模塊1——認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)

1、模塊模塊1 1 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) 主要內(nèi)容：?jiǎn)卧? 認(rèn)識(shí)傳感器單元2 認(rèn)識(shí)測(cè)量和誤差單元3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)與接口技術(shù)單元4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 所謂檢測(cè)就是人們借助于儀器、設(shè)備，利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，采用一定的方法，將客觀世界的有關(guān)信息通過檢查與測(cè)量獲取定性或定量信息的認(rèn)識(shí)過程。 例如，電視機(jī)、空調(diào)遙控器等使用的是紅外線傳感器；電冰箱、微波爐、空調(diào)機(jī)溫度控制所使用的是溫度傳感器；煤氣灶、燃?xì)鉄崴鲌?bào)警所使用的是氣體傳感器，等等。 檢測(cè)包含檢驗(yàn)與測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面，檢驗(yàn)往往是獲取定性信息，而測(cè)量則是獲取定量信息。這種在檢驗(yàn)和測(cè)量過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預(yù)而自動(dòng)

2、完成的技術(shù)叫做自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)。 【引導(dǎo)語】 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題引入】 日常生活中，人們總是要通過各種感覺器官來獲取外界的信息，從而決定做什么。人的眼、耳、鼻、舌和皮膚等“五官”分別具有視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺等五個(gè)功能，幫助人們獲取各種信息。 機(jī)器在代替人的勞動(dòng)時(shí)，需要獲取比人更多的信息，這就靠人們不斷發(fā)明的傳感器來代替人的感覺器官。有人把計(jì)算機(jī)比喻為人的大腦的延續(xù)，稱之為“電腦”；而把傳感器比喻為人的感覺器官的延續(xù)，稱之為“電五官”(視、聽、味、嗅、觸)。沒有“電五官”就不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，沒有自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)就不能有自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)診斷系統(tǒng)，就不能實(shí)現(xiàn)各種

3、設(shè)備的自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)管理和自動(dòng)可靠運(yùn)行。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題引入】 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 傳傳感感器器是是獲獲取取信信息息的的重重要要手手段段! !單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 1傳感器的定義 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成有用輸出電信號(hào)的器件或裝置。 傳感器通常由敏感元件、傳感元件和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成。2傳感器的作用 傳感器技術(shù)早已進(jìn)入了人們的日常生活當(dāng)中。例如，電冰箱中的溫度傳感器、監(jiān)視煤氣溢出的氣敏傳感器、防止火災(zāi)的煙霧傳感器、防盜用的光電傳感器等等。 在交通領(lǐng)域，汽車、火車和飛機(jī)等交通工具無不見到傳感器的影子。

4、一輛現(xiàn)代化汽車所用的傳感器就多達(dá)數(shù)十種，用以檢測(cè)車速、方位、轉(zhuǎn)矩、振動(dòng)、油壓、油量、溫度等；在國防科研中，檢測(cè)技術(shù)用得更多，許多尖端的檢測(cè)技術(shù)都是因國防工業(yè)需要而發(fā)展起來的。如研究飛機(jī)的強(qiáng)度，就要在機(jī)身、機(jī)翼上貼幾百片應(yīng)變片，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試。 其他如工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控、氣象、航空航天、軍事等方面，傳感器也應(yīng)用廣泛。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 溫度傳感器透光率傳感器指紋傳感器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 日常日常生活生活溫濕度傳感器自動(dòng)水龍頭單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 日常日常生活生活自動(dòng)門單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器

5、 【問題分析】 日常日常生活生活檢測(cè)容器內(nèi)的液位 檢查軸承/滾珠是否脫漏 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)流量檢測(cè)位置檢測(cè)單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)汽車出廠檢驗(yàn)：測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn) 在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。 攤鋪機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】

6、工程工程建設(shè)建設(shè)雨量傳感器煙霧傳感器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 氣象、環(huán)氣象、環(huán)境、災(zāi)害境、災(zāi)害監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)二氧化碳傳感器土壤濕度傳感器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 氣象、環(huán)氣象、環(huán)境、災(zāi)害境、災(zāi)害監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)空氣濕度傳感器光照度傳感器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 氣象、環(huán)氣象、環(huán)境、災(zāi)害境、災(zāi)害監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)風(fēng)力參數(shù)傳感器地震檢波器磁、氣、力敏傳感器超聲傳感器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 氣象、環(huán)氣象、環(huán)境、災(zāi)害境、災(zāi)害監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)GPS定位導(dǎo)航單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 交通交通超聲波測(cè)速單元單

7、元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 交通交通設(shè)施農(nóng)業(yè)單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)魚群監(jiān)測(cè)儀單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)B型超聲波檢測(cè)儀醫(yī)用內(nèi)窺鏡單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 醫(yī)療醫(yī)療衛(wèi)生衛(wèi)生心電圖儀 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 醫(yī)療醫(yī)療衛(wèi)生衛(wèi)生核磁共振 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 醫(yī)療醫(yī)療衛(wèi)生衛(wèi)生視頻：核磁共振一視頻：核磁共振二激光制導(dǎo)導(dǎo)彈單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 軍事軍事步槍紅外狙擊瞄準(zhǔn)儀單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器

