第1章传感器与检测技术基础传感与检测技术教材课件.ppt

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1、1,第1章 传感器与检测技术基础,1.1 传感器基础知识1.2 检测的基本概念1.3 检测的分类1.4 检测系统,2,1.1 传感器基础知识,1.1.1 传感器概述1.1.2 提高传感器性能的技术途径1.1.3 传感器的弹性敏感元件1.1.4 传感器的标定和校准1.1.5 传感器的选用原则,3,（1） 传感器的定义A sensor is “a device which provides a usable output in response to a specified measurand”,传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定的被测量并按一定规律转换成可输出信号的器件或装

2、置。又称为变换器、检测器、探测器。,1.1.1 传感器概述,4,1.1.1 传感器概述,人类为了从外界获取信息, 必须借助于感觉器官。 人类依靠这些器官接受来自外界的刺激，再通过大脑分析判断, 发出命令而动作。 随着科学技术的发展和人类社会的进步, 人类为了进一步认识自然和改造自然, 只靠这些感觉器官就显得很不够了。于是，一系列代替、 补充、 延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生, 从而出现了各种用途的传感器。,5,1.1.1 传感器概述,6,感 官,人 脑,执行装置,肢 体,传感器,计算机,外界信息,人体系统,检测系统,1.1.1 传感器概述,7,1.1.1 传感器概述,8,以电量作为输

3、出的传感器，其发展历史最短，但是随着真空管和半导体等有源元件的可靠性的提高，这种传感器得到飞速发展。目前只要提到传感器，一般是指具有电输出的装置。 由于集成电路技术和半导体应用技术的发展, 研究开发了性能更好的传感器。 随着电子设备水平不断提高、功能不断加强, 传感器也越来越显得重要。 世界各国都将传感器技术列为重点发展的高新技术, 传感器技术已成为高新技术竞争的核心技术之一，并且发展十分迅速。 ,1.1.1 传感器概述,9,传感器的性能远远超过人体五官： （1） 测量人体感知的检测量； （2） 在恶劣环境下工作； （3） 测量范围宽、精度高、可靠性好。,1.1.1 传感器概述,10,（2）

4、传感器的组成,1) 敏感元件 传感器中直接感受被测量的部分;,1.1.1 传感器概述,11,（2） 传感器的组成,2) 转换元件 传感器将敏感元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分;,1.1.1 传感器概述,12,（2） 传感器的组成,3) 信号调节转换电路 将传感器输出的微弱信号放大或变换为容易传输、处理、记录和显示的形式。有放大器、电桥、振荡器等。,1.1.1 传感器概述,13,例1 压力传感器示意图,14,说明：并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件和转换元件两个部分，而是两者合二而一。例如硅光电池等，它们都是将感受的被测量-光能，直接转换为电信号输出，没有中间变换。,例2 硅光电池

5、,15,（3） 传感器的分类,传感器种类繁多，功能各异。由于同一被测量可用不同转换原理实现探测，利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器，而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域，故传感器有不同的分类法。,1.1.1 传感器概述,16,（3） 传感器的分类,根据传感器感知外界信息所依据的基本效应，可以将传感器分成三大类：基于物理效应如光、电、声、磁、热等效应进行工作的物理传感器；基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器；基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。,1.1.1 传感器概述,17,根据传感器使用的敏感材料分类，可分为半

6、导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等等。,按照被测量分类，可分为力学量传感器、热量传感器、磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传感器、液体成分传感器、离子传感器和真空传感器等等。,（3） 传感器的分类,1.1.1 传感器概述,18,按依靠还是不依靠外加能源工作，可分为有源传感器和无源传感器。有源传感器敏感元件工作需要外加电源，无源传感器工作不需外加电源。,按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器。,（3） 传感器的分类,1.1.1 传感器概述,19,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,在生产过程和科学实验中,

7、 要对各种各样的参数进行检测和控制, 就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量, 这取决于传感器的基本特性, 即输出-输入特性。如果把传感器看作二端口网络, 即有两个输入端和两个输出端, 那么传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。,20,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。只考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度、迟滞、重复性、和漂移等。,

8、21,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。 输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。 从传感器的性能看, 希望具有线性关系, 即具有理想的输出输入关系。但实际遇到的传感器大多为非线性，如果不考虑迟滞和蠕变等因素, 传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示。,1） 传感器的静态特性,22,线性度,23,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,y=a0+a1x+a2x2+anxn,1） 传感器的静态特性,线性度,各项系数不同, 决定了特性曲线的具体形式各不相同。 静特性曲线可通过实际测试获得。在实际使用中,

