第3章檢測(cè)技術(shù)及方法分析

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容v檢測(cè)方法及其基本概念檢測(cè)方法及其基本概念v檢測(cè)系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析檢測(cè)系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析v提高檢測(cè)精度的方法提高檢測(cè)精度的方法v多元化檢測(cè)技術(shù)多元化檢測(cè)技術(shù)3.3.檢測(cè)技術(shù)及方法分析檢測(cè)技術(shù)及方法分析2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)2傳感器與執(zhí)行器傳感器與執(zhí)行器：獲取：獲取檢測(cè)對(duì)象所處狀態(tài)的傳檢測(cè)對(duì)象所處狀態(tài)的傳感器，以及控制并調(diào)節(jié)感器，以及控制并調(diào)節(jié)對(duì)象狀態(tài)的執(zhí)行器。對(duì)象狀態(tài)的執(zhí)行器。系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面：監(jiān)控儀器與：監(jiān)控儀器與其他系統(tǒng)之間信息往來(lái)。其他系統(tǒng)之間信息往來(lái)。操作界面操作界面：操作人員與：操作人員與儀器裝置之間的界面。儀器裝置之間的界面。圖圖3-1 3-1

2、檢測(cè)與控制儀器與外界環(huán)境檢測(cè)與控制儀器與外界環(huán)境之間的三種界面之間的三種界面?zhèn)鞲衅鞯暮脡闹苯佑皞鞲衅鞯暮脡闹苯佑绊憙x表的質(zhì)量，對(duì)它響儀表的質(zhì)量，對(duì)它的的要求要求有：有：準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性：穩(wěn)定性穩(wěn)定性：靈敏性靈敏性：其它其它：經(jīng)濟(jì)性、耐腐經(jīng)濟(jì)性、耐腐蝕性、低能耗蝕性、低能耗等。等。信息的輸入端口信息的輸入端口, , 完成完成信信號(hào)的檢測(cè)與轉(zhuǎn)換，號(hào)的檢測(cè)與轉(zhuǎn)換，是整個(gè)是整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵。系統(tǒng)中的關(guān)鍵。檢測(cè)及控制裝置與外界環(huán)境之間的三種界面關(guān)系：檢測(cè)及控制裝置與外界環(huán)境之間的三種界面關(guān)系：2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)3傳感器定義及組成：傳感器定義及組成：n定義：傳感器是一種以測(cè)量為目的，以

3、一定的定義：傳感器是一種以測(cè)量為目的，以一定的精度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的，便于精度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的，便于處理的另一種物理量的測(cè)量器件，其輸出多為處理的另一種物理量的測(cè)量器件，其輸出多為易處理的電量，如電流、電壓、頻易處理的電量，如電流、電壓、頻 率等。率等。n傳感器由敏感元件、傳感元件和轉(zhuǎn)換電路三部傳感器由敏感元件、傳感元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。分組成。敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件測(cè)量轉(zhuǎn)換電路測(cè)量轉(zhuǎn)換電路非電量非電量（被測(cè)量）（被測(cè)量）非電量非電量電參量電參量電量電量2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)4傳感器傳感器(sensor, transducer)種類很

4、多，它的種類很多，它的分類分類方法有很多種：方法有很多種：1.1. 根據(jù)根據(jù)檢測(cè)對(duì)象檢測(cè)對(duì)象分類，如溫度、壓力、位移等。分類，如溫度、壓力、位移等。2.2. 從從傳感器原理或反應(yīng)效應(yīng)傳感器原理或反應(yīng)效應(yīng)分類，如熱阻分類，如熱阻/ /熱電熱電/ /壓阻壓阻/ /電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)/ /霍爾霍爾/ /光電光電/ /壓電等。壓電等。3.3. 根據(jù)傳感器的根據(jù)傳感器的材料材料分類，如導(dǎo)電體、半導(dǎo)體等。分類，如導(dǎo)電體、半導(dǎo)體等。4.4. 按按應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域分類，如化工、紡織、造紙、環(huán)保等分類，如化工、紡織、造紙、環(huán)保等5. 5. 按按輸出信號(hào)形式輸出信號(hào)形式分類，如模擬和數(shù)字式等。分類，如模擬和數(shù)字式等

