检测系统的特征与性能指标.ppt

第1章 检测系统的特征与性能指标 1.1 检测系统的组成 1.2 检测系统的静态特性与性能指标 1.3 检测系统的动态特性与性能指标 1.1 检测系统的组成 检测技术涉及到半导体技术、激光技术、光纤技术、声控技术、遥感技术、自动化技术、计算机应用技术、以及数理统计、控制论、信息论等近代新技术和新理论。其最终目的就是从测量对象中获取反映其变化规律的有用信息，一个广义的检测系统一般由激励装置、测试装置、数据处理与记录装置所组成（如图1.1）。 1.1.1 各组成部分的特点 （1）激励信号 激励信号由激励装置产生，采用激励装置是为了使被测对象处于预定状态下，并将其有关方面的内在联系充分显示出来，以便于有效的测量。当测试工作所希望获取的信息并没有直接载于可检测的信号中，就需要激励被测对象，使其既能表示相关信息又便于检测。 （2）测试对象 测试对象的特性均以信号的形式给出，被测信号一般都是随时间变化的动态量，即使在检测不随时间变化的静态量时，由于混有动态的干扰噪声，通常也也按动态量进行检测测量。 （3）传感器 传感器将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。传感器输出的电信号一般不能直接传输到后续的信号处理电路或输出元件中去，必须经过信号的调理。 （4）信号调理电路 信号调理电路的主要作用有两方面，一是把来自于传感器的信号进行转换和放大，使其更适合于进一步处理和传输；第二方面是进行信号处理，即对经过信号调理的信号，进行滤波、调制和解调、衰减、运算、数字化处理等。 （5）信号的分析与记录 信号调理电路输出的测量结果是对被测信号的真实记录，为了显示其变化过程，可以采用光线示波器、屏幕显示器、打印机等输出装置。此外还可以用磁记录器来存储被测信号，以便于检测工作完成后反复使用信号。要从客观记录的信号中找出反映被测对象的本质规律，还必须对信号进行分析从而提取有用信息。现代检测系统采用了计算机和网络技术，将调理电路输出的信号直接送到信号分析设备中处理，进行在线处理，已在工程检测和工业控制中得到广泛的应用。 1.1.2 线性时不变系统及其主要性质 （1）叠加性 设为 输入， 为输出，若 （3）微分性 零初始条件下，系统对原输入微分的响应等于原输出的微分。即：对于 为输入， 为输出，若 ，则有： ? （1.4） （5）频率保持特性 对于线性定常系统，若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号 ，则系统的稳态输出必定是与输入同频率的简谐信号，即 ，此规律称为频率保持特性。但其幅值和初相位将发生变化。 1.2 检测系统的静态特性与性能指标 静态检测是指测量时，检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化很缓慢。静态检测时，系统所表现出的响应特性称为静态响应特性。通常用来描述静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差等。 1.2.1 测量范围 检测系统能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。 1.2.2 灵敏度 灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即： （1.6） 1.2.3 非线性度 如图1.3所示，标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。如果在全量程A输出范围内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B，则定义非线性度为： （1.7） 1.2.4 回程误差 如图1.4所示，回程误差也称为滞后或变差。实际测量系统在相同的测量条件下，当输入量由小增大， 或由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量存在差值，则定义回程误差为： （1.8） 1.2.5 稳定度和漂移 稳定度通常是相对时间而言，指检测系统在规定的条件下保持其测量特性恒定不变的能力。 漂移指检测系统随时间的慢变化。在规定条件下，对于一个恒定的输入在规定时间内的输出在标称范围最低值处的变化，称为零点漂移，简称零漂。温度变化引起的漂移叫温漂。 1.2.6 静态响应特性的其他术语 （1）精度 精确度的简称。表示随机误差和系统误差的综合评定指标。 （2）可靠性 与检测系统无故障工作时间长短有关的一种描述。 （3）分辨率 能引起输出变化的输入量的最小