9、 为了标定和数据处理的方便, 希望得到线性关系, 因此引入各种非线性补偿环节。,24,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,线性度,通常采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理, 从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性。但如果传感器非线性的方次不高，输入量变化范围较小时, 可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段, 使传感器输出-输入特性线性化。所采用的直线称为拟合直线。,25,几种直线拟合方法 (a) 理论拟合 (b) 过零旋转拟合(c) 端点连线拟合(d) 端点平移拟合,26,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传

10、感器的静态特性,线性度,实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常用相对误差L表示，即,27,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,灵敏度,灵敏度S是指传感器的输出量增量y 与引起输出量增量y的输入量增量x的比值，即 S=y/x,对于线性传感器, 它的灵敏度就是它的静态特性的斜率, 即S=y/x为常数, 而非线性传感器的灵敏度为一变量, 用S=dy/dx表示。,28,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,灵敏度,29,传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的

11、现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等。产生这种现象的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的, 例如弹性敏感元件的弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,迟滞,30,迟滞大小通常由实验确定。迟滞误差H可由下式计算:,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,迟滞,31,指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。 重复性误差属于随机误差，常用标准偏差表示，也可用正反行程

12、中的最大偏差表示，即,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,重复性,32,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,1） 传感器的静态特性,重复性,33,指传感器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。 ,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,2） 传感器

13、的动态特性,34,例 热电偶动态测温。,35,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。,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,2） 传感器的动态特性,36,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, 在对传感器动态特性进行分析时，通常可以采用最典型、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

14、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。,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,2） 传感器的动态特性,37,瞬态响应特性 传感器的瞬态响应是时间响应。在研究传感器的动态特性时, 有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。这种分析方法是时域分析法, 传感器对所加激励信号响应称瞬态响应。常用激励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,2） 传感器的动态特性,38,（4） 传感器的性能指标,1.1.1 传感器概述,2） 传感器的动态特性,一阶传感器单位阶跃响应,39,（4） 传感器的性能指标

15、,1.1.1 传感器概述,2） 传感器的动态特性,二阶传感器单位阶跃响应,40,1.1.2 提高传感器性能的技术途径,线性化闭环补偿和校正差动,41,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,弹性敏感元件-检测量为力、力矩或压力，输出为应变或位移的元件。,（1） 基本特性 1） 刚度 2） 灵敏度 3） 弹性滞后 4） 固有振荡频率,42,弹性敏感元件（弹簧管）,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,43,弹簧管将压力转换为角位移,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,44,各种弹性元件将压力转换为角位移或直线位移。,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,45,（2） 举例：测量压力的电位器式压力传感器,1-弹簧

16、管 2-电位器,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,46,当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,47,电位器将角位移转换为电参量-电阻的变化（R）,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,48,360度圆盘形电位器,滑动片,接地,接电源,1.1.3 传感器的弹性敏感元件,49,1.1.4 传感器的标定和校准,基本步骤：1）选择离散点2）输入（从小到大-输出）3）输入（从大到小-输出）4）重复步骤2）3）5）数据处理,50,1.1.5 传感器的选用原则,被测量和对象灵敏度频率响应线性范围稳定度精度,51,（1） 与测量条

17、件有关的因素 1) 测量的目的； 2) 被测试量的选择； 3) 测量范围； 4) 输入信号的幅值，频带宽度； 5) 精度要求； 6) 测量所需要的时间。,1.1.5 传感器的选用原则,52,（2） 与传感器有关的技术指标 1)精度； 2)稳定度； 3)响应特性； 4)模拟量与数字量； 5)输出幅值； 6)对被测物体产生的负载效应； 7)校正周期； 8)超标准过大的输入信号保护。,1.1.5 传感器的选用原则,53,（3） 与使用环境条件有关的因素 1)安装现场条件及情况； 2)环境条件(湿度、温度、振动等)； 3)信号传输距离； 4)所需现场提供的功率容量。,1.1.5 传感器的选用原则,54