5、。6. 6. 按按反映形式或能量供給方式反映形式或能量供給方式分類，如能動(dòng)型和被動(dòng)分類，如能動(dòng)型和被動(dòng)型、能量變換型和能量控制型等。型、能量變換型和能量控制型等。2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)53.1 3.1 檢測(cè)方法及基本概念檢測(cè)方法及基本概念3.1.1 3.1.1 開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)(open loop)型檢測(cè)與閉環(huán)型檢測(cè)與閉環(huán)(closed loop)型檢測(cè)型檢測(cè)開(kāi)環(huán)型檢測(cè)系統(tǒng)如圖開(kāi)環(huán)型檢測(cè)系統(tǒng)如圖 ( (a)a)所示。所示。對(duì)象對(duì)象信息處理器信息處理器傳感器傳感器輸出輸出(a)閉環(huán)型檢測(cè)系統(tǒng)如圖閉環(huán)型檢測(cè)系統(tǒng)如圖 ( (b)b)所示。所示。+反變換器反變換器變換器變換器放大器放大器被

6、測(cè)量被測(cè)量輸出輸出-(b)平衡式儀表及檢測(cè)系統(tǒng)一般采用這種結(jié)構(gòu)。平衡式儀表及檢測(cè)系統(tǒng)一般采用這種結(jié)構(gòu)。2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)63.1.23.1.2 直接檢測(cè)與間接檢測(cè)直接檢測(cè)與間接檢測(cè)直接檢測(cè)直接檢測(cè)與同類基準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單比較。一般可直與同類基準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單比較。一般可直接讀出被測(cè)量的量值。接讀出被測(cè)量的量值。 比如：用電壓表測(cè)電壓、溫度計(jì)測(cè)溫度等比如：用電壓表測(cè)電壓、溫度計(jì)測(cè)溫度等。間接檢測(cè)間接檢測(cè)測(cè)量與被測(cè)量有一定關(guān)系的測(cè)量與被測(cè)量有一定關(guān)系的2 2個(gè)或個(gè)或2 2個(gè)個(gè)以上物理量，然后再推算出被測(cè)量。以上物理量，然后再推算出被測(cè)量。 比如，測(cè)量電流和電阻求電壓、比如，測(cè)量電流和電

7、阻求電壓、v=L/tv=L/t。間接測(cè)量需要進(jìn)行間接測(cè)量需要進(jìn)行2 2次以上的測(cè)量，一般要分析誤差的傳遞。次以上的測(cè)量，一般要分析誤差的傳遞。2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)7 3.1.3 3.1.3 絕對(duì)檢測(cè)與比較檢測(cè)絕對(duì)檢測(cè)與比較檢測(cè)絕對(duì)檢測(cè)絕對(duì)檢測(cè)由基本物理量測(cè)量而決定被測(cè)量的方法由基本物理量測(cè)量而決定被測(cè)量的方法。 例如，用水銀壓力計(jì)測(cè)壓力時(shí)，從水銀柱的高度、密度、和例如，用水銀壓力計(jì)測(cè)壓力時(shí)，從水銀柱的高度、密度、和重力加速度等基本量測(cè)量決定壓力值。重力加速度等基本量測(cè)量決定壓力值。比較檢測(cè)比較檢測(cè)與同種類量值進(jìn)行比較而決定測(cè)量值的與同種類量值進(jìn)行比較而決定測(cè)量值的方法稱為

8、方法稱為比較檢測(cè)方法比較檢測(cè)方法。 例如用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，要用已知壓力校正壓力計(jì)例如用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，要用已知壓力校正壓力計(jì)的刻度，被測(cè)壓力使指針擺動(dòng)而指示的壓力是通過(guò)比較或校正得的刻度，被測(cè)壓力使指針擺動(dòng)而指示的壓力是通過(guò)比較或校正得出的。出的。例：曹沖稱象例：曹沖稱象方法：比較法；方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測(cè)量，從而得到定量結(jié)果；檢查、測(cè)量，從而得到定量結(jié)果；2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)83.1.4 3.1.4 偏差法與零位法偏差法與零位法偏差法偏差法(difference method)也叫非零檢測(cè)法。一般為開(kāi)也叫非零檢