8、 【問題分析】 軍事軍事無人偵察機(jī)、攻擊機(jī)單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 軍事軍事火箭測(cè)控檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡 飛行器測(cè)控檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況， 控制與操縱 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 航空航空航天航天火箭航天飛行器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 航空航空航天航天 3傳感器的主要功能和特點(diǎn) （1）傳感器的主要功能 常將傳感器的功能與人類五大感覺器官相比擬，傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了視覺（光敏傳感器）、聽覺（聲敏傳感器）、觸覺（壓敏、溫敏傳感器）、味覺（氣敏傳感器）和嗅覺（化學(xué)、生物傳感器）等感官。 傳感器的主要功能按

9、照感知原理進(jìn)行分類為： 物理類 基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。 化學(xué)類 基于化學(xué)反應(yīng)原理的傳感器。 生物類 基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類 。（2）傳感器的主要特點(diǎn) 傳感器的主要特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，已成功應(yīng)用

10、在硅器件上做成硅壓力傳感器。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【問題分析】 按工作原理劃分 參量傳感器 發(fā)電傳感器 特殊傳感器 電阻式傳感器 電感式傳感器 電容式傳感器等 熱電偶傳感器 壓電式傳感器 霍爾式傳感器等超聲波探頭 激光檢測(cè)等 1. 傳感器的主要分類單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 按被測(cè)量性質(zhì)分機(jī)械量傳感器 熱工量傳感器 成分量傳感器 狀態(tài)量傳感器 探傷傳感器等 如：力傳感器、 長(zhǎng)度傳感器等如：溫度傳感器、 壓力傳感器等如：氣敏傳感器等如：各種接近開關(guān) 如：超聲波探頭 CT探測(cè)器等 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 按輸出量種類來分 模擬傳感

11、器 數(shù)字傳感器 按傳感器結(jié)構(gòu)來分 直接傳感器 補(bǔ)償傳感器 差動(dòng)傳感器單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 2. 傳感器的基本特性（1） 精度 精度分為準(zhǔn)確度和精密度（a）準(zhǔn)確度高而精密度低（b）準(zhǔn)確度低而精密度高（c）精確度高單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 （2）穩(wěn)定性 傳感器的穩(wěn)定性有兩個(gè)指標(biāo)，一是系統(tǒng)指示值在一段時(shí)間中的變化，以穩(wěn)定度表示；二是系統(tǒng)外部環(huán)境和工作條件變化引起指示值的不穩(wěn)定，用環(huán)境影響系數(shù)表示。 則穩(wěn)定度為1.3mV/h。 【例1】某儀表電壓指示值每小時(shí)變化1.3mV則環(huán)境影響系數(shù)表達(dá)為0.02mA/（V 10%）【例2】某儀表由于電源電壓變

12、化10%而引起指示值變化0.02mA。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 （3）可靠性（4）輸入輸出特性動(dòng)態(tài)特性靜態(tài)特性線性度靈敏度遲滯分辨率 可靠度是表征傳感器可靠性最基本的尺度，它是衡量傳感器能夠正常工作并完成其功能的程度 。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 線性度 傳感器輸出輸入的實(shí)際特性曲線和擬合直線之間的最大偏差與輸出量程范圍之比。%100minmaxmaxyyLL線性度概念動(dòng)畫演示線性度表達(dá)式為單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 靈敏度 傳感器在穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值 xydxdyK遲滯 傳感器的正向特性與反向

13、特性的不一致程度。分辨率與分辨力 【例3】一光柵傳感器，測(cè)量長(zhǎng)度10mm，最小測(cè)量距離0.1um則分辨率為0.1，分辨力 為0.1um單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 漂移 漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。閾值 當(dāng)傳感器的輸入從零值開始緩慢增加時(shí)，在達(dá)到某一值后輸出發(fā)生可觀測(cè)的變化，這個(gè)輸入值稱傳感器的閾值電壓。（5）動(dòng)態(tài)輸入輸出特性 是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出隨輸入變化時(shí)輸入輸出特性。動(dòng)態(tài)輸入輸出特性是傳感器的重要特性之一。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感

14、器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 3對(duì)傳感器的要求 對(duì)傳感器的具體要求因使用條件不同而異，主要從基本特性、使用性能、方便程度等方面提出要求，一般有以下十個(gè)方面：輸入與輸出成比例，并且輸出信號(hào)大；滯環(huán)和非線性誤差小；要有一定的靈敏度和精確度；特性曲線的穩(wěn)定性和重復(fù)性較好；具有較好的動(dòng)態(tài)特性；具有一定的抗干擾能力；內(nèi)部噪聲小，反應(yīng)速度快；小型、量輕、動(dòng)作能量??；使用壽命長(zhǎng)價(jià)格便宜；易使用、維修和校準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境要求不高。 總之，要求傳感器特性好、性能優(yōu)、使用方便易維修；體積小、重量輕、價(jià)格便宜壽命長(zhǎng)。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【知識(shí)鏈接】 【案例1】液位自動(dòng)控制器 液體中放置著兩個(gè)電容式傳感器。

