自动检测分析.docx

自动检测分析.docx

《自动检测分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动检测分析.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自动检测分析

第一章

1、检测技术定义：

以研究自动检测系统中信息提取、信息转换以及信息处理理论和技术为主要内容一门应用技术学科。

2、检测技术三大功能：

参数测量功能

参数监测控制功能

测量数据分析判断功能

3、信息技术四大支柱：

检测技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术。

4、系统误差主要来源：

（5页）

a、测量设备在标准条件下产生基本误差

b、偏离额定工作条件所产生附加误差

c、测量理论、方法不完善产生方法误差。

d、试验人员主客观原因产生人为误差。

5、随机误差来源:

由多种偶然因素对测量值综合影响造成。

如电磁场变化、热起伏、空气扰动、气压和湿度变化等；

6、随机误差特性：

A.对称性：

绝对值相等、符号相反误差出现可能性相同；

B.有界性：

|δ|不会超过某一限度；

C.单峰性：

绝对值小误差比大误差出现机会多；

D.抵偿性:

无限多次测量绝对误差平均值趋于零。

7、粗大误差来源：

测量方法不当；使用有缺陷计量器具；实验条件突变；测量人员粗心读数据。

（包括系统误差、随机误差，在数据处理时应予以剔除）

8、常用拟合直线方法：

（a）理论拟合（b）过零旋转拟合（c）端点拟合（d）端点平移拟合（e）最小二乘拟合。

拟合精度：

（d）>（b）>（c）>（a）

其中拟合精度最高是：

最小二乘拟合；拟合精度最低是：

理论拟合。

9、灵敏度阈是指传感器最小所能够区别读数变化量,是零点附近分辨力。

10、分辨力是指数字式仪表指示数字值最后一位数字所代表值，当被测量变化量小于分辨力时，仪表最后一位数不变，仍指示原值。

一、检测技术作用及地位：

1、及人们日常生活密切相关。

家用电器温度设定、控制、显示；家居防火、防盗、防煤气泄漏；医学医疗疾病检查及诊断；

2、是两化融合源头，是工业现代化标志。

工业生产中，借助检测技术，提高自动化程度，提高产品质量，提高经济效益：

对工艺参数、成分进行检测及控制；对工业设备运行状态进行监测；对产品质量进行自动测试；对产品数量进行自动计数；

3、是国防现代化强有力技术保障。

雷达导航；卫星定位系统；航母战斗群及水下潜艇；声呐系统测物、测距、测向；现代化战争中目标准确定位，实现精确打击。

4、是现代农业重要支撑技术。

气象预报；温室温湿度控制；水土成分分析；粮库温湿度检测；

5、在建设工程中有极其广泛应用。

桩基检测；结构检测；电梯、中央空调、消防系统等设备运行状态监测；智能小区安全防范系统等；

6、在智能交通中有重要应用。

公路违章监控、测速；铁路（高铁、动车、地铁等）轨道和设备在线监测；水运航向、水位、风力、荷载测量等；航空各种信号监测。

7、是物联网推广应用关键和核心：

无线传感器、无线传感器网络、多传感器信息融合技术等。

8、推动现代制造业从“制造”向“智造”转变。

机器人应用、3D打印技术应用等。

二、简述传感器在中高档汽车中应用;

（1）传感器在汽车底盘电子控制中应用

悬架用传感器：

电子悬架系统可以根据悬架位移（车身高度）、车速、转向和制动等传感器信号，由电子控制器（ECU）控制电磁式或步进电动机式执行元件，改变悬架特性，以适应各种复杂行驶工况对悬架特性不同要求。

