准量进行比较，确 定被测量对标准量的倍数，获得被测量的定量 信息。 测量的四个步骤：比较、示差、平衡、读数。 测量的重要概念：转换 非电量测量结果只有转换才能更好的测出。
二.测量方法 测量分类
对于测量方法，从不同的角度出发，有不同的分类方 法。根据被测量是否随时间变化，可分为静态测量和动 态测量 。
一种典型的自动检测系统
发电厂有上千 只传感器，并 组成测控系统
航天服与传感器
检测技术在车辆碰撞预防系统中的应用
月球车
勇气号火星车
好奇号火星车
“惠更斯”号登陆土卫六 时拍摄的照片（距离太阳
14.3亿公里）
表面温度-180℃
卵形土卫一表面的大陨石坑。 直径130公里，坑底10公里
土卫六的表面 （固态甲烷）
自动检测系统举例
图1-7
自动磨削测控系统
第三节 检测系统的 基本特性
一.静态特性 二.动态特性
一.静态特性（测量已经达到稳定状态时，检测装置或传
感器呈现的特性）
灵敏度与分辨率
灵敏度：输出变化与输入变
化的比值。相当于放大倍数。 分辨率：输入量最小增 s
y x
加多少，能被测量出来。
*灵敏度太大影响测量范围。
能将采 集到的波 形及数据 传送到计 算机中， 可随时重
放。
记录仪
用来记录 被检测对象 的动态变化
过程。
无纸记录仪 （动画演示）
重现历史 数据和历史
曲线。
存储硬盘 可达几十个T
。
数据处理装置
数据处理 装置主要是 指计算机。
可以对振 动进行频谱
分析等。
三.非电量电测法的特点
能够连续、自动测量和记录 测量精度高、动态特性好 可以远程传输，实现远距离测量和集中 控制 可以方便地变换量程，测量范围广 能借助于计算机进行运算、分析和数据 处理。
二.检测系统的组成
传感器 （非电量---------电量） 测量电路 （微弱电量---------较强电信号） 显示记录装置（可能远程输出）
传感器
传感器的定义（参考GB7665-87）： 传感器是一种检测装置，能感受规定的被 测量，并能将检测感受到的信息，按一定规律 变换成为电信号或其他所需形式的信息输出， 以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录 和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制 的首要环节，有时也可以称为换能器、检测器、 探头等。
m 为正反向检测曲 线的最大差值。
迟滞的定义：
Ef
m YFS
100 %
测量范围与量程
测量范围：正常工作条件下，检测系统能够测 量的下限值与上限值。
量程 =（代数）差 =上限值 - 下限值
精度等级
测量仪表均具有精度等级。
二．动态特性
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化 的输入量的响应特性。
当被测量随时间变化,是时间的函数时, 则传 感器的输出量也是时间的函数,其间的关系要用动 特性来表示。 一个动态特性好的传感器, 其输出 将再现输入量的变化规律, 即具有相同的时间函数。 实际上除了具有理想的比例特性外, 输出信号将不 会与输入信号具有相同的时间函数,这种输出与输 入间的差异就是所谓的动态误差。
动态误差
为了说明传感器的动态特性, 下面简要介绍动态测温的 问题。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测介质 中以及传感器以扫描方式测量某温度场的温度分布等情况 下, 都存在动态测温问题。如把一支热电偶从温度为0 ℃ 环境中迅速插入一个温度为t℃的恒温水槽中（插入时间忽 略不计）, 这时热电偶测量的介质温度从0突然上升到t, 而 热电偶反映出来的温度从0℃变化到t ℃需要经历一段时间, 即有一段过渡过程, 如图 所示。热电偶反映出来的温度与 介质温度的差值就称为动态误差。
数字式仪表
数字式仪表的特 点：