18、,（4） 与购买和维修有关的因素 1)价格； 2)零配件的储备； 3)服务与维修制度，保修时间； 4)交货日期。,1.1.5 传感器的选用原则,55,检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。,1.2 检测的基本概念,56,1.2.1 相关术语1.2.2 检测技术的任务1.2.3 检测技术的发展,1.2 检测的基本概念,57,1.2.1 相关术语,58,实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。针对不同测量任务，进行具体分析，找出切实可行的测量方法，

19、对测量工作是十分重要的。 对于测量方法，从不同角度，有不同的分类方法。,1.2.1 相关术语,59,根据获得测量值的方法可分为直接测量、间接测量和组合测量；根据测量方式可分为偏差式测量、零位式测量与微差式测量；根据测量条件不同可分为等精度测量与不等精度测量；根据被测量变化快慢可分为静态测量与动态测量；根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接触式测量与非接触式测量；根据测量系统是否向被测对象施加能量可分为主动式测量与被动式测量等。,1.2.1 相关术语,60,直接测量,电子卡尺,1.2.1 相关术语,61,间接测量,对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。,1.2.

20、1 相关术语,62,例：曹冲称象,方法：比较法；,装置：船、石头、小秤；,检查、测量，从而得到：,定性、定量的结果。,63,（1）直接测量、 间接测量与组合测量 在使用仪表或传感器进行测量时，测得值直接与标准量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量的数值，这种测量方法称为直接测量。被测量与测得值之间关系可用下式表示：y=x式中，y - 被测量的值； x - 测得值。,1.2.1 相关术语,64,例如，用水银温度计测量温度，磁电式电流表测量电路的某一支路电流，用弹簧管压力表测量压力等，都属于直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而又迅速，缺点是测量精度不容易达到很高。,1.2.1 相关术语

21、,65,在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与被测量有确定函数关系的几个量进行直接测量，将直接测得值代入函数关系式， 经过计算得到所需要的结果，这种测量称为间接测量。间接测量与直接测量不同，被测量y是一个测得值x或几个测得值x1，x2， xn的函数，即,y=f(x) 或 y=f(x1,x2, ,xn),1.2.1 相关术语,66,被测量y不能直接测量求得，必须有测得值x或xi（i=1，2， n）及与被测量y的函数关系确定。如直接测量电压值U和电阻值R， 根据式P=U2/R求电功率P即为间接测量的实例。间接测量手续较多， 花费时间较长，一般用在直接测量不方便， 或者缺乏直接测量手段的场合。 若被

22、测量必须经过求解联立方程组求得，如有若干个被测量y1，y2，ym，直接测得值为x1, x2, , xn, 把被测量与测得值之间的函数关系列成方程组,1.2.1 相关术语,67,方程组中方程的个数n要大于被测量y的个数m，用最小二乘法求出被测量的数值，这种测量方法称为组合测量。组合测量是一种特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多适用于科学实验或特殊场合。,1.2.1 相关术语,68,（2） 偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值，这种测量方法称为偏差式测量。应用这种方法测量时，仪表刻度事先用标准器具分度。在测量时，输入被测量按照仪表指针在标尺上

23、的示值， 决定被测量的数值。偏差式测量, 其测量过程简单、迅速， 但测量结果的精度较低。,1.2.1 相关术语,69,用指零仪表的零位反映测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值，这种测量方法称为零位式测量。在零位测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知标准量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。例如天平测量物体的质量、电位差计测量电压等都属于零位式测量。 零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度，但测量过程比较复杂，费时较长，不适用于测量变化迅速的信号。,1.2.1 相关术语,70,微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方

24、法。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。应用这种方法测量时，不需要调整标准量，而只需测量两者的差值。设N为标准量，x为被测量，为二者之差，则x=N+。由于N是标准量，其误差很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量，即使测量的精度不高，但总的测量精度仍很高。微差式测量的优点是反应快，而且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。,1.2.1 相关术语,71,（3） 等精度测量与不等精度测量 在整个测量过程中，若影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，如由同一个测量者，用同一台仪器，用同样的方法，在同样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量，称为等精度测

25、量。在实际中，极难做到影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，所以一般情况下只是近似认为是等精度测量。,1.2.1 相关术语,72,（3） 等精度测量与不等精度测量 有时在科学研究或高精度测量中，往往在不同的测量条件下， 用不同精度的仪表，不同的测量方法，不同的测量次数以及不同的测量者进行测量和对比，这种测量称为不等精度测量。,1.2.1 相关术语,73,（4） 静态测量与动态测量 被测量在测量过程中认为是固定不变的，对这种被测量进行的测量称为静态测量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。 若被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行的测量称为动态测量。,1.2.1