15、當(dāng)液體即將接觸高液位或低液位傳感器的感應(yīng)面時(shí)，該傳感器就會(huì)發(fā)出信號(hào)到控制處理器，然后按照一定的程序斷開或閉合接觸器K，通過接觸器K的主觸點(diǎn)關(guān)閉或者啟動(dòng)水泵電動(dòng)機(jī)M，這樣液體儲(chǔ)量就可以控制在需要的范圍內(nèi)不用人去控制，整個(gè)系統(tǒng)能一直在自動(dòng)控制的狀態(tài)，大大改善了工作環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【應(yīng)用案例】 【案例1】液位自動(dòng)控制器液位自動(dòng)控制工作原理圖單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【應(yīng)用案例】 單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【應(yīng)用案例】 【案例2】汽車電子防盜系統(tǒng) 汽車防盜報(bào)警裝置的基本構(gòu)思是，“當(dāng)利用非正常的手續(xù)侵入車廂，進(jìn)行車輛移動(dòng)時(shí)，能立即進(jìn)行檢

16、測(cè)、報(bào)警并阻止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和行駛”。最近，增加正常操作手續(xù)，追加驗(yàn)明身份的鑒定功能，當(dāng)與驗(yàn)明身份不相符合時(shí)，會(huì)禁止操縱控制發(fā)動(dòng)機(jī)。這種以提高自主行駛功能為目的的裝置簡(jiǎn)稱“阻行器”（Immobiliser）已開始普及。 鍵開關(guān)方式阻行器 防盜裝置的功能構(gòu)成圖單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【應(yīng)用案例】 【案例2】汽車電子防盜系統(tǒng)【案例案例2】汽車電子防盜系統(tǒng)汽車電子防盜系統(tǒng)防盜裝置在車輛上布置圖單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【應(yīng)用案例】 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】 防盜報(bào)警器的搭建和調(diào)試1項(xiàng)目要求 （1）認(rèn)識(shí)防盜報(bào)警器的作用，熟悉防盜報(bào)警器的工作原理。 （2）會(huì)根據(jù)設(shè)備要求通過網(wǎng)絡(luò)或電子市

17、場(chǎng)購買相關(guān)傳感器及有源蜂鳴器。 （3）根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和操作步驟搭建簡(jiǎn)單的防盜報(bào)警器，并且能夠熟練調(diào)試紅外反射傳感器的探測(cè)靈敏度。2設(shè)備與工具 紅外反射傳感器模塊1個(gè)，5V有源蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊報(bào)警器1個(gè)，5V電源1個(gè)，杜邦導(dǎo)線、排針、焊錫若干，一字儀表起子、電烙鐵各1把。單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】3傳感模塊及報(bào)警模塊紅外反射傳感器模塊有源蜂鳴器外形圖單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 4操作步驟 （1）將3根排針用導(dǎo)線和電烙鐵焊在一起，一共制作2個(gè)，用來作為電源正、負(fù)極的杜邦導(dǎo)線公共接頭。 （2）將5V直流電源正、負(fù)極用杜邦導(dǎo)線通過公共接頭，分別連接到紅外反射傳感器

18、和有源蜂鳴器的正、負(fù)極。 （3）將紅外反射傳感器的OUT端口用杜邦導(dǎo)線與有源蜂鳴器的I/O端口連接。 （4）有手接近紅外反射傳感器的紅外光反射和接受窗口，聽聽蜂鳴器是否發(fā)出聲音。 （5）用一字儀表起子調(diào)節(jié)紅外反射傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，觀察手與紅外反射傳感器的感應(yīng)距離是否發(fā)生變化。防盜報(bào)警器原理框圖5V直流電源紅外反射傳感器有源蜂鳴器人體I/OOUT端【實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)踐項(xiàng)目】單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 1選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的條件 由于傳感器技術(shù)的研制和發(fā)展非常迅速，各種各樣的傳感器應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)選用傳感器帶來了很大的靈活性。眾所周知，對(duì)于同種被測(cè)物理量，可以用各種不同的傳感器測(cè)量，為了選擇

19、適合于測(cè)定目的的傳感器，有必要討論傳感器的正確選擇。雖然，傳感器選擇時(shí)應(yīng)考慮的事項(xiàng)很多，但主要應(yīng)根據(jù)傳感器實(shí)現(xiàn)使用的目的、指標(biāo)、環(huán)境條件和成本等限制條件，從不同的側(cè)重點(diǎn)，優(yōu)先考慮幾個(gè)重要的條件。2傳感器的選型原則 選擇傳感器總的原則是：在滿足對(duì)傳感器所有技術(shù)要求情況下，成本低廉、工作可靠和容易維修，即所謂性能價(jià)格比要大。 【拓展提高拓展提高】單元單元1 1 認(rèn)識(shí)傳感器認(rèn)識(shí)傳感器 人們?cè)谏a(chǎn)、生活、科學(xué)研究中要對(duì)事物的質(zhì)和量進(jìn)行分析、比較和判斷，這樣就必然要涉及相關(guān)參數(shù)的測(cè)量。測(cè)量誤差的存在不可避免。 例如，GPS 測(cè)量是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來的信息，計(jì)算同一時(shí)刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之

