传感器与自动检测技术第1章.ppt

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1、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下页返回1.1检测系统的组成检测技术几乎已应用于所有的行业，它是多学科知识的综合应用。它涉及到半导体技术、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，为了实现此目的，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）。下页上页返回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，

2、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。对于能量控制型传感器中的一些类型，如：超声波探伤、激光散斑技术测量应变，就是由外部能源供给激励信号发生器，而激励信号发生器以信号激励被测对象，输入传感器的信号就是被测对象对激励信号的响应，它反映了被测对象的性质或状态。（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

3、下页上页返回也按动态量进行检测测量。由于被测信号描述了被测对象特征信息，且信号本身的结构对所选用测试装置有重大影响，因此应当熟悉和了解各种信号的基本特征和分析方法。（3）传感器传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是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。由于传感器种类繁多，所以几乎能检测所有非电量参量。但因传感器输出的电信号种类多、功率小，故一般不能直接将这种电信号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

4、输，多数情况是将各种电信号转换为电压、下页上页返回电流、频率等少数几种便于测量的电信号，输出功率可达到级；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。但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（如：信号强度分析、信号的频谱分析、信号的相关分析、信号的概率密度谱分析等），从而提取有用

5、信息。信号分析的设备各式各样，有专用的分析仪（如：相关分析仪、概率密度分析仪、频谱分析仪、传递函数分析仪等），也有作综合分析用的信号处理机和数字信号处理系统。现代检测系统采用了计算机和网络技术，将调理电路下页上页返回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。为了保证测量结果的准确性，上述各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应和尽量不失真的关系，这种关系通常是线性关系，而且必须尽可能地减小或消除各种干扰。1.1.2线性时不变系统及其主要性质在信号传输通道中，检测系统是指连接输入、输出并具有特定功能的部分。在工程测试实践

6、中，大多数检测系统属于线性时不变系统。线性时不变系统的分析方法已形成了完整严密的体系，即使是一些非线性系统或时变系统，在限定条件下，它们也遵循线性时不变的规律。故下面重点讨论线性时不变系统的主要性质。下页上页返回当系统的输入和输出之间关系可用常系数线性微分方程来描述时，则称该系统为线性时不变系统，也称为定常线性系统。即：（1.1）式中为时间变量，和均为常数。线性时不变系统具有以下主要性质：（1）叠加性设为输入，为输出，若下页上页返回则（1.2）满足叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的，所以在分析有多个输入作用的系统输出时，可以分别求出在单个

7、输入的作用下系统的输出，然后再进行叠加。（2）比例性（齐次性）设为输入，为输出，若，则对于任何一个常数，有（1.3）（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）下页上页返回（4）积分性零初始条件下，系统对原输入积分的响应等于原输出的积分。即：为输入，为输出，若，则有：（1.5）（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。下页上页返回线性定常系统的这些主