自动检测技术
在自动检测系统中,信息流成部分通常由信息流过程划分,一般可分为信息获取、转换、处理和输出。 首先,获取被检测到的信息,用电取代,然后放大转换成电的信息,通过输出单元(指示器和记录仪)显示信息。 检测系统组成: 传感器->检测电路->输出单元 在检测系统中,传感器是一种检测装置,将被测非电量转换为具有相应关系的物理量,便于应用。 传感器获取信息的正确性与整个检测系统的精度有关。如果传感器误差很大,即使后续检测电路等环节的精度很高,也很难提高检测系统的精度。
传感器的定义
- 传感器是一种能够完成检测任务的测量装置。
- 它的输入量是测量,如物理量、化学量、生物量
- 它的输出是一种物理量,主要用于传输、转换、处理、显示等,可以是气、光、电,但主要是电。
- 输出与输入有相应的关系,具有一定的精度。
传感器的组成
被测量->敏感元件->转换元件->转换电路->电量
敏感元件:直接感觉被测量,输出与被测量确定关系的物理量元件。 转换元件:将敏感元件的输出转换为电路参数 转换电路:将上述电路参数连接到转换电路,然后转换为电量输出。
传感器的分类 根据传感器的工作机制,可分为物理、化学、生物等 根据构成原理,可分为结构型和物性型 结构传感器由物理中场定律组成,包括力场运动定律和电磁场电磁定律。这种传感器的特点是传感器的性能与其结构材料无关,如差动变压器。
物质传感器由物质定律和欧姆定律组成。物理传感器的性能因材料而异,如光电管、半导体传感器等。
根据传感器的能量转换,可分为能量控制传感器和能量转换传感器。 在信息转换过程中,能量控制传感器需要外部电源。电阻、电感、电容等电路参量传感器 能量转换传感器主要由能量转换元件组成,不需要外部电源。
测量误差与数据处理
等精度测量,在同一条件下进行的一系列重复测量称为等精度测量 真实值,被测量本身的真实值称为真实值,真实值是一个理想的概念。但在某些情况下,真实值是可以知道的,如360度的整个圆周角
- 系统误差 在同一条件下,在多次测量同一值时,绝对值和符号保持不变,或在条件变化时按一定规律引起的误差称为系统误差
- 随机误差 在相同的测量条件下,绝对值和符号以不可预测的方式变化的误差称为随机误差。
- 粗大误差 超出规定条件的预期误差称为粗误差,称为粗误差或寄生误差。 粗大误差值明显歪曲测量结果,如果属于粗大误差,应放弃此值。
精度:反映测量结果中系统误差的影响 精度:反映测量结果中随机误差的影响 精度:反映测量结果中系统误差和随机误差的综合影响。 精度高的精度不一定高,精度高的精度不一定高,精度高的精度高。
绝对误差:示值与被测真值之间的误差 因为一般不能得到真值A在实际应用中,常用高精度标准器具的示值代替。
修正值等于误差值和符号。测量值和修正值可以消除误差的影响,但修正值本身也有误差。修正后,只能得到校准测量值更准确的结果。
指示仪表的最大满度误差不得超过仪表精度等级的百分比 选用仪表被测量的值应大于其上限的2/3
随机误差以不可预订的方式改变 当测量次数越大时,算术平均值越接近被测量的真值,测量精度也越高。
测量的极端误差是极端误差,测量结果的误差不超过极端误差的概率P。
线性、灵敏度、迟滞、重复性和精度是衡量传感器静态特性的重要指标。
一般认为,阶跃输入信号是传感器最严重的工作状态。 如果传感器在阶跃函数的作用下能够满足动态性能指标,那么在其它函数的作用下,其动态性能指标也令人满意。 传感器特性曲线的线性范围内应保持阶跃输入信号。
时间常数τ响应速度越小,响应速度越快。
与阶传感器的输出与输入成正比,与信号频率无关。 因此,无幅值和相位失真具有理想的动态特性。 电位传感器是零阶系统的一个例子。 在实际应用中,许多高阶系统在变化缓慢、频率不高时,都可以近似当做零阶系统处理。
时间常数τ频率响应特性越小越好,减少τ可提高传感器的频率特性。
传感器的校准和标准
在明确输入-输出转换对应关系的前提下,使用某种标准或标准仪器标准传感器称为校准。 将传感器在使用或储存后的性能复测称为校准。
传感器的校准是通过实验确定不同使用条件下的误差关系,以建立传感器输入与输出之间的关系。 传感器的校准工作可分为:
- 新开发的传感器需要进行全面的技术性能验证,用验证数据传输量值,验证数据也是改进传感器设计的重要依据。
- 存储或使用一段时间后对传感器进行复测。