26、相关术语,74,静态测量,1.2.1 相关术语,75,对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。,最高、最低温度计,1.2.1 相关术语,76,动态测量,地震测量振动波形,1.2.1 相关术语,77,便携式仪表,可以显示波形的便携式仪表,1.2.1 相关术语,78,接触式测量,1.2.1 相关术语,79,非接触式测量 例：雷达测速,车载电子警察,1.2.1 相关术语,80,离线测量,产品质量检验,1.2.1 相关术语,81,在线测量,在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。,1.2.1 相关术语,82,1.2.2 检测技术的任务,检测是在传统的测量基础上，以检测仪器为主要工具，

27、辅助以专门的设备、计算机、网络等手段，通过适当的实验方法、必需的信号分析及定量的数据处理，由测得信号求取与研究对象有关的信息量值，完成有用信息的获取等任务。检测是进行一切探索性、创新性科学发展或技术发明不可或缺的重要手段，是现代化工业生产和质量控制的重要保证。,83,检测技术与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。,1.2.2 检测技术的任务,84,1.2.3 检测技术的发展,检测技术在很大程度上依赖于仪器、仪表的发展。仪器、仪表作为检测领域的一个重要环节，在这一阶段发展迅速，应用十分广泛。 （1） 检测系统水平的提高； （2） 检测领域扩大； （3） 检测手段智能化； （4

28、） 采用新型传感器； （5） 新材料、新工艺的应用； （6） 自动化程度的提高。,85,(1) 不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性： 随着科学技术的不断发 展，人们对检测系统的测量精度要求也相应地在提高。近年来，人们研制出许多高精度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得检测系统的可靠性及寿命大幅度的提高。现在，许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工作数十万小时。目前，人们正在不断努力进一步提高检测系统的各项性能指标。,1.2.3 检测技术的发展,86,提高测量精度,数字电压、欧姆表,将量程切换到2V时，最小

29、显示值为1V,1.2.3 检测技术的发展,87,提高可靠性,承受剧烈振动,1.2.3 检测技术的发展,88,(2) 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域,月球车,1.2.3 检测技术的发展,89,(2) 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域,火星车,1.2.3 检测技术的发展,90,(2) 光应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域,“惠更斯”号登陆土卫六的效果图,土卫六表面,91,(3) 发展集成化、功能化的传感器,1.2.3 检测技术的发展,92,(4) 采用计算机技术，使检测技术智能化,面部识别技术,1.2.3 检测技术的发展,93,(4) 采用计算机技术，使检测技术智能化,单片机芯片

30、,1.2.3 检测技术的发展,94,(5) 发展网络化传感器及检测系统,95,例 计算机虚拟仪器技术,用PC机仪器板卡 代替传统仪器用计算机软件 代替硬件分析电路,我们的工作,1.2.3 检测技术的发展,96,1.3 检测的分类,1.3.1 电量与非电量检测技术1.3.2 检测原理的分类1.3.3 检测方法的分类1.3.4 检测对象的分类,97,1.3.1 电量与非电量检测技术,电量检测,非电量检测,98,1.3.2 检测原理的分类,99,1.3.3 检测方法的分类,直接测量和间接测量接触式测量和非接触式测量静态测量和动态测量时域、频域、随机测量,100,1.3.4 检测对象的分类,电量和非电

31、量检测技术静态（缓变量）和动态（周期性和随机性）,101,1.4 检测系统,1.4.1 检测系统的组成1.4.2 检测系统的分类,102,一般说来，检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。,信息转换,信息提取,1.4.1 检测系统的组成,103,1.4.1 检测系统构成 测量系统应具有对被测对象的特征量进行检测、传输、处理及显示等功能，一个测量系统是传感器、变送器（变换器）和其它变换装置等的有机组合。,检测系统组成框图,被测对象,传感器,信号处理环节,信号显示数据处理数据记录,1.4.1 检测系统的组成,104,传感器是感受被测量（物理量、化学量、生物量等）的大小，并输出相对应

