自动检测技术和仪表控制系统-检测技术和方法分析.ppt

3.1.检测方法及基本概念 只有传感器并不等于具有完备的检测技术或方法。除了传感器之外还需要一定的检测结构，用于有选择地实现信号转换。检测技术理论就是针对复杂问题的检测方法、检测结构以及检测信号处理等方面进行研究的一门综合性科学。 检测技术与方法中有许多基本概念。为比较起见，下面分别解释成对的一些概念。 开环型检测与闭环型检测、直接检测与间接检测、绝对检测与比较检测、偏差法与零位法、强度变量检测与容量变量检测、微差法、替换法、能量变换型与能量控制型检测及主动探索与信息反馈型检测 3.2.检测系统模型与结构分析 检测系统的基本功能----信号转换与信号选择、基准保持与比较、显示与操作 信号转换模型与信号选择性 检测系统的结构分析----差分式、补偿式和调制式 一、检测系统的基本功能 3.3.提高检测精度的方法 利用检测系统的动态特性实现信号选择功能。主要是依据信号与噪声在时域和频域上的不同特性。这些方法同样是提高检测精度，抗噪声的基本方法。 信号的调制可以在输入端进行， 也可以在信号传输过程中进行， 取决于噪声和干扰的混进部位， 搞清楚主要噪声的来源，在噪声混入之前调制才能使信号区别于噪声。 3.4.多元化检测技术 在检测精度要求高的情况下，要使用多个传感器或不同类型的传感器群。 多元化检测是指高度智能化检测，即运用多个传感器自身的形态和并行检测结构进行信号处理以得到新的信息。 作业P41. 3-1、3-2 如图3-11所示，当噪声信号频带非常窄时采用此方法。如商用电源附近有大型电机时 图3-11 陷波放大原理 2.陷波放大方法 可检测埋没在噪声中的微弱信号。 方法是先调制抑制噪声，再提取微弱信号的幅值和相位信息。 图3-12 设有用信号为Vi(t)，调制频率为ω0 ，调制后的信号为Vicosω0t ，噪声为n(t)。传感器输出信号为： Vs(t)=Vi(t)cosω0t+n(t) 3.锁定放大方法 调制后的信号与参考信号经过乘法器相乘得： Vo(t)=γcos(ω0t+φ)[Vi(t)cosω0t+n(t)] =0.5γVi(t)[cosφ+cos(2ω0t+φ)]+ γn(t) cos(ω0t+φ) *积化和差公式：cosA*cosB=0.5[cos(A+B)+cos(A-B)] 当噪声与信号不相关时，上式的第二项为0，再经过低通滤波滤（LPF)掉2ω0的信号成分，此时 Vo(t) = 0.5γVi(t) cosφ 。 相位φ为信号传输过程中的信号延迟，可以将参考信号的相位通过移动器逐渐移动而检测出Vo(t)的最大值，与最初的Vo(t)的比值可以得到 cosφ 。 功率 频率 调制 噪声功率谱 调制频率决定方法 锁定放大检测的调制频率，应该根据噪声频率谱分布情况来决定。受实际限制调制频率不能太高，如放大器带宽、传感器的反映速度等。 一、多元检测方程式 实际单输入检测系统是将检测量以外的量看作不变或是控制成一定的值，需要进行校正，如果把校正看成检测的一部分，实质就是进行多元检测。 * 自动检测或自动控制系统与外界的信息界面关系有三种情况： 获取检测对象所处状态的传感器，以及控制并调节对象状态的执行器。 图3-1 检测与控制仪器与外界环境之间的三种界面 3.检测技术及方法分析 操作人员与仪器装置之间的界面。 监控仪器与其他系统之间的信息往来。 传感器是所有被测对象信息的输入端口。 传感器的作用是感受被测量的变化，直接从对象中提取被测量的信息，并转换成相应的输出信号，即完成信号的检测与转换，是整个系统中的关键。相当于人体的感觉器官，可以把非电量转换成电信号。如温度计：温度→位移。 传感器的好坏直接影响仪表的质量，对它的要求有： 准确性：输出准确反映输入，输出、输入之间是严格的单值关系，即只有被测量才对传感器有作用。 稳定性：输入和输出之间的单值关系不随时间和温度变化，受外界其它因素干扰的影响小。 灵敏性：较小的输入量就有较大的输出信号。 其它：经济性、耐腐蚀性、低能耗等。 实际使用时还应考虑的有体积小、价廉、易于维修更换等 传感器的种类千差万别，传感器的分类方法有很多种： 根据检测对象分类，如温度、压力、位移等。 从传感器原理或反应效应分类，如光电、压电等。 根据传感器的材料分类，如导电体、半导体等。 按应用领域分类，如化工、纺织、造纸、环保等 5. 按输出信号形式分类，如模拟和数字式等。 6. 按反映形式或能量供给方式分类，如能动型和被动型、能量变换型和能量控制型等。能动型：依据敏感元件材料本身的物理、化学性质的变化实现信号转换，如水银温度计。被动型：依据传感器结构参量变化而实现信号转换，如电容式位移传感器。能量转换型：直接由被测对象输入