9、測(cè)法。一般為開(kāi)環(huán)型結(jié)構(gòu)，增益大。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果直觀。（環(huán)型結(jié)構(gòu)，增益大。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果直觀。（如彈簧如彈簧秤稱重秤稱重）信號(hào)轉(zhuǎn)換需要的能量要從被測(cè)對(duì)象上獲得。這樣，）信號(hào)轉(zhuǎn)換需要的能量要從被測(cè)對(duì)象上獲得。這樣，會(huì)使檢測(cè)儀器的狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)。（會(huì)使檢測(cè)儀器的狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)。（例如，用接觸式溫度計(jì)測(cè)量溫例如，用接觸式溫度計(jì)測(cè)量溫度，熱量會(huì)被溫度計(jì)吸收度，熱量會(huì)被溫度計(jì)吸收）這種開(kāi)環(huán)檢測(cè)對(duì)排除干擾很不利。）這種開(kāi)環(huán)檢測(cè)對(duì)排除干擾很不利。零位法零位法(null method)是反饋型閉環(huán)檢測(cè)方法。采取與同是反饋型閉環(huán)檢測(cè)方法。采取與同類的已知量取平衡的方法進(jìn)行測(cè)量。（類的已知量取平衡的方法進(jìn)行測(cè)量

10、。（如用天平測(cè)量質(zhì)量如用天平測(cè)量質(zhì)量）零位法的平衡操作絕大多數(shù)已經(jīng)完全自動(dòng)化。（零位法的平衡操作絕大多數(shù)已經(jīng)完全自動(dòng)化。（電位差計(jì)、電位差計(jì)、平衡電橋等平衡電橋等）2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)93.1.5 3.1.5 強(qiáng)度變量檢測(cè)與容量變量檢測(cè)強(qiáng)度變量檢測(cè)與容量變量檢測(cè)強(qiáng)度變量檢測(cè)：強(qiáng)度變量檢測(cè)：力、壓力、溫度、電壓等表示作用的大小，力、壓力、溫度、電壓等表示作用的大小，與體積（空間）、質(zhì)量與體積（空間）、質(zhì)量的稱強(qiáng)度變量；的稱強(qiáng)度變量；容量變量檢測(cè)：容量變量檢測(cè)：長(zhǎng)度、重量、熱量、電流等與占據(jù)空間相長(zhǎng)度、重量、熱量、電流等與占據(jù)空間相關(guān)，與體積、質(zhì)量關(guān)，與體積、質(zhì)量的，為容量變

11、量。的，為容量變量。Intensive/Extensive Variable，與空間、質(zhì)量有無(wú)關(guān)系；，與空間、質(zhì)量有無(wú)關(guān)系；輸入輸出端共軛存在的變量；輸入輸出端共軛存在的變量；乘積表示能量乘積表示能量 ；一方為一方為信號(hào)變量信號(hào)變量傳遞信息傳遞信息，另一方為誤差變量；，另一方為誤差變量；傳感器傳感器容量變量容量變量A A容量變量容量變量B B強(qiáng)度變量強(qiáng)度變量A A強(qiáng)度變量強(qiáng)度變量B B熱電偶熱電偶熱流熱流電流電流溫度差溫度差熱電勢(shì)熱電勢(shì)2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)10 以熱電偶測(cè)溫為例，溫度差即強(qiáng)度變量是輸入信以熱電偶測(cè)溫為例，溫度差即強(qiáng)度變量是輸入信號(hào)，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)，也是強(qiáng)