加速度传感器：

是直接检测车身横向加速度和纵向加速度，以控制车身姿势。

abs传感器：

是应用在机动车ABS（防抱死刹车系统），ABS系统中大多由电感传感器来监控车速，abs传感器通过及随车轮同步转动齿圈作用，实现对轮速实时监控。

（2）传感器在汽车发动机电子控制中应用

温度传感器：

温度传感器主要类型有热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和IC温度传感器。

压力传感器：

一般普通压力传感器输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续信号。

空气流量传感器：

是测定吸入发动机空气流量传感器。

电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机空气量，以此作为ECU计算（控制）喷油量主要依据。

检定规程和流量仪表标准是流量传感器可以准确进行测量保障。

雷达传感器：

可以测速测距，非常精准，由传感器返回测量数据可以帮助驾驶员了解及前车距离。

（3）传感器在汽车安全系统电子控制中应用

在汽车底盘电子控制系统中，是离不开传感器。

用于底盘控制传感器指是分布在变速器控制系统、 动力转向系统、悬架控制系统、制动系统等中传感器,在不同系统中他们作用不同,但工作原理是相同。

（4）传感器在车辆监控和自行诊断中应用

有位移传感器，测量离合器分离轴承，并记录离合器正常振动和磨损程度，同时可以连接外部报警装置，当磨损或者振动达到一定程度时，发出警报，避免事故发生。

（5）传感器在汽车其它地方中应用

酒精检测MEMS系统、自动雨刷系统主要由雨量传感器、控制器、雨刷器电机、雨刷器机构、挡风玻璃、LIN总线接口等主要部件构成。

三、举例说明物联网主要应用;（作业本上）

第二章

一、温度检测重要性

1.温度是人体最敏感物理量之一。

光、声强度增大10％对人感觉影响不大，但温度却有较大影响。

2.及人们生活密切相关。

空调、冰箱、热水器、微波炉、电磁炉等家用电器。

3.其它传感器测试环境及温度密切相关，温度是影响量，其变化将会产生系统误差（附加误差）。

4.在工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等领域，都涉及温度检测及控制。

5.工业自动化生产流程中，温度测量点占50%以上。

热敏电阻主要参数

1.标称电阻RH：

在25℃±0.2℃时测得电阻值；

2.耗散系数H：

温度变化及介质相差1℃所耗功率。

单位W/℃;

3.电阻温度系数α:

温度变化1℃，阻值变化率。

单位%/℃;

4.热容C:

温度变化1℃所吸收或释放能量。

单位为J/℃;

5.能量灵敏度G:

阻值变化1%时所需耗散功率。

单位为W。

6.时间常数τ:

当环境温度突变时阻值从起始值变化到最终量63%时所需时间τ=C/H

7.额定功率P:

单位为W。

热敏电阻特点

优点：

灵敏度高,体积小、热贯性小、结构简单，化学稳定性好，机械性能强，价格低廉，寿命长。

缺点：

复现性和互换性差，非线性严重，测温范围较窄，目前只能达到-50～300℃。

热敏电阻应用:

1、温度测量:

NTC、PTC（线性段）

2、温度补偿：

NTC（被补偿元件具有正温度系数）

3、温度控制：

CTR、NTC,当温度升到某一值时,热继电器动作。

4、过热保护：

PTC　

热电偶特点：

测温范围宽、性能稳定、电信号输出可远传

EAB（T,0）=EAB（T,T0）+EAB（T0,0）（P45例题计算）

热电偶冷端温度补偿（P44）

1、补偿导线法:

常用热电偶补偿导线参见表2.4.2。

补偿导线在一定温度范围内（0~100℃）具有和所连接热电偶有相同热电性能。

应注意以下几个问题。

（P50）

2、计算法:

E（t,0）=E（t,t0）+E（t0,0）

3、补偿电桥法:

补偿电桥法是利用不平衡电桥产生电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势变化值电桥产生不平衡电压Uab正好补偿由于冷端温度变化而引起热电势变化值，仪表可以指出正确温度。