20、間的偽距離，采用空間距離后方交會(huì)方法，來確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此，對(duì)于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)傳播過程和地面接收設(shè)備都會(huì)對(duì)GPS 測(cè)量產(chǎn)生誤差。主要誤差來源可分為:與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差;與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差;與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。 【問題引入問題引入】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 通過誤差理論分析，可在數(shù)據(jù)處理時(shí)加以修正，以提高GPS定位精度，用于定位及導(dǎo)航。 【問題引入問題引入】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差GPS定位、導(dǎo)航示意圖 所謂測(cè)量誤差，即測(cè)量結(jié)果輸出值與理論輸出值的差值。因此要求在設(shè)計(jì)和制造傳感器與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，允許有誤差，但必須在規(guī)定誤差的指標(biāo)之內(nèi)

21、。為了使其能滿足一定的精度要求，需要掌握誤差的種類及分析產(chǎn)生誤差的原因，克服與減少誤差的方法。 【問題分析問題分析】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差刀刃干涉切削等產(chǎn)生的加工誤差 1、測(cè)量相關(guān)名詞 （1）真值 每一個(gè)物理量都是客觀存在，在一定的條件下具有不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀大小，人們將它稱為該物理量的真值。 （2）約定真值 由于真值往往是未知的，所以一般用基準(zhǔn)器的量值來代替真值，這就叫做約定真值。 （3）實(shí)際值 當(dāng)測(cè)量次數(shù)為無限多時(shí)，測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值接近于真值，可將它視為被測(cè)量的真值。為了強(qiáng)調(diào)它并非是真正的“真值”，故把它稱為實(shí)際值。 （4）標(biāo)稱值（示值） 由測(cè)量器具讀數(shù)裝置

22、所指示出來的被測(cè)量的數(shù)值。 （5）測(cè)量誤差 用器具進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所測(cè)量出來的數(shù)值與被測(cè)量的實(shí)際值之間的差值?！締栴}分析問題分析】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 2、誤差的分類按表示方法劃分 按誤差出現(xiàn)的規(guī)律劃分 絕對(duì)誤差 相對(duì)誤差 系統(tǒng)誤差 隨機(jī)誤差 粗大誤差 實(shí)際相對(duì)誤差 標(biāo)稱相對(duì)誤差 滿度相對(duì)誤差 【問題分析問題分析】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 按被測(cè)量隨時(shí)間變化的速度劃分 按使用條件劃分 靜態(tài)誤差 動(dòng)態(tài)誤差 基本誤差 附加誤差 【問題分析問題分析】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 2、誤差的分類1、誤差的來源 測(cè)量工作是在一定條件下進(jìn)行的，外界環(huán)

23、境、儀器本身構(gòu)造的不完善、對(duì)測(cè)量方法研究不夠以及測(cè)量人員的技術(shù)水平和素質(zhì)等原因，都可能導(dǎo)致測(cè)量誤差的產(chǎn)生。測(cè)量誤差主要來自以下四個(gè)方面： 外界條件：如觀測(cè)環(huán)境中氣溫、氣壓、空氣濕度和清晰度、風(fēng)力以及大氣折光等因素的不斷變化等導(dǎo)致的誤差。 儀器條件：儀器在加工和裝配等工藝過程中，不能保證儀器的結(jié)構(gòu)能夠滿足各種幾何關(guān)系，必然會(huì)給測(cè)量帶來誤差。 測(cè)量方法：理論公式的近似限制或測(cè)量方法的不完善。 自身?xiàng)l件：由于觀測(cè)者感官鑒別能力所限以及技術(shù)熟練程度不同，也會(huì)在儀器對(duì)中、整平和瞄準(zhǔn)等方面產(chǎn)生誤差?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 2、誤差的影響 除了被測(cè)的物理量以外，凡是

24、對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的量，即測(cè)量系統(tǒng)輸入信號(hào)中的非信息性參量，都稱為影響量。電子測(cè)量中的影響量較多而且復(fù)雜，影響常不可忽略。環(huán)境溫度和濕度、電源電壓的起伏和電磁干擾等，是外界影響量的典型例子。 3、誤差的處理（1）系統(tǒng)誤差的處理 在測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行修正 對(duì)于已知的恒指系統(tǒng)誤差，可以用修正值對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正；對(duì)于變值系統(tǒng)誤差，設(shè)法找出誤差的變化規(guī)律，用修正公式或修正曲線對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正；對(duì)于未知系統(tǒng)誤差，則按隨機(jī)誤差進(jìn)行處理?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 消除系統(tǒng)誤差的根源 在測(cè)量之前，仔細(xì)檢查儀表，正確調(diào)整和安裝；防止外界干擾；選好觀測(cè)位置消除視差；選擇環(huán)境條

