检测与转换ppt第一章.

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1、.信息与电气工程学院 自动检测与转换 赵延明 主讲 联系方式：13107123527 hnust_zhao 课程介绍 项目展示 参考书目 主要内容 .信息与电气工程学院 课程介绍 检测与转换技术是自动检测技术与自动转换技术的总 称，是信息技术的重要组成部分。研究信息提取、信息转 换以及信息处理的理论和技术为主的应用技术科学。 1 性质 先修课程：物理学、电工学、电子学、自动控制等； .信息与电气工程学院 掌握检测与转换技术的基本概念与基本理论； 2 本课程的任务 掌握常用电工仪表及传感器的工作原理、结构以及 应用； 掌握现代测试技术的一般概念，具有组建一般测试 系统的能力。 课程介绍 .信息与

2、电气工程学院 参考书目 3梁森主编，自动检测与转换技术 ，机械工业出版社，2012年。 2金伟主编，现代检测技术 ，北京邮电大学出版社 ，2007年； 1常健生主编，自动检测与转换 ，机械工业出版社，2007年； 主界面 .信息与电气工程学院 检测与转换技术主要内容 检 测 与 转 换 技 术 检测与转换技术的理论基础 电量和电路参数测量 传感器的特性 电能量传感器 电参数传感器 位移-数字传感器 主界面 电工仪器与仪表 非电量测试技术 .信息与电气工程学院 第一章 检测与转换技术的理论基础 主界面 第一节 检测与转换技术的基本概念 第二节 测量误差的概念和分类 第三节 随机误差概率密度的正态

3、分布 第四节 算术平均值与标准误差 第五节 置信区间与置信概率 第八节 误差的传递 第九节 误差的合成 第十节 最小二乘原理 第十一节 曲线的拟合 第六节 粗差的判别与坏值的舍弃 第七节 系统误差 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 信息提取信息转换 物理量 化学量 生物量 社会量 电 信 号 幅值 功率 精度 信息处理信息传输 信号放大A/D转换传感器 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 一、检测技术在国民经济中的地位和作用。 1）神舟飞船回收过程的测控技术 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 2）检测技术在卫星中的应用 红外扫描区

4、域 人造卫 星 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 3）生命探测仪在地震中的应用 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 二、工业检测技术涉及的内容 （1）热工量（ t、 p、 q、h） n温度t（ 、K、 ） n压力（压强）p（Pa）、压差 p 、真空度、 n流速v（m/s）、流量q（t、m3 ）、 n物位、液位h（m） .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 二、工业检测技术涉及的内容 n直线位移x（m）、角位移、 n速度、加速度a（ m/s2） 、振动、噪声、 n转速n（r/min）、 n力F、力矩T（Nm）、应变 （m/m ）、 n质

5、量（重量）m（kg、t） n几何量 n长度、厚度、角度、直径、间距、 n形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等 （2）机械量 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 二、工业检测技术涉及的内容 n空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度 、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色 （3）物体的性质和成分量： nU、I、f、R、Z、E、B （4）状态量： n工作机械的运动状态（启停等） n生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨 损、堵塞、断裂、振动等） （5）电工量： .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 三、一种典型的自动检测系统 发电厂有上 千只传感器 ，

6、并组成测 控系统 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 三、一种典型的自动检测系统 航天服与传感器 .信息与电气工程学院 第一节 检测与转换技术的基本概念 三、一种典型的自动检测系统 检测技术在车辆碰撞预防系统中的应用 .信息与电气工程学院 第二节 测量误差的概念和分类 一、有关测量技术中的部分名词 (1)等精度测量（条件相同） (2)非等精度测量（影响测试结果的条件不能保持不变） (3)真值（被测量本身真正值） (4)实际值（用高一级精度测量仪器所测得的值） (5)标称值（测量器具上所标出来的数值） (6)示值（读数） (7)测量误差（测量值与实际值之差） .信息与电气工程

7、学院 第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类 1、表示方法 绝对误差 容许误差 相对误差 实际相对误差 rA=x/A100% 示值相对误差 rA=x/x100% 满度相对误差 rA=x/xm100% ：器具误差不超过的最大范围 示值（标称值）-真值(实际值 ) ：x=x-A0 x-A .信息与电气工程学院 第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类 准确度等级 我国的工业模拟仪表有下列常用的7种等级： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。 S=xm/xm100% .信息与电气工程学院 第二节 测量误差的概念和分类 例: 某压力表准确度为2.5级,量程为01.5MPa

8、，求: 1）可能出现的最大满度相对误差m。 2）可能出现的最大绝对误差m为多少千帕？ 3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相 对误差x。 解: 1）可能出现的最大满度相对误差可以从准确度等 级直接得到，即m25%。 3） 2）mmAm251.5MPa 0.0375MPa37.5kPa .信息与电气工程学院 第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类 2、误差出现的规律 系统误差(系差 ) 随机误差(随差 ) 粗大误差（粗差） 服从一定已知函数 未知 明显偏离实际值 3、误差来源 工具误差 方法误差 读数误差 内部噪声引起的误差 器件老化引起的误差 .信息与电气工程学院 第二