4、冰浴法：

使t0=0℃

5、软件处理法：

根据中间温度定律对冷端温度不为零时，进行修正。

第三章

1、电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，称为电阻应变效应。

2、半导体受力时，电阻率发生变化，电阻率随应力变化关系称为半导体压阻效应。

3、机械能→电荷：

正压电效应（F→Q）

电荷→机械能：

逆压电效应（Q→F）

发射超声波：

电→声，逆压电效应

接收超声波：

声→电，正压电效应

话筒：

声波→电，正压电效应

喇叭：

电→声波，逆压电效应

4、电容式传感器可以测量含水量，因为含水量不同，介电常数不同

一、什么是金属导体应变效应？

电阻应变片由哪几部分组成？

各部分作用是什么？

（作业本）

二、用压电敏感元件和电荷放大器组成压力测量系统能否用于静态测量？

对被测力信号变化速度有何限制？

这种限制由哪些因素组成？

（116页）

三、霍尔式压力计有何特点？

可以测量哪些对象？

（作业本）

四、简述电容式传感器应用

电容式传感器不但应用于压力、差压力、物位、成分含量等热工参数测量，也广泛应用于位移、震动、加速度、荷重等机械量测量。

有变极距、变面积和变介电常数三种类型传感器。

电容式压力传感器：

是将被测量（如尺寸、压力等）变化转换成电容量变化，经测量电路转化为电压、电流，从而测出被测量。

电容式压差传感器：

当有压差作用时，测量膜片将发生变形，也就是动极板向低压侧定极板靠近，同时远离高压侧定极板，使得电容CL>CH。

电容式物位计：

把物位转换成电容量变化，然后在用测量电容量方法求得物位数值。

电容式液位传感器：

当被测液体液面上升时，引起棒状电极及导电液体制剂电容变化，电极浸没长度及电容量变化成正比，测出电容增量即可知道液位高度。

电容式位移传感器：

可用于振动位移测量、转轴回转精度测量（利用正交安放两个电容式位移传感器，可测出转轴轴心动态偏转情况），变面积式可用于精密大位移测量。

电容式加速度传感器：

当传感器壳体随被测对象在垂直方向上做直线加速运动时，两电容间隙发生变化，从而使电容C1、C2产生大小相等，符号相反增量，此增量正比于被测加速度。

此外，电容式传感器还可根据极间介质介电常数随温度、湿度、容量、含水量而改变来测量温度、湿度、容量和含水量。

五、设计一个变介质电容式位移传感器，C=f（x）=A+Bx,求A和B（P93下方）

第四章

1、非磁性材料：

传感器线圈等效电感减小，谐振频率提高，谐振峰右移。

（120页最后）

磁性材料：

传感器线圈等效电感增大，谐振频率降低，谐振峰左移。

2、3是指绝缘套管介电常数。

（124页）

一、举例说明超声波应用

超声探伤:

超声波金属探伤仪能探测金属制品内在缺陷；超声波传感器进行厚度和物位检测（书上133页）超声波测距：

由于超声波指向性强，在介质中传播距离较远，因而常用于距离测量，根据超声波发射到接收时间差就可以计算出距离。

比如：

探测海里鱼群位置；探测海底深度、海中暗礁等；超声处理，如进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、种子处理等（用超声波处理过种子可以缩短发芽时间，提高发芽率）超声波测温：