25、件比較穩(wěn)定時(shí)讀數(shù)等。 在測(cè)量系統(tǒng)中采用補(bǔ)償措施 找出系統(tǒng)誤差規(guī)律在測(cè)量過程中自動(dòng)消除系統(tǒng)誤差。 實(shí)時(shí)反饋修正 在測(cè)量過程中，用傳感器將這些誤差因素的變化，轉(zhuǎn)換成某種物理量形式（一般為電量），及時(shí)按照其函數(shù)關(guān)系，通過計(jì)算機(jī)算出影響測(cè)量結(jié)果的誤差值，并對(duì)測(cè)量結(jié)果作實(shí)時(shí)的自動(dòng)修正。（2）隨機(jī)誤差的處理 隨機(jī)誤差處理的基本方法是概率統(tǒng)計(jì)方法。一般減小隨機(jī)誤差的方法為選用精密的測(cè)量?jī)x器和多次測(cè)量取平均值等。【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 （3）粗大誤差的處理 產(chǎn)生粗大誤差的主要原因?yàn)椋嚎陀^原因是電壓突變、機(jī)械沖擊、外界震動(dòng)、電磁（靜電）干擾、儀器故障等引起了測(cè)試儀器的測(cè)

26、量值異?；虮粶y(cè)物品的位置相對(duì)移動(dòng)，從而產(chǎn)生了粗大誤差；主觀原因是使用了有缺陷的量具，操作時(shí)疏忽大意，讀數(shù)、記錄、計(jì)算的錯(cuò)誤等；環(huán)境條件的反常突變因素也是產(chǎn)生這些誤差的原因。 粗大誤差具有偶然性、突變性和異常性的數(shù)字特征。粗大誤差不具有抵償性，不能被徹底消除，只能在一定程度上減弱。它是異常值，嚴(yán)重歪曲了實(shí)際情況，所以在處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)將其剔除，否則將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、平均差產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，一般的剔除方法可依據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則或格拉布斯準(zhǔn)則進(jìn)行?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 %875. 1%10080%5 . 0300%10011mmxA%25. 1%10080%0 . 1100

27、%10022mmxA12xx可見 用1.0級(jí)儀表測(cè)量時(shí)，最大標(biāo)稱相對(duì)誤差為：【案例1】不同量程和精度等級(jí)儀表的比較選用 今有0.5級(jí)的0 300 和1.0級(jí)的0100 兩個(gè)溫度計(jì)，要測(cè)80 的溫度，試問采用哪一個(gè)溫度計(jì)好？分析：用0.5級(jí)儀表測(cè)量時(shí)，最大標(biāo)稱相對(duì)誤差為： 顯然本例中用1.0級(jí)儀表比用0.5級(jí)儀表更合適。因此在選用傳感器儀表時(shí)應(yīng)兼顧精度等級(jí)和量程，通常希望在儀表滿度值的2/3以上。 【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 【案例2】?jī)x表實(shí)際測(cè)量誤差的估算 案例1中1.0級(jí)溫度儀表最大標(biāo)稱相對(duì)誤差為1.25，若電源電壓變化為10時(shí)產(chǎn)生的附加誤差0.5，試估

28、算實(shí)際測(cè)量誤差。 分析：按最壞的情況考慮，每次誤差都達(dá)到技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的極限值，即： 基本誤差x11.25；附加誤差x20.5 若兩項(xiàng)誤差按相同的符號(hào)同時(shí)達(dá)到上述極限值，則應(yīng)把上述誤差相加，得： x=x1+x2=(1.25+0.5)= 1.75【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 【案例2】?jī)x表實(shí)際測(cè)量誤差的估算 計(jì)算結(jié)果和實(shí)際校驗(yàn)情況顯然不符。這是因?yàn)楦黜?xiàng)誤差不可能同時(shí)按相同的符號(hào)出現(xiàn)最大值，有的甚至互相抵消。實(shí)踐證明，考慮附加誤差的影響時(shí)按概率統(tǒng)計(jì)的方法將得到比較切合實(shí)際的結(jié)果，即求得各項(xiàng)誤差的均方根值來估算測(cè)量誤差： 這樣處理的結(jié)果比較符合實(shí)際情況。測(cè)量誤差x=

29、1.35也就代表了測(cè)量精度。%35. 1%5 . 0%25. 1222xix【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】單元單元2 2 認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差認(rèn)識(shí)測(cè)量與誤差 在傳感器感知的物理量轉(zhuǎn)化為電量后，需要有這樣一個(gè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)地按照一定的程序選擇測(cè)量對(duì)象，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，最后將結(jié)果顯示或記錄下來，這就是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)?！締栴}引入問題引入】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 表面貼裝器件平整度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 1、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成 在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分常常以信息流的過程來劃分，它包括信息的獲得、信息的轉(zhuǎn)換、信息的顯示和信息的處理。 傳感器轉(zhuǎn)換處理電路顯示與記