1）准确； 2）但最后一位可能
会跳动不止。
热敏电阻
LED、LCD显示的比较
LED亮度高、耐振动
LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。
带背光板的LCD仪器可以在夜间观看
特点—— 能显示复杂
的图形和曲线 ，
但价格比数
码显示昂贵， 可能丢失数据
。
图像显示
数字万用表通过USB接口连接到PC上
哈勃天文望远镜（CCD图像传感器） 拍摄的星云照片
哈勃天文望远镜 拍摄的马头座星云照片
毒品检查
指纹智能 门禁系统
指纹识别 门禁
采用计算机技术，使检测技术智能化
面部 识别技术
使用模糊（FUZZY）理论计算的电子血压计
振荡法电子血压计是用压力传感器来检测血液流动 时血管振动的变化；而传统的柯氏音法血压计是用听 诊器听取血液流动时发生的脉冲声。
按输出量的性质分为：参量型、发电型传 感器等。
目前常用的显示记录装置：模拟显示、 数字显示、图象显示及记录仪等
模拟显示的特点： 直观、稳定， 但不够准确。
光柱也属于模拟显示
光柱显示的 特点：直观
101线/240° 车用光柱 仪表显示
既能用光柱显示被测值，也有数字显示
设定值 实际值 （分辨力较高） 光柱直观地指示出 储液罐中的液位
造成热电偶输出波形失真和产生动态误差的原因, 是 因为温度传感器有热惯性（由传感器的比热容和质量大 小决定）和传热热阻, 使得在动态测温时传感器输出总 是滞后于被测介质的温度变化。如带有套管的热电偶的 热惯性要比裸热电偶大得多。 这种热惯性是热电偶固有 的, 这种热惯性决定了热电偶测量快速温度变化时会产 生动态误差。影响动态特性的“固有因素”任何传感器 都有, 只不过它们的表现形式和作用程度不同而已。
动态特性除了与传感器的固有因素有关之外, 还与 传感器输入量的变化形式有关。也就是说,我们在研究传 感器动特性时, 通常是根据不同输入变化规律来考察传 感器的响应的。
虽然传感器的种类和形式很多, 但它们一般可 以简化为一阶或二阶系统（高阶可以分解成若干 个低阶环节）, 因此一阶和二阶传感器是最基本的。 传感器的输入量随时间变化的规律是各种各样的, 下面在对传感器动态特性进行分析时，采用最典 型、最简单、易实现的正弦信号和阶跃信号作为 标准输入信号。 对于正弦输入信号, 传感器的响应 称为频率响应或稳态响应；对于阶跃输入信号, 则 称为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
工一边测量直 径和螺纹,到 达设定值时自 动退刀。
在线测量
防护罩内为测量行程的传感器
1.偏差式测量
利用测量仪表指针对于刻度初始点的 偏移来读出被测量的的测量方法。如万用 表测量。
特点：表内没有标准量具（如单位电流 、单位电阻），只有经标准量具校准过的 刻度盘。比较是将被测量与刻度盘比较。
精度低，但简单迅速。
海浪振动 检测系统
浮标
生命探测仪在地震中的应用
生命探测仪原理
雷达信号发送 器连续发射电磁 信号，对一定空 间进行扫描.，接 收器不断接收反
射信号。 如果被探测者 保持静止,返回信 号频率不变。如 果目标在动,则产 生多普勒信号。
通过接收的信号进行算法
处理，就可以判断目标是否
有心跳、呼吸和移动。
检测技术在飞机安全检查中的应用
主要作用： 产品检验和质量控制 大型设备的安全、经济运行监测 自动化系统中的重要组成部分 检测技术的发展推动着科学技术的发展
（科学技术的发展带动检测技术发展） 地位：
与生产、生活、科技关系密切，在人类 的一切活动领域都占有地位。
神舟飞船 回收过程
的测控技 术
、
检测技术在海啸预报中的应用
深海地沟
解：分辨力=0.1A， 分辨率=0.1A÷99.9≈0.1% 。
线性度
图中曲线为检测系统的实 际输入输出关系。
直线为理论上的输入输出 关系，称为拟合直线。
m 为实测直线与拟合曲 线的最大偏差。