《检测技术与自动化仪表》第13章现代检测系统.pptx

检测技术与自动化仪表;13.1检测系统设计基础;（1）测量电路

测量电路包括：多路模拟开关、采样/保持、模/数转换器、放大器、模拟滤波器等，它们对检测系统性能有很大的影响，许多信号调理模块可与传感器直接相连，大大的简化了硬件设计。

（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.

;多通道共享ADC型数据采集系统;分时共享ADC数据采集系统;多ADC型的特点是每个通道都有自己的抽样保持电路和ADC，允许各通道同时A/D转换，多ADC型数据采集系统主要用于高速数据采集，有灵活性强、精度高等优点。;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。

;2．抗干扰设计

（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;灵敏度为：

;（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。;（5）可靠性

检测系统可靠性的指标有：

①平均无故障时??MTBF(meantimebetweenfailure)：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（meantimetorepair）的比值。;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。;（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。;（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。;（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。;（4)响应时间

检测系统的响应特性与传感器的阻尼情况有关。阻尼表征能量消耗特性，它与固有频率一起决定了频率响应的上限和检测系统的瞬态响应特性。用响应时间、上升时间和时间常数表示出有阻尼检测系统对所测物理量的阶跃变化的响应特性。响应时间，输出上升到终值的95％(或98％)所需的时间

;(5)动态误差

(6)动态特性的评价

与频率响应特性有关的指标：

①频带；

②时间常数：通常用时间常数表征一阶检测系统(如测温传感器)的动态特性，用τ表示。τ越小，频带就越宽，反之τ越大，频带就越窄。

③固有频率;一