超声波测温是以媒质温度和声速关系为基础，压电敏感器及被测媒质进行热平衡后，使超声波通过该敏感元件达到测温目。

超声波探雷侦查，探测军事目标方位等信息。

超声波流量计：

超声波在流动流体中传播时就载体上流体流速信息，因此通过接收到超声波就可以检测出流体流速。

超声武器则利用高能超声波发生器，产生高频声波，造成强大空气压力，使人产生视觉模糊、恶心等生理反应，使对方战斗力减弱或完全丧失。

超声波诊断及成像：

1942年超声技术应用于医学领域以来，超声检查已经逐渐成为诊断学领域里非侵入性检查方法之一。

检查、治疗人体疾病，对医疗器械和食物等进行杀菌消毒，20世纪70年代发展起来二维B型超声影像技术，极大地扩大了超声波在临床应用范围，提高了医学诊断水平。

超声波治疗：

超声波是机械波，它有三种生物学作用：

机械作用、温热作用、化学作用。

以上超声波作用结果，使得局部组织细胞受到细微按摩，使局部组织分层处温度升高，细胞功能受到刺激，血液循环增进。

二、电涡流侧厚度原理是什么？

具有哪些特点？

（P121高频反射侧厚P122低频透射侧厚）

三、习题图4.1是电容式液位计示意图。

（答案见144页）

第五章

一、简述差压式流量计基本构成及使用特点。

147页+153页）

二、简述电磁流量计工作原理及其特点。

（作业本+165页）

三、推导内置式、外置式超声波流量计流量公式。

（171页）

第六章

1、差动式电感传感器比相同情况下单边方式具有优点（176页）

2、零位产生原因：

结构及电气参数不对称，材料不均匀，电源电压失真及含有噪声。

误差产生原因：

零位、温度特性（NTC热敏电阻补偿）。

（179页）

3、金属膜电位器

金属膜电位器电阻体可由合金膜、金属氧化膜、金属箔等分别组成。

特点是分辨力高、耐高温、温度系数小、动噪声小、平滑性好。

4、导电塑料电位器

导电塑料位移传感器是一种以电压输出及位移或旋转角度呈线性关系高精度位移传感器。

它利用导电塑料在电气性能、工艺性能和机械性能等各方面优异性能，替代原理碳膜和金属膜电阻，使传感器在精度、寿命、输出平滑性及分辨率等各方面性能都大大提高。

可用于军用、位置反馈、位置检测和位移测量。

5、测点在主光栅上，条纹在指示光栅上

6、例题1：

W=0.02mm,

，则B=11.459mm,

K=573。

（190页公式）

例题2：

采用50线/mm时，主光栅移动xmm,即产生N=50x条干涉条纹。

若N=201，则x=201/50=4.02mm。

7、循环码码盘（194页）

特点：

相邻两个数码间只有一位是变化。

二进制码转换成循环码规则是：

二进制码及其本身右移一位后并舍去末位数码作不进位加法得循环码。

一、采用三种不同类型传感器测量旋转体转速（要求：

画出测量原理示意图，简述工作原理并写出转速公式，画出测量电路及输出波形图）作业本

1、霍尔传感器测转速

2、涡流传感器测转速

3、电容式传感器测转速（光电式转速计，直射型）

二、简述线位移、角位移检测方法及测量原理。

（作业本）

三、磁电感应式速度传感器测速度方法及工作原理。

（作业本）

四、试用光电传感器，利用光电反射速度，设计一个速度测量传感器，画出测量原理框图。

第七章

1、半导体气敏传感器主要用于检测还原性气体、可燃性气体、蒸汽等。

还原性气体：

H2、CO、CH4、酒精等，浓度C增加，电阻下降。

氧化性气体：

O2、NO、NO2等，浓度C增加，电阻增加。

2、气体报警器，开始报警浓度选高了，灵敏度低，容易造成漏报，选低了，灵敏度过高，容易造成误报。

3、薄膜气敏传感器

SnO2敏感膜：

膜厚50—100nm，C增大，R减小。

气敏性能及工作温度关系：

T增大，R减小。

气敏性能及掺杂关系：

提高灵敏度、改善选择性、提高响应特性。

气敏性能及薄膜厚度关系：

薄膜d减小，响应增强。

4、氯化锂湿敏电阻具有负感湿特性

5、红外线特征有两个：

选择性吸收（频率一致原则）、红外线被吸收后转化为热能。

6、热导式气体分析传感器必须满足两个条件：

（1）除待测气体外，其余各组分导热系数应相同或相近；

（2）待测组分及其余组分导热系数有显著差别。

7、超声波浓度检测仪：

发射及接收装置间距离D/t=v，浓度c越大，速度v越大

第八章

1、 爱因斯坦光电效应方程hν=Ek+Wo（其中，h 表示普朗克常量，ν 表示入射光频率，W0逸出功，EK电子动能）（234页）

2、光敏电阻是利用内光电效应原理制成。

3、制成光敏电阻半导体在黑暗环境下，电阻很高，受到光线照射时，阻值降低，照射光线越强，阻值变得越低，。

停止光照，电阻恢复原值。

4、光敏电阻主要参数：

暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，光电流要尽可能大。