30、錄裝置數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 被測(cè)量【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成2、自動(dòng)檢測(cè)的接口技術(shù) 在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中傳感器與計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示和打印等進(jìn)行的有效連接稱為“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”的接口技術(shù)，或稱為輸入/輸出接口技術(shù)。 這種含有微型計(jì)算機(jī)或者微型處理器、擁有對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)運(yùn)算邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”通常稱為智能儀器。 在用計(jì)算機(jī)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和控制時(shí)，必須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后計(jì)算機(jī)才能按一定的處理要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路系統(tǒng)稱為數(shù)

31、據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中最重要的器件便是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器，也稱ADC）。 【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型構(gòu)成【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 2、自動(dòng)檢測(cè)的接口技術(shù) （1）信號(hào)調(diào)理電路 把信號(hào)調(diào)整到符合A/D轉(zhuǎn)換器工作所需要的數(shù)值（如放大、衰減、偏移等）； 濾除信號(hào)中不需要的成分； 把信號(hào)調(diào)整到進(jìn)一步處理的需要，如線性修正電路、改善信噪比的“相加平均”電路等?！締栴}分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 作

32、用：讓許多獨(dú)立的模擬信號(hào)共享采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換等器件。（2）多路模擬開關(guān)【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 采樣保持波形 采樣保持原理 【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) （3）采樣/保持電路（S/H電路） A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。提高系統(tǒng)的測(cè)量速度，采樣時(shí)間越短越好；有良好的轉(zhuǎn)換精度，保持時(shí)間越長(zhǎng)越好。 常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近型和雙斜積分型。A/D轉(zhuǎn)換過程包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。 （4）A/D轉(zhuǎn)換器接口電路的功能： 實(shí)現(xiàn)邏輯電平、驅(qū)動(dòng)能力的匹配等。（5）接

33、口電路及控制邏輯 控制邏輯的功能： 實(shí)現(xiàn)時(shí)序要求上的匹配。 【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) Log2580系列現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率100kHz，16bit分辨率 輸入通道：16單端/8差分模擬信號(hào)，可擴(kuò)至256通道14個(gè)可編程輸入量程，最大可到20V 可直接測(cè)試各種傳感器信號(hào) 24路通用數(shù)字I/O，16路專用數(shù)字輸入，可擴(kuò)至208通道 性能參數(shù)： 【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) Personal Daqs USB 接口數(shù)據(jù)采集器CBook2000系列高精度便攜數(shù)據(jù)采集

34、器【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 【問題分析問題分析】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 1、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的功能、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的功能（1）變換功能（2）選擇功能選擇有用輸入信號(hào)抑制其它一切無用影響因素) (21muuuxfy，)(xfy 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) （3）比較功能 （4）顯示功能模擬式儀表，比較過程由測(cè)量者在讀數(shù)時(shí)執(zhí)行數(shù)字儀表，標(biāo)準(zhǔn)量比較，然后變換成數(shù)碼指針的轉(zhuǎn)角圖像顯示數(shù)字值及符合文字記錄筆的位移1、自動(dòng)

35、檢測(cè)系統(tǒng)的功能【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 2、傳感器信號(hào)的預(yù)處理（1）傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn) 傳感器的輸出形式多種多樣，有開關(guān)信號(hào)型、模擬信號(hào)型（有電壓型、電流型和阻抗型等）、數(shù)字信號(hào)型等。 傳感器的輸出信號(hào)一般比較微弱。 傳感器的輸出阻抗都比較高，這樣使傳感器信號(hào)輸入到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)衰減。 傳感器的動(dòng)態(tài)范圍很寬。 傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系有時(shí)不是線性關(guān)系。 傳感器的輸出量會(huì)受溫度的影響。【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) （2）傳感器信號(hào)的預(yù)處理方法 阻抗變換

36、電路 在傳感器輸出為高阻抗的情況下，變換為低阻抗，以便于檢測(cè)電路準(zhǔn)確地拾取傳感器的輸出信號(hào)。 放大電路 將傳感器輸出的微弱信號(hào)放大。 電流電壓轉(zhuǎn)換電路 將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出。 頻率電壓轉(zhuǎn)換電路 實(shí)現(xiàn)頻率信號(hào)至電流或電壓轉(zhuǎn)換。 電橋電路 把傳感器的電阻、電感和電容值轉(zhuǎn)換為電流或電壓值。 電荷放大器 將電場(chǎng)型傳感器輸出的電荷量轉(zhuǎn)換為電壓值?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) （2）傳感器信號(hào)的預(yù)處理方法 交直流轉(zhuǎn)換電路 在傳感器為交流輸出的情況下，轉(zhuǎn)換為直流輸出。 濾波電路 通過低通及帶通濾波器消除傳感器的噪聲成分。 非線性校正電路 傳感器

