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1、传感器与检测技术传感器与检测技术3 3、检测技术及方法分析、检测技术及方法分析一、检测方法及其基本概念1 开环型检测和闭环型检测被检测量x传感器检测一次变换放大器二次变换显示记录仪器输出y(1)开环型检测 k1k3k2y= k1k2k3x(2)闭环型检测传感器检测一次变换放大器二次变换显示记录仪器xyk1k3k2反馈环节xfy=k1k2k31+k2k3x令k2k3 =k1,则y=k1k1+kxk1x(1)直接测量 电子卡尺2 直接检测与间接检测(2) 间接测量 对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。 静态测量对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。最高、最低温度计
2、动态测量 地震测量 振动波形便携式仪表可以显示波形的 便携式仪表接触式测量 非接触式测量 例：红外前额体温计 离线测量 产品质量检验在线测量 在流水线上，边加工，边检验，可提高产品 的一致性和加工精度。二、检测系统结构分析1 补偿结构被检测量传感器AfA传感器BfBu1+u1干扰量u2+u2u1yA +- yBy测量用补偿用yA =fA(u1,u2) yA=fA(u1+u1,u2+u2)返回yB =fB(u1,u2) yB=fB(u1 ,u2+u2)y=yA-yB= fA(u1+u1,u2+u2)-fB(u1 ,u2+u2)按照泰勒级数展开到二次项,得到条件:fA(u1,u2)=fB(u1,u
3、2)2 差分结构 (补偿结构的特例)被检测量传感器AfA传感器BfBu1+u1干扰量u2+u2u1 - u1yA +- yByy=yA-yB= fA(u1+u1,u2+u2)-fB(u1-u1,u2+u2)按照泰勒级数展开到二次项,得到条件:fA(u1,u2)=fB(-u1,u2)对比补偿结构,进一步消除了u1的二次项.结论:(1)差分结构的两个传感器采用对称形式,使测量 参数反对称发生作用，干扰参数对称发生作用.由于 传感器特性相同,有fA(u1,u2)=fB(-u1,u2)(2)差分结构能改善线性,且能提高灵敏度.锁定放大器和毫伏计的测量结果三、提高检测精度的方法锁定放大器原理两个1Hz正
4、弦信号相乘的结果 1Hz和1.1Hz两正弦信号相乘的结果 真正需要的信号调制信号的频率干扰信号低通滤波VO(t)= rcos(wot+)Vi(t)coswot+n(t)=0.5rVi(t)cos+cos(2wot+)+rn(t)cos(wot+) =0.5rVi(t)cos结论- 当输入信号与参考信号同相时,有最大输出0.5rVi(t). 相当于信号传输的延时,一般不会为零,但是可以通过调节移相器使最小，从而得到最大输出. 排除了n(t)的干扰思考:反相时呢?参考信号输入信号 相敏检波电路 直流参考量输入 交 流 参 考 量 输 入 J 信号输入端 输 出 信 号 抗干扰技术1 干扰是广义上的
5、噪声，是人们所不希望的信号的统称。2 噪声对检测装置的影响必须与有用信号共同分析才有意义 。3 衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比（S/N）来表示.它是指在信号通道中，有用信号功率PS与噪声功率PN 之比,或者是有用信号电压US与噪声电压UN 之比。4 信噪比常用对数形式来表示，单位为dB，即S/N=10lg（ PS / PN ）= 20lg（ US / UN ）dB干扰与噪声干扰的类型 一、机械干扰 机械干扰是指机械振动或 冲击使电子检测装置中的元件 发生振动，改变了系统的电气 参数，造成可逆或不可逆的影 响。对机械干扰，可选用专用 减振弹簧-橡胶垫脚或吸振橡 胶海绵垫来降低系统的谐振频 率
6、，吸收振动的能量，从而减 小系统的振幅。 橡胶 海绵软垫橡胶垫脚及弹簧振动试验台频率、振幅均可调节将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动 台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅 下，产品指标是否变化。固定跌落试验产品在运输 过程中常因为遭 受剧烈震动或跌 落而损坏或性能 变差，因此需要 做抗跌落试验和 测试。跌落试验机用绝缘漆浸渍过 的控制变压器浸漆可防止水分进入线圈内部二、湿度及化学干扰 当环境相对湿度增加时，物体 表面就会附着一层水膜，并渗入 材料内部，降低了绝缘强度，造 成了漏电、击穿和短路现象；潮 湿还会加速金属材料的腐蚀，并 产生原电池电化学干扰电压；在 较高的温度下，潮湿还
7、会促使霉 菌的生长，并引起有机材料的霉 烂。仪器设备的防潮试验喷淋试验三、热干扰 设备和元器件长期在高温下工作,或者环境温度发生变化时,会引起寿命和耐压等级降低等。克服热干扰的防护措施有：1 热屏蔽2 恒温法3 采取软、硬件温度补偿措施等 4 加强散热5 选用低温漂元件散热实例 散热风扇四、电磁干扰 电磁干扰源分为两大类：自然界干扰源和人为 干扰源，后者是检测系统的主要干扰源。1.自然界干扰源包括地球外层空间的宇宙射电噪 声、太阳耀斑辐射噪声以及大气层的天电噪声。后者 的能量频谱主要集中在30MHz以下，对检测系统的影响 较大。2.人为干扰源又可分为有意发射干扰源和无意发 射干扰源。 自然界干
8、扰源和人为干扰源闪电产生电磁场干扰变电站会产生高次谐波 干扰以及电晕放电干扰自然界干扰源和人为干扰源雷达会产生大功率高频干扰X光机产生大功率 高频干扰电吹风机干扰电视机的演示 电吹风机产生的电 磁波干扰的两种途径:一 通过共用的电源插 座 二 以空间电磁场传输 的方式由电视机的天线 接收。应设法切断这些 干扰途径。 常用的干扰抑制措施一、屏蔽技术 利用金属材料制成容 器，将需要防护护的电电路 包围围在其中，可以防止 电场电场 或磁场场耦合干扰扰的 方法称为为屏蔽。未加屏蔽罩时，中频变压器 线圈易受外界干扰。加屏蔽罩后的中频变压器1 静电屏蔽 仪器设备的屏蔽 外壳必须接地带孔屏蔽板各种静电屏蔽
9、自制的屏蔽罩通风屏蔽窗开关电源采用带孔的 屏蔽外壳，既可散热，又 可防止电磁干扰外泄2 .电磁屏蔽 镀铜电电磁屏蔽 盒军用屏蔽帐篷 导电纤维材料编织而成的 军用电磁屏蔽器材军用 电子方舱屏蔽通信车防电磁波屏蔽围裙导电纤维材料编织而成的电磁屏蔽服辐射源防电磁波 屏蔽服装防电磁波屏蔽围裙防 辐 射 面 罩屏蔽室导电PVC地板 用于防静电 及底部屏蔽干扰信号无法穿透 钢板屏蔽室二、接地技术接地起源于强电电技术术，它的本意是接大地，主 要着眼于安全。这这种地线线也称为为“保安地线线” 。它 的 接地电电阻值值必须须小于规规定的数值值。对对于仪仪器、通讯讯、计计算机等电电子技术术来说说，“ 地 线线”多是指电电信号的基准电电位，也称为为“公共参考 端”，它除了作为为各级电级电 路的电电流通道之外，还还是保 证电证电 路工作稳稳定、抑制干扰扰的重要环节环节 。它可以接 大地，也可以与大地隔绝绝。 保安地线电烙铁的外壳必须须 良好地接大地，以保证 人身安全以及焊接对象 不致被静电击穿。防静电手腕带的使用接地