12、度變量。輸入端的容號(hào)，輸出信號(hào)是熱電勢(shì)，也是強(qiáng)度變量。輸入端的容量變量是熱流，輸出端的容量變量是電流量變量是熱流，輸出端的容量變量是電流, ,如圖所示如圖所示。熱電偶熱電偶熱流熱流溫度差溫度差電流電流熱電勢(shì)熱電勢(shì) 熱流和電流雖不是輸入輸出變量。但它們都對(duì)檢測(cè)系熱流和電流雖不是輸入輸出變量。但它們都對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)有影響：被檢測(cè)物體的熱容量過(guò)小或檢測(cè)系統(tǒng)的熱容過(guò)統(tǒng)有影響：被檢測(cè)物體的熱容量過(guò)小或檢測(cè)系統(tǒng)的熱容過(guò)大，都將使被測(cè)物溫度發(fā)生變化而產(chǎn)生誤差。輸出端電路大，都將使被測(cè)物溫度發(fā)生變化而產(chǎn)生誤差。輸出端電路里有電流流動(dòng)，受內(nèi)阻影響輸出信號(hào)的電壓有所降低，也里有電流流動(dòng)，受內(nèi)阻影響輸出信號(hào)的電壓有所降

13、低，也會(huì)造成系統(tǒng)誤差。會(huì)造成系統(tǒng)誤差。強(qiáng)度變量與容量變量是在檢測(cè)系統(tǒng)的輸強(qiáng)度變量與容量變量是在檢測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出端共軛存在的變量。一方傳遞信息的同時(shí)，另一方入輸出端共軛存在的變量。一方傳遞信息的同時(shí)，另一方總是直接或間接地與誤差有關(guān)。為減少測(cè)量誤差，需盡量總是直接或間接地與誤差有關(guān)。為減少測(cè)量誤差，需盡量抑制共軛變量的影響。抑制共軛變量的影響。6.6.其它檢測(cè)方法其它檢測(cè)方法n微差法微差法 觀察差值，游標(biāo)卡尺的主刻線和副刻線的差觀察差值，游標(biāo)卡尺的主刻線和副刻線的差n替換法（替換法（排除測(cè)量順序誤差）排除測(cè)量順序誤差） 例如，改變天平放砝碼托盤(pán)的左右位置，兩次例如，改變天平放砝碼托盤(pán)的左右位置

14、，兩次測(cè)量質(zhì)量取平均值求得被測(cè)量的比較準(zhǔn)確的質(zhì)量。測(cè)量質(zhì)量取平均值求得被測(cè)量的比較準(zhǔn)確的質(zhì)量。n能量變換與能量控制型檢測(cè)能量變換與能量控制型檢測(cè) 光伏電池、光敏電阻光伏電池、光敏電阻 ( (被動(dòng)檢測(cè)與能動(dòng)型檢測(cè)被動(dòng)檢測(cè)與能動(dòng)型檢測(cè)) )n主動(dòng)探索與信息反饋型檢測(cè)主動(dòng)探索與信息反饋型檢測(cè) 例如在檢測(cè)氣體濃度時(shí)，首先要觀測(cè)隨檢測(cè)裝置例如在檢測(cè)氣體濃度時(shí)，首先要觀測(cè)隨檢測(cè)裝置移動(dòng)的濃度值的變化，探索濃度最大值的空間位置，移動(dòng)的濃度值的變化，探索濃度最大值的空間位置，然后輸出檢測(cè)結(jié)果。然后輸出檢測(cè)結(jié)果。指紋輸入的傳感原理指紋輸入的傳感原理-1/電容量電容量圖像傳感器圖像傳感器CCD/CMOSCCD/C

15、MOS指甲指甲手指手指透鏡透鏡棱鏡棱鏡光源光源LEDLED多電極板多電極板（1 1）棱鏡光學(xué)法）棱鏡光學(xué)法經(jīng)過(guò)空氣層反射和在隆線與經(jīng)過(guò)空氣層反射和在隆線與鏡面交界處的直接反射不同鏡面交界處的直接反射不同（2 2） 電容法電容法到達(dá)電極板的距離不同到達(dá)電極板的距離不同靜電容量不同靜電容量不同指紋輸入的傳感原理指紋輸入的傳感原理-2圖像傳感器圖像傳感器CCD/CMOSCCD/CMOS指甲指甲手指手指光源光源LEDLED（4 4）電場(chǎng)方法）電場(chǎng)方法到達(dá)真皮距離不同造成電場(chǎng)強(qiáng)度分布不同到達(dá)真皮距離不同造成電場(chǎng)強(qiáng)度分布不同（5 5） 感熱方法感熱方法隆線皮膚體溫與谷部空氣溫度的差隆線皮膚體溫與谷部空氣溫