37、的特性是非線性時(shí)，進(jìn)行非線性校正。 對(duì)數(shù)壓縮電路 當(dāng)傳感器輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較寬時(shí)，用對(duì)數(shù)電路進(jìn)行壓縮?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 3、智能儀器的特點(diǎn)（1）改善了性能 數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、線性化（2）增加了功能 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、軟件放大、倍頻和細(xì)分 （3）提高了自動(dòng)化程度 可實(shí)現(xiàn)誤差自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)化操作、越限自動(dòng)報(bào)警和故障自動(dòng)診斷、自動(dòng)巡回檢測(cè)、自動(dòng)變量程檢測(cè) 智能儀器的出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢(shì)，迅速地在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單

38、元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 集成溫度傳感器【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 成本低小型化改善性能提高可靠性增加接口靈活性 ST的LIS202DL傳感器 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 德國Lepton超精密激光厚度集成傳感器【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 二維自適應(yīng)圖像智能傳感器 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 三維多功能單片智

39、能傳感器 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 電針式生物醫(yī)學(xué)傳感器 毫米波分光計(jì) 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) ABS 的防側(cè)翻穩(wěn)定控制系統(tǒng) (RSC) ABS -ECU 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) ABS 的防側(cè)翻穩(wěn)定控制系統(tǒng) (RSC) 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 智能視覺傳感器 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系

40、統(tǒng)與接口技術(shù) 【案例1】大米光電分選機(jī) 工作原理：大米及雜質(zhì)等在一定光源照射下，發(fā)出不同的光信號(hào)，這種不同的光信號(hào)經(jīng)過光電傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大及信號(hào)處理后，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)電磁閥，噴出不同大小的氣流，將雜質(zhì)及變質(zhì)大米吹掉，使優(yōu)良大米流入合格米柜內(nèi)，從而完成大米的分選工作。大米光電分選機(jī)的工作原理【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 【案例2】自動(dòng)磨削控制系統(tǒng) 傳感器快速檢測(cè)出工件的直徑參數(shù)D，計(jì)算機(jī)一方面對(duì)該參數(shù)作一系列的運(yùn)算、比較、判斷等工作，然后將有關(guān)參數(shù)送到顯示器顯示出來，另一方面發(fā)出控制信號(hào)，控制研磨盤的徑向位移x，直到工件加工

41、到規(guī)定要求為止。很顯然，該系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)和控制的閉環(huán)系統(tǒng)。 自動(dòng)磨削控制系統(tǒng)1傳感器；2被研磨工件；3研磨盤【應(yīng)用案例應(yīng)用案例】單元單元3 3 認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù)認(rèn)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)與接口技術(shù) 將傳感器測(cè)量技術(shù)和單片機(jī)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合構(gòu)成了智能儀器，它由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等三大部分組成，并且分別由傳感器、I/O接口電路、單片機(jī)系統(tǒng)和顯示器組成的硬件系統(tǒng)以及單片機(jī)編程軟件構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)目標(biāo)明確的、不易更改的儀器。 可以用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)（PC）與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集硬件連接，采用軟件編程完成相關(guān)測(cè)控對(duì)象的運(yùn)算、處理和輸出控制，并且用計(jì)算機(jī)顯示屏來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的各種數(shù)據(jù)和圖像等顯示裝置。這

42、種使用同一個(gè)硬件系統(tǒng)，只要應(yīng)用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同的測(cè)量?jī)x器稱為虛擬儀器。 【問題引入問題引入】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 1、虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)概述 虛擬儀器是指在通用計(jì)算機(jī)上由用戶設(shè)計(jì)定義，利用計(jì)算機(jī)顯示器（CRT）的現(xiàn)實(shí)功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以完成信號(hào)的采集、測(cè)量、運(yùn)算、分析、處理等功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)相比，虛擬儀器具有如下特點(diǎn):軟件是系統(tǒng)的關(guān)鍵，強(qiáng)調(diào)“軟件即儀器”的新概念。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I/O部件來構(gòu)建虛擬儀器。I/O部件可以是獨(dú)立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板（DAQ）或傳感器。功能由用戶自己

43、定義，用戶可以方便地自己設(shè)計(jì)、修改測(cè)試方案，構(gòu)成各種專用儀器?！締栴}分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 1、虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)概述基于計(jì)算機(jī)的開放系統(tǒng)，可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他設(shè)備連接，信號(hào)的分析、實(shí)現(xiàn)、存儲(chǔ)、打印和其他管理均由計(jì)算機(jī)完成，打破了傳統(tǒng)儀器小而全的現(xiàn)狀。系統(tǒng)功能、規(guī)?？赏ㄟ^軟件修改、增減，簡(jiǎn)單靈活。價(jià)格低廉，可重復(fù)使用。技術(shù)更新快，開發(fā)周期短。采用軟件結(jié)構(gòu)、功能化模塊，由于軟件復(fù)制簡(jiǎn)單，大大節(jié)省了硬件開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。面向總線接口控制，用戶通過軟件工具組建各種智能檢測(cè)系統(tǒng)。 【問題分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)