9、节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类 4、被测量随时间变化的速度 静态误差 动态误差 地 震 测 量 振 动 波 形 .信息与电气工程学院 第二节 测量误差的概念和分类 二、误差的分类 5、使用条件 基本误差 附加误差 6、误差与被测量的关系 定值误差 积累误差 在规定标准条件下 偏离规定标准条件下 不随被测量变化 随被测量增大而积累 .信息与电气工程学院 第三节 随机误差概率密度的正态分布 一、随机误差的实验结果频率直方图 在相同条件下，对某量重复进行的独立测量（独立 和等精度测量），设总的测量次数n150次。现将150 个测量值（xi）由小到大排列分成11个区间，或按误差 大小排列，并

10、取等间隔值。 随机误差的频率直方图 .信息与电气工程学院 第三节 随机误差概率密度的正态分布 一、随机误差的实验结果频率直方图 随机误差的概率密度分布曲线 当测量次数n时，令id ，ni d n(均为无 穷小量)，则随机误差的概率密度()可定义为： 具有特点：(1) 对称性 (2) 抵偿性 (3) 单峰性 (4) 有界性 .信息与电气工程学院 第三节 随机误差概率密度的正态分布 二、概率密度的正态分布 在测量过程中，由大量的、微小的、独立的及随机 的因素综合影响，就会产生随机误差。根据概率论的中 心极限定理知：大量的、微小的及独立的随机变量的总 和服从正态分布。显然，随机误差必然服从正态分布。

11、 随机误差的正态分布曲线 .信息与电气工程学院 第四节 算术平均值与标准误差 现若以测量值x作为随机变量，如果它遵从正态分布。 那么它的概率密度（x）可由下式表示： 测量值的概率密度分布曲线 .信息与电气工程学院 第四节 算术平均值与标准误差 数学期望为 一、算术平均值 与数学期望Mx 对于一组测量值xi（随机变量），其算术平均值为 而 ，故 .信息与电气工程学院 第四节 算术平均值与标准误差 对于一组测量值xi（随机变量），其方差随机变量的 二阶中心距，表示为 二、方差与标准误差 但在实际计算中，特别是n较大时，通常采用标准 差来计算。 .信息与电气工程学院 第四节 算术平均值与标准误差 贝

12、塞尔公式，在实际计算中，特别是n较大时，计算比 较方便，表示为 二、方差与标准误差 如果xi值太大，可任选一个与接近的B，作变换 yi =xi-B 。 .信息与电气工程学院 第五节 置信区间与置信概率 置信区间与置信概率 置信区间：随机变量取值的范围，用符号 l或（l l）表示，也可表示为l=Z。 置信概率：随机变量在置信区间l内取值的概率。 正态分布下的置信概率数值表 .信息与电气工程学院 第六节 粗差的判别与坏值的舍弃 满足上式的xb应舍弃，然后重新计算算术平均值与标 准差，再进行检查是否有满足上式的xb。 适应范围：测量次数n 。 一、拉依达准则(3准则) 残余误差大于3，认为是粗差，即

13、 .信息与电气工程学院 第六节 粗差的判别与坏值的舍弃 二、格拉布斯准则 格拉布斯准则考虑了测量次数n以及标准偏差本身有 误差的影响等，表示为 判 别 系 数 .信息与电气工程学院 第六节 粗差的判别与坏值的舍弃 例1-1 (P16) 粗差判别计算 .信息与电气工程学院 第七节 系统误差 一、系统误差的分类及产生原因 恒定系差(误差大小和符号恒定不变) 变化系差(按照一定规律变化的系差) 恒正系差 恒负系差 累积系差 周期系差 复杂变化系差 .信息与电气工程学院 第七节 系统误差 二、系差的消除方法 （1）应检查测量仪器本身的性能是否符合要求； （2）测量前应仔细检查仪表是否处于正常工作条件；

14、 （3）还应检查测量系统和测量方法本身是否正确。 为了减少和消除系差经常采用的一些方法 ： 1）交换法 2）上、下读数法或换向法 3）校准法 4）补偿法 .信息与电气工程学院 第七节 系统误差 （1）恒定系差的估计 三、系统误差的估计方法 （2）变化系差的估计 恒定系差残余系差 修正值为： .信息与电气工程学院 第八节 系统的传递 间接检测量与若干直接检测量的关系： 一、间接测量中系统误差的传递 .信息与电气工程学院 第八节 系统的传递 间接检测量与若干直接检测量的关系： 二、间接测量中随机误差的传递 经过n次独立、不相关的测量，可得： .信息与电气工程学院 第九节 系统的合成 一、随机误差的

15、合成 设彼此独立的随机误差因素，标准误差为1,2,， m，按方和根法，得到其标准误差与极限误差分别为： .信息与电气工程学院 第九节 系统的合成 二、系统误差的合成 代数法 （误差项数较少） 方根和法（误差项数较多） 1恒定系差的合成 线性相加法 方和根法 广义方和根法 2变值系差的合成 如不能确定其概率分布，系统不确定度： 如能确定其概率分布，则系统标准误差： .信息与电气工程学院 第九节 系统的合成 三、随机误差与系统误差的合成 一般取随机误差的随机不确定度与系统误差的系 统不确定度e进行合成，合成后可得被测量的综合不确定 度g。合成方法有三种。 1线性相加法 2方和根法 3广义方和根法 .信息与电气工程学院 第九节 系统的合成 四、最后结果的表示 (1) 随机不确定度与系统不确定度在结果中分别标明 ，表示为 (2) 用随机不确定度与系统不确定度合成后的综 合不确定度表示为 .信息与电气工程学院 第十节 最小二乘原理 等精度测量的算术平均值x，它是测量结果的最佳代 表，是被测量的最佳估