16、度的差（6 6）感壓方法）感壓方法凹凸壓力分布凹凸壓力分布（3 3）擴(kuò)散光光學(xué)法）擴(kuò)散光光學(xué)法觀測(cè)通過(guò)手指內(nèi)的光線，谷線處由于光擴(kuò)散而變暗觀測(cè)通過(guò)手指內(nèi)的光線，谷線處由于光擴(kuò)散而變暗經(jīng)典的測(cè)量智慧經(jīng)典的測(cè)量智慧n刻度線的吻合，視覺(jué)判斷刻度線的吻合，視覺(jué)判斷n放大測(cè)量，提高測(cè)量精度放大測(cè)量，提高測(cè)量精度n平衡測(cè)量，抵消其他干擾平衡測(cè)量，抵消其他干擾n中醫(yī)（望、聞、切、問(wèn)），綜合診斷中醫(yī)（望、聞、切、問(wèn)），綜合診斷2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)153.2.3.2.檢測(cè)系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析檢測(cè)系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析 檢測(cè)系統(tǒng)的基本功能可總結(jié)為：檢測(cè)系統(tǒng)的基本功能可總結(jié)為：信號(hào)轉(zhuǎn)換與信號(hào)選信號(hào)轉(zhuǎn)

17、換與信號(hào)選擇、基準(zhǔn)保持與比較、顯示與操作擇、基準(zhǔn)保持與比較、顯示與操作三大部分。三大部分。 測(cè)量測(cè)量是把被測(cè)量與同種類單位量進(jìn)行比較，以數(shù)值是把被測(cè)量與同種類單位量進(jìn)行比較，以數(shù)值表示被測(cè)量大小的過(guò)程。因此，檢測(cè)儀表中必須具有基表示被測(cè)量大小的過(guò)程。因此，檢測(cè)儀表中必須具有基準(zhǔn)保持部位。準(zhǔn)保持部位。3.2.23.2.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換模型與信號(hào)選擇性信號(hào)轉(zhuǎn)換模型與信號(hào)選擇性1.1.信號(hào)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型信號(hào)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型 3.2.1 3.2.1 檢測(cè)系統(tǒng)的基本功能檢測(cè)系統(tǒng)的基本功能設(shè)設(shè)ui為被檢測(cè)量為被檢測(cè)量(輸入信號(hào)輸入信號(hào))，y1為測(cè)量值為測(cè)量值(輸出信號(hào)輸出信號(hào))時(shí)，時(shí)，),(2111ruuufy

18、2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)16 設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)要選擇必要的信號(hào)，以消除其他變?cè)O(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)要選擇必要的信號(hào)，以消除其他變量的影響，提高檢測(cè)精度。量的影響，提高檢測(cè)精度。 以金屬絲的電阻值變化為例，它與金屬種類、純度、以金屬絲的電阻值變化為例，它與金屬種類、純度、形狀、溫度有關(guān)。當(dāng)用作熱電阻測(cè)溫時(shí)，選擇其溫度變形狀、溫度有關(guān)。當(dāng)用作熱電阻測(cè)溫時(shí)，選擇其溫度變化的特性，而要防止變形影響；當(dāng)用作應(yīng)變測(cè)量時(shí)，則化的特性，而要防止變形影響；當(dāng)用作應(yīng)變測(cè)量時(shí)，則選擇其形狀變化的特性，而要設(shè)計(jì)抵消溫度影響的檢測(cè)選擇其形狀變化的特性，而要設(shè)計(jì)抵消溫度影響的檢測(cè)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。2.2.信號(hào)選擇性信號(hào)選