32、的可用输出信号（一般多为电量）的器件或装置。传感器输出的信号变换成便于传输和处理的信号，大多数变送器的输出信号是统一的标准信号（目前多为420 mA直流电流），信号标准是系统各环节之间的通信协议。,1.4.1 检测系统的组成,(1) 传感器,105,信号处理环节将传感器输出信号进行处理和变换。如对信号进行放大、运算、线性化、数-模或模-数转换，使其输出信号便于显示、 记录。 这种信号处理环节可用于自动控制系统， 也可与计算机系统连接， 以便对测量信号进行信息处理。 ,1.4.1 检测系统的组成,(2) 信号处理环节,106,显示装置是将被测量信息变成人的感官能接受的形式，以完成监视、控制或分析

33、的目的。测量结果可以采用模拟显示， 也可采用数字显示或图形显示，也可以由记录装置进行自动记录或由打印机将数据打印出来。,1.4.1 检测系统的组成,(3) 输出环节,107,常用的显示器有四类：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,1.4.1 检测系统的组成,108,光柱显示的特点：一目了然,1.4.1 检测系统的组成,109,数字式仪表,数字式仪表的特点：准确，但最后一位经常跳动不止。,热敏电阻,1.4.1 检测系统的组成,110,LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。,LED、LCD的特点：,1.4.1 检测系统的组成,111,带背光板的L

34、CD可以在夜间观看,1.4.1 检测系统的组成,112,图像显示,特点: 能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。,1.4.1 检测系统的组成,113,图像显示,1.4.1 检测系统的组成,114,带RS-232接口的万用表及图像显示,特点: 能在计算机中存储测量到的波形及数据，可随时重放，价格适中。,1.4.1 检测系统的组成,115,记录仪,主要用来记录被检测对象的动态变化过程。,1.4.1 检测系统的组成,116,无纸记录仪,主要用来记录和存储被检测对象的动态变化过程。,1.4.1 检测系统的组成,117,数据处理装置,数据处理装置主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。,1.4.1 检

35、测系统的组成,118,执行机构,继电器插座,所谓执行机构通常是指各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。,1.4.1 检测系统的组成,119,各种继电器,1.4.1 检测系统的组成,120,各种继电器,1.4.1 检测系统的组成,121,各种继电器及插座,1.4.1 检测系统的组成,122,固态继电器,特点:控制功率小，体积小，无火花；但易过流、过压烧毁。,1.4.1 检测系统的组成,123,电磁铁-能产生机械力,1.4.1 检测系统的组成,124,报警灯及喇叭,1.4.1 检测系统的组成,125,当测量系统的几个功能环节

36、独立地分隔开时，必须由一个地方向另一个地方传输信号，传输环节就是完成这种传输功能的。传输通道将测量系统各环节间的输入、输出信号连接起来， 通常用电缆连接，或用光导纤维连接，以用来传输数据。,1.4.1 检测系统的组成,(4) 传输环节,126,（1） 开环测量系统 开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行。其中x为输入量，y为输出量，k1、k2、k3为各个环节的传递系数。输入输出关系表示为,y=k1k2k3x,开环检测系统组成框图,被测对象,传感器,信号处理环节,信号显示数据处理数据记录,x,k1,k2,k3,y,1.4.2 检测系统的分类,127,（1） 开环测量系统,因为开环测量系统是由

37、多个环节串联而成的，因此系统的相对误差等于各环节相对误差之和。即,1.4.2 检测系统的分类,128,式中，系统的相对误差； i各环节的相对误差。 采用开环方式构成的测量系统，结构较简单，但各环节特性的变化都会造成测量误差。,1.4.2 检测系统的分类,129,(2) 闭环测量系统 闭环测量系统有两个通道，一为正向通道，一为反馈通道，其结构如图所示。其中x为正向通道的输入量，为反馈环节的传递系数，正向通道的总传递系数k=k1k2。,闭环检测系统组成框图,被测对象,传感器,信号处理环节,信号显示数据处理数据记录,x,k1,k2,k3,y,反馈,1.4.2 检测系统的分类,130,被测对象,传感器,信号处理环节,信号显示数据处理数据记录,x,k1,k2,k3,y,反馈,1.4.2 检测系统的分类,xf,k=k2k3,131,当k1时，则,系统的输入输出关系为,整个系统的输入输出关系由反馈环节的特性决定，放大器等环节特性的变化不会造成测量误差，或者说造成的误差很小。,1.4.2 检测系统的分类,132,本章内容,传感器的定义及组成；传感器的静态和动态特性；弹性敏感元件的特性；检测的定义及组成；常用检测方法。,