44、技術(shù) 1、虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)概述軟件即儀器【問題分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器1、虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)概述 與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器最大的特點(diǎn)是其功能由軟件定義，可以由用戶根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行調(diào)整，用戶選擇不同的應(yīng)用軟件就可以形成不同的虛擬儀器。-儀器定義和功能的轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)儀器:廠商定義虛擬儀器:用戶定義PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD

45、/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature【問題分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 2、虛擬儀器的構(gòu)成圖像采集(DSP)插入式DAQ卡GP-IB儀器卡VXI儀器卡串行口儀器卡現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備采集處理測(cè)控對(duì)象信號(hào)處理數(shù)字濾波線性化頻譜分析統(tǒng)計(jì)分析圖形用戶接口文件I / O數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示硬復(fù)制網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)分析結(jié)果表達(dá)【問題分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)

46、2、虛擬儀器的構(gòu)成【問題分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 3、虛擬儀器系統(tǒng)的發(fā)展過程（1）GPIBVXIPXI總線方式（適合大型高精度集成系統(tǒng)）GPIB 于1978年問世，VXI于1987年問世，PXI于1997年問世。（2）PC插卡并口式串口USB方式（適合于普及型的 廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景）PC插卡式于80年代初問世，并行口方式于1995年問世，串口USB方式于1999年問世。 綜上所述，虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素。計(jì)算機(jī)是載體；軟件是核心；高質(zhì)量的A/D采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵?！締栴}分析問題分析】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)

47、識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 1、虛擬儀器的分類（1）PCI總線插卡型虛擬儀器（2）并行口式虛擬儀器（3）GPIB總線方式的虛擬儀器（4）VXI總線方式虛擬儀器（5）PXI總線方式虛擬儀器 PC IGPIBPXIVXI DB-25標(biāo)準(zhǔn)連接器標(biāo)準(zhǔn)連接器【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 常用虛擬儀器板卡DAQ CardIMAQ CardMotion Control Card【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 虛擬儀器軟件模塊 為簡(jiǎn)化硬件板卡編程和控制，提高代碼復(fù)用程序。NI和Agilent已標(biāo)準(zhǔn)化了數(shù)百種常用儀器、板卡的驅(qū)

48、動(dòng)，屏蔽了直接控制這些硬件的復(fù)雜性，它們已成為虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)的有機(jī)組成部分，開發(fā)時(shí)可直接復(fù)用這些硬件驅(qū)動(dòng)代碼。并出臺(tái)了可互換虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。 用戶界面用戶界面軟件驅(qū)動(dòng)軟件驅(qū)動(dòng)【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 應(yīng)用軟件基于虛擬儀器技術(shù)的示波器 【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 常用的虛擬儀器軟件平臺(tái)可視化工程環(huán)境可視化工程環(huán)境 Agilent VEE多功能組態(tài)軟件多功能組態(tài)軟件DASYLab數(shù)字成像數(shù)字成像DirectView生產(chǎn)過程控制生產(chǎn)過程控制ProcessControl虛擬實(shí)驗(yàn)室虛

49、擬實(shí)驗(yàn)室LabView【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 2、虛擬儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)費(fèi)用費(fèi)用性能性能 性能高 開發(fā)周期短，低費(fèi)用 靈活，無縫集成 用戶定義， 可再用性 可重新配置，擴(kuò)展性強(qiáng)【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 2、虛擬儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 3、虛擬儀器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。目前虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)普遍被應(yīng)用于測(cè)試行業(yè)，自動(dòng)化、石油鉆探和提煉、生產(chǎn)中的機(jī)

50、器控制等領(lǐng)域。 高性能、低成本的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)和發(fā)展，也推動(dòng)了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展。 虛擬儀器技術(shù)的擴(kuò)展功能越來越強(qiáng)大，能夠在PC上開發(fā)測(cè)試程序，在嵌入式處理器和FPGA上設(shè)計(jì)硬件等。這些為用戶設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，定義硬件功能等提供了一個(gè)獨(dú)立環(huán)境。因此虛擬儀器以其眾多優(yōu)勢(shì)逐漸取代傳統(tǒng)儀器發(fā)揮著重要作用，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣泛?！局R(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 3、虛擬儀器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀【知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接】單元單元4 4 認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)認(rèn)識(shí)虛擬儀器檢測(cè)技術(shù) 虛擬經(jīng)紗張力測(cè)試儀 工作原理：當(dāng)經(jīng)紗穿過軸時(shí)，經(jīng)紗對(duì)兩側(cè)傳力桿有壓力，通過傳力桿將壓力傳給彈性梁，使之產(chǎn)生應(yīng)變，利用應(yīng)變片將其應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻的變化，然后再通過轉(zhuǎn)化電路將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，測(cè)量出電壓值，根據(jù)傳感器的標(biāo)定就可求出相應(yīng)的經(jīng)紗張力。 經(jīng)紗張力傳感器原理簡(jiǎn)圖滾動(dòng)軸經(jīng)紗