19、擇性2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)17一個(gè)傳感器的輸入信號(hào)，除被測(cè)參數(shù)以外，還有一個(gè)傳感器的輸入信號(hào)，除被測(cè)參數(shù)以外，還有其他未知參數(shù)或干擾參數(shù)，因此，可視為多輸入單輸其他未知參數(shù)或干擾參數(shù)，因此，可視為多輸入單輸出系統(tǒng)。出系統(tǒng)。傳感器傳感器輸入量輸入量輸出量輸出量x1x2x3y3.2.3 3.2.3 檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析 為為減小和消除減小和消除這些多余信號(hào)，實(shí)際上常常采取一些特這些多余信號(hào)，實(shí)際上常常采取一些特殊結(jié)構(gòu)。殊結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有：補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、差分結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有：補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、差分結(jié)構(gòu)。2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)18設(shè)被檢測(cè)量為設(shè)被檢測(cè)量為

20、u u1 1，干擾量為，干擾量為u u2 2，傳感器傳感器A A為為測(cè)量用測(cè)量用傳感器，傳感器，同時(shí)受同時(shí)受u u1 1、u u2 2 的作用，在的作用，在u u1 1、u u2 2有微小變化的前后有微小變化的前后，輸出信號(hào)分別輸出信號(hào)分別為：為：y yA A=f=fA A( (u u1 1，u u2 2) ) y yA A=f=fA A( (u u1 1+ +u u1 1，u u2 2+ +u u2 2) )。 傳感器傳感器B B為為補(bǔ)償用補(bǔ)償用傳感器，受干擾量傳感器，受干擾量u u2 2及其微小變化的影及其微小變化的影響。在固定響。在固定u u1 1時(shí)，輸出分別為：時(shí)，輸出分別為： y y

21、B B=f=fB B( (u u1 1，u u2 2) ) y yB B=f=fB B( (u u1 1，u u2 2+ +u u2 2) )。1.1.補(bǔ)償補(bǔ)償(compensation)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 補(bǔ)償結(jié)構(gòu)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)是利用傳感器是利用傳感器B B的輸出結(jié)果，補(bǔ)償傳感器的輸出結(jié)果，補(bǔ)償傳感器A A中的干擾量作用，使檢測(cè)系統(tǒng)的輸出結(jié)果不受被測(cè)參數(shù)中的干擾量作用，使檢測(cè)系統(tǒng)的輸出結(jié)果不受被測(cè)參數(shù)以外的干擾參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇性。以外的干擾參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇性。補(bǔ)償結(jié)果輸補(bǔ)償結(jié)果輸出為出為: :y=yA- - yB =fA(u1+u1，u2+u2)- - fB(u1，u2+u2) 。 實(shí)例：電

22、阻應(yīng)變片的溫度誤差消除實(shí)例：電阻應(yīng)變片的溫度誤差消除懸臂梁使用兩個(gè)應(yīng)變片懸臂梁使用兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)變片應(yīng)變片收縮收縮R1上下應(yīng)變片的阻值變化相反上下應(yīng)變片的阻值變化相反伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)RB振動(dòng)振動(dòng)輸出輸出2輸出輸出1RRRB 21BttBBBtBBBtRRRRRRRRRRRRRRRR1111111合并電阻合并電阻2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)20 差分結(jié)構(gòu)可以看作是補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的特例，是排除干擾、選擇必要差分結(jié)構(gòu)可以看作是補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的特例，是排除干擾、選擇必要的測(cè)量參數(shù)的重要方法的測(cè)量參數(shù)的重要方法。 差動(dòng)結(jié)構(gòu)的兩傳感要素一般采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)的兩傳感要素一般采用空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式即：即：

23、2.2.差分差分(difference)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理工作原理: :互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象.EwEout2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)22補(bǔ)償結(jié)構(gòu)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)&差動(dòng)結(jié)構(gòu)差動(dòng)結(jié)構(gòu)ABA1122A122222AAA111221112(,)(,)12yyyfuu uufu uufffuuuuuuu u減小了干擾量減小了干擾量u2的影響的影響2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)23補(bǔ)償結(jié)構(gòu)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)&差動(dòng)結(jié)構(gòu)差動(dòng)結(jié)構(gòu)ABA1122A11222AA112112(,)(,)22yyyfuu uufuu uuffuuuuu u進(jìn)一步減小了干擾量進(jìn)一步減小了干擾量u2的影響，靈敏度提高的影響，靈敏度提