5、光电三极管比光电二极管具有更高灵敏度

6、光电耦合器件是由发光源和光电器件封装在一个外壳内组合而成转换元件，发光源管脚为输入端，而连续光电元器件管脚为输出端。

7、光电耦合器件结构有金属密封型和塑料密封型。

8、电荷耦合器件（CCD）功能是把光学信号转变成视频信号输出。

9、CCD工作过程中主要问题是信号电荷产生、存储、传输和检测。

第九章

1、自动检测系统大体可分为三种基本结构：

智能仪器、个人仪器和自动检测系统。

2、仪器分类：

模拟式（指针式）、数字式、智能仪器（257页）

3、智能仪器系统总精度要求是各模块精度等级10倍左右。

比如：

系统总精度要求：

≤0.1%，则各模块精度等级要求为：

≤0.01%。

（258页）

4、自动检测系统特点：

具有运算和记忆能力、具有自校准、自动故障诊断能力、具有操作方便、性价比高等特点。

5、放大器分为：

仪用放大器、程控放大器、隔离放大器（有很高抗共模干扰能力）。

（261页）

6、N位二进制A/D转换器分辨率为1/2n

7、虚拟仪器（VirtualInstrument）以通用计算机和标准总线技术为平台，利用计算机硬件资源，并辅以软件作为VI开发平台。

（VI=硬件+专用软件）

8、虚拟仪器特点：

测量成本低、功能多、灵活性强、速度快、人机界面友好。

9、信息融合三个主要功能（276页下方）

第十章

1、检测系统补偿包括：

非线性补偿、温度补偿

2、开环式非线性特性补偿中，补偿传感器静态特性是非线性。

3、采用软件实现数字线性化一般有三种方法：

计算法、查表法和插值法。

4、温度补偿方式：

自补偿式和并联补偿式。

5、温度补偿方法：

（1）硬件方法：

零点补偿、灵敏度补偿、综合补偿。

（2）软件方法：

零点补偿、零漂自动跟踪补偿。

6、形成干扰三要素：

干扰源、耦合通道、接收电路。

7、衡量干扰信号对有用信号影响常用信噪比来表示，信噪比越大，干扰影响越小。

8、共模干扰抑制比越高，对共模干扰抑制能力越强。

9、测量系统一般有三个分开地线：

信号地线、电源地线和保护地线。

这三种地线应分开设置，并通过一点接地。

10、其它抑制干扰措施（311页）

家居三防测试系统所涉及传感器：

1、防火检测电路是由温度传感器，烟雾传感器和一氧化碳传感器构成复合型火灾检测电路。

多传感器设计思想解决了传统防火传感器一直存在误报率高问题，增强了火灾探测可靠性。

（1）温度传感器

温度传感器常用是数字温度传感器DS18B20，5V直流电压供电。

温度传感器完成对环境温度进行实时采集，设定一个温度报警阈值，考虑到夏天温度较高，设定发生火灾时报警温度阈值为48℃。

当烟雾传感器和CO传感器都发出报警信号时，若测得温度值大于48℃时，就发出报警信号，单片机控制声光报警器报警。

常用数字温度传感器DS18B20，5V直流电压供电。

（2）烟雾传感器

烟雾传感器是为了检测空气中烟雾颗粒浓度，可以采用气敏传感器。

烟雾传感器完成对环境中烟雾状况进行检测，当发生火灾时，环境中烟雾浓度变化较大，当CO传感器及烟雾传感器都输出报警信号时，可触发单片机外部中断1（INT1）进行处理。

同时调温度值，若温度超过报警阈值，则进行火灾报警，声光报警器发出报警信号。

（3）CO传感器

CO气体检测仍然采用气体传感器，原理及烟雾传感器相同。

CO传感器实现在火灾发生时，对空气环境中CO含量进行监测，当空气中CO浓度达到报警时阈值，且烟雾传感器输出发出报警请求信号时，两个信号通过及非门后，可向单片机申请中断处理，当温度也达报警值时，单片机控制进行声光报警信号输出。

2、防盗系统

（1）热释电红外传感器：

热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出特定波长红外线，可以将其转化为及人体运动速度，距离，方向等有关低频电信号。

由热释电传感器特性知电压响应度及入射光辐射变化频率成反比，因此，当恒定红外辐射照射在探测器上时，传感器没有电信号输出，所以恒定红外辐射不能被检测到;而物体移动速度越快，同样入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阀值电平时，传感器才会有电压信号输出。

（2）微波传感器：

微波传感器为空间探测器，能在立体空间范围内进行非接触式探测、防范。

微波防盗报警装置主要是利用移动目标多普勒效应进行工作。

多普勒效应是指当发射信号源及接收者（或反射体之间存在相对径向运动时，接收到信号频率或相位将发生变化。

3、防煤气泄漏

燃气泄漏感应器通过气体传感器探测周围环境中低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路，当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。