第15章现代检测系统祥解.ppt

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第15章现代检测系统祥解.ppt

现代检测技术 15.1 检测系统设计基础 15.2 计算机检测系统基本构成 15.3 总线技术 15.4 虚拟仪器 15.5 网络化检测仪器 15.1 检测系统设计基础 1.硬件设计 检测系统的硬件设计主要包括测量电路和接口电路设计。测量电路将传感器输出的模拟量,经过信号调理与A/D转换,送入计算机进行分析、处理;接口电路使系统各部分与总线连接,实现数据的传递与通信,便于实际测量与控制。 多通道共享ADC型数据采集系统 (2)多通道检测系统接口电路设计 按对资源要求的不同,多通道检测系统接口电路设计可分为单ADC型和多ADC型两种类型。单ADC型也可分两类,一类为多通道共享ADC型数据采集系统,另一类为分时共享ADC数据采集系统 . 分时共享ADC数据采集系统 2.抗干扰设计 (1)滤波技术 一般串模干扰比实际信号的频率高,可采用无源低通滤波将其滤掉。 (2)屏蔽技术 利用金属材料对电磁波良好的吸收和反射能力来实现抗干扰,一般可分为静电屏蔽、磁场屏蔽、电场屏蔽。 (3)接地技术 接地通过消除各电流流经一个公共地线阻抗产生的噪声,避免形成回路,它是屏蔽的重要保证。常用的方法保护接地、屏蔽接地、信号接地等。 (4)隔离技术 隔离技术是抑制干扰的有效措施之一,可分为空间隔离和器件隔离。空间隔离的手段:包括隔离干扰源、优化电路合理布局,减少相互干扰(把数字与模拟电路、高频与微弱电路、智能单元与负载回路等隔开)、信号之间隔离(光电隔离、隔离放大器和信号隔离变压器等)。 (5)其它抗干扰措施 电路合理设计、布线与制作、看门狗技术、软件陷阱技术、数字滤波技术等,有时需要采用多种方法才能有效的抗干扰,通过软件、硬件的结合能将干扰抑制到最低 二、检测系统静态特性与动态特性 1.静态特性 (1)测量范围 每个用于测量的检测仪器都有规定的测量范围,它是该仪表按规定的精度对被测变量进行测量的允许范围。即 量程=|测量上限值-测量下限值| (2)灵敏度 是指测量系统在静态测量时,输出量的增量与输入星的增量之比。 15.1 检测系统设计基础 灵敏度为: 15.1 检测系统设计基础 (3)线性度 也称为非线性度。反映测量系统实际输出、输人关系曲线与据此拟合的理想直线的偏离程度。 (4)迟滞 迟滞又称滞环,它说明检测系统的正向(输入量增大)和反向(输入量减少)输入时输出特性的不一致程度。 15.1 检测系统设计基础 (5)可靠性 检测系统可靠性的指标有: ① 平均无故障时间MTBF(mean time between failure):指检测系统在正常工作条件下开始连续不间断工作,直至因系统本身发生故障丧失正常工作能力时为止的时间.单位通常为小时或天。 ② 可信任概率P:表示在给定时间内检测系统在正常工作条件下保持规定技术指标(限内)的概率。 ③ 故障率:故障率也称失效率,它是平均无故障时间MTBF的倒数。 ④ 有效度:衡量检测系统可靠性的综合指标是有效度,对于排除故障,修复后又可投入正常工作的检测系统,其有效度A定义为平均无故障时间与平均无故障时间、平均故障修复时间MTTR(mean time to repair)的比值。 15.1 检测系统设计基础 2.动态特性 动态特性的数学模型主要有三种形式: 时域分析的微分方程; 频域分析用的频率特性; 复频域用的传递函数。 如果知道上述三种数学模型中的任一种,都可推导出另外两种形式的数学模型。 15.1 检测系统设计基础 (1)微分方程 对于线性时不变的测量系统来说,表征其动态特性的常系数线性微分方程式。 在输入电压已知的情况下,可求出输出电压的变化规律。但对于—个复杂的测量系统和复杂的被测信号,求其通解和特解颇为困难,往往要运用传递函数和频率响应函数。 15.1 检测系统设计基础 (2)传递函数 传递函数通过把实际测量系统抽象成数学模型后经过拉氏变换得到的,它只反映测量系统的响应特性;同一传递函数可能表征多个响应特性相似,但具体物理结构和形式却完全不同的系统, 例如一个RC滤波电路与有阻尼弹簧的响应特性就类似,它们同为一阶系统;传递函数是测量系统本身各环节固有特性的反映,它不受输入信号影响、但包含瞬态、稳态时间和频率响应的全部信息。 15.1 检测系统设计基础 (3)频率响应函数 传递函数是在复频域内建立的输出与输入之间的关系,频率响应函数反映的是实域内输出与输入之间的关系。系统的微分方程是在对系统充分了解的情况下才能建立,而系统的频率响应函数则容易通过实验求得,而且由频率响应函数可以很容易得到传递函数,因此,频率响应函数成为研究系统的重要工具。 15.1 检测系统设计基础 (4)响应时间

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