24、高1倍，倍，改善線性度、抑制共模干擾。改善線性度、抑制共模干擾。2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)24abbabSC00C線性關(guān)系靈敏度C1-C2C2C100 /00 (4-10) 差 動(dòng) 電 容 特 性12cck靈敏度靈敏度例：差動(dòng)法消除電容傳感器非線性誤差例：差動(dòng)法消除電容傳感器非線性誤差2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)25差動(dòng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)差動(dòng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 兩個(gè)空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)；兩個(gè)空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)； 測(cè)量參數(shù)反對(duì)稱作用；測(cè)量參數(shù)反對(duì)稱作用； 干擾或影響參數(shù)對(duì)稱作用。干擾或影響參數(shù)對(duì)稱作用。 處理方法：處理方法： 取兩結(jié)構(gòu)差值取兩結(jié)構(gòu)差值功能特點(diǎn)：功能特點(diǎn)： n

25、1 1、普通方式：小范圍測(cè)量；、普通方式：小范圍測(cè)量；n2 2、差動(dòng)式工作優(yōu)點(diǎn)；、差動(dòng)式工作優(yōu)點(diǎn)；n （1 1）使靈敏度擴(kuò)大一倍；）使靈敏度擴(kuò)大一倍；n （2 2）改善了線性；）改善了線性；C1-C2C2C100 /00 (4-10) 差 動(dòng) 電 容 特 性2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)26 利用檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇功能。主要利用檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇功能。主要是依據(jù)信號(hào)與噪聲在時(shí)域和頻域上的不同特性。這些方是依據(jù)信號(hào)與噪聲在時(shí)域和頻域上的不同特性。這些方法同樣是提高檢測(cè)精度，抗噪聲的基本方法。法同樣是提高檢測(cè)精度，抗噪聲的基本方法。時(shí)域信號(hào)選擇方法時(shí)域信號(hào)選擇方

26、法(1)(1)基于同步加算的去噪方法基于同步加算的去噪方法(2)(2)基于響應(yīng)速度的分離方法基于響應(yīng)速度的分離方法 頻域信號(hào)選擇方法頻域信號(hào)選擇方法(1)(1)濾波放大與調(diào)頻放大方法濾波放大與調(diào)頻放大方法(2)(2)陷波放大方法陷波放大方法(3)(3)鎖定放大方法鎖定放大方法 3.3 3.3 提高檢測(cè)精度的方法提高檢測(cè)精度的方法2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)273.3.13.3.1 時(shí)域信號(hào)選擇方法時(shí)域信號(hào)選擇方法（1 1）基于同步加算的去噪方法基于同步加算的去噪方法 信號(hào)一般都具有周期性，而噪聲是隨機(jī)變化的。如果信號(hào)一般都具有周期性，而噪聲是隨機(jī)變化的。如果進(jìn)行同步加算，即使埋沒(méi)

27、在噪聲中的微弱信號(hào)也能夠檢進(jìn)行同步加算，即使埋沒(méi)在噪聲中的微弱信號(hào)也能夠檢測(cè)出來(lái)。測(cè)出來(lái)。 如上圖所示，虛線表示信號(hào)波形。根據(jù)隨機(jī)誤差分如上圖所示，虛線表示信號(hào)波形。根據(jù)隨機(jī)誤差分析結(jié)果可知，當(dāng)加算次數(shù)為析結(jié)果可知，當(dāng)加算次數(shù)為N N時(shí)，信號(hào)成分變成時(shí)，信號(hào)成分變成N N倍，倍，而噪聲只有而噪聲只有 倍，信噪比倍，信噪比S/NS/N改善了改善了 倍。倍。NN2022-1-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)283.4 3.4 多元化檢測(cè)技術(shù)多元化檢測(cè)技術(shù)n多元化檢測(cè)多元化檢測(cè)是指高度智能化檢測(cè)，即運(yùn)用多個(gè)傳感器自是指高度智能化檢測(cè)，即運(yùn)用多個(gè)傳感器自身的形態(tài)和并行檢測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號(hào)處理以得到新的信息。身的形態(tài)和并行檢測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號(hào)處理以得到新的信息。 隨著智