檢測(cè)系統(tǒng)的特征與性能指標(biāo)

檢測(cè)系統(tǒng)的特征與性能指標(biāo)第1頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.1檢測(cè)技術(shù)概論1.1.1檢測(cè)技術(shù)的定義：檢測(cè)就是利用各種物理、化學(xué)、生物等效應(yīng)。選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等等各方面的有關(guān)信息通過檢查與測(cè)量的方法賦予定性和定量結(jié)果的過程。第2頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2檢測(cè)技術(shù)的作用：·

儀器儀表是科學(xué)研究和工業(yè)技術(shù)的“耳目”。我國(guó)著名科學(xué)家、光學(xué)儀器和測(cè)試技術(shù)的老前輩、兩院院士王大珩先生強(qiáng)調(diào)，“儀器儀表是人們認(rèn)識(shí)世界的工具?！睕]有這個(gè)工具我們就無(wú)法去探索自然界新的奧秘。在近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在諾貝爾物理學(xué)和化學(xué)獎(jiǎng)中大約有1/4是屬于在測(cè)試方法和測(cè)量?jī)x器上有所發(fā)明、有所創(chuàng)新而獲獎(jiǎng)的?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，科研工作是要對(duì)未知進(jìn)行探索，則必然要借助實(shí)驗(yàn)方法和儀器設(shè)備，往往科研的創(chuàng)新工作都是從研究新的測(cè)試方法和實(shí)驗(yàn)儀器開始的。第3頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月著名科學(xué)家錢學(xué)森院士在對(duì)新技術(shù)革命的論述中講到：“新技術(shù)革命的關(guān)鍵是信息技術(shù)，信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)三部分組成，測(cè)量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。”

檢測(cè)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。“測(cè)量是技術(shù)生命的神經(jīng)系統(tǒng)?！?/p>

——英國(guó)科學(xué)家?guī)炜说?頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 “Whateverexists,existsinsomeamount.” “Ioftensaythatwhenyoucanmeasurewhatyouarespeakingaboutandexpressitinnumbers,youknowsomethingaboutit,andwhenyoucannotmeasureit,whenyoucannotexpressitinnumbers,yourknowledgeisofmeagerandunsatisfactorykind.Itmaybethebeginningofknowledge,butyouhavescarcely,inyourthought,advancedtothestagewhateverthematterbe.” ——WilliamThomson第5頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

“凡存在之物，必以一定的量存在?！薄拔医?jīng)常說，當(dāng)你能測(cè)量你所談及的事物并用數(shù)字表達(dá)它時(shí)，你對(duì)它便是有所了解的；但當(dāng)你不能測(cè)量它，不能將它用數(shù)字表達(dá)時(shí)，你的知識(shí)便是貧瘠的、不能令人滿意的。這也許是知識(shí)的開始，但無(wú)論情況怎樣，在你的思想中，你卻幾乎還沒有上升到這一階段?！?/p>

——開爾文勛爵第6頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月檢測(cè)技術(shù)和儀器儀表的發(fā)展代表著科技進(jìn)步的前沿，是科技發(fā)展的支柱。現(xiàn)以分析儀器為例：1922年阿斯通(Aston)發(fā)明了質(zhì)譜技術(shù)，產(chǎn)生了質(zhì)譜儀，可用來(lái)測(cè)定同位素。1952年馬丁(Martin)發(fā)明了分配色譜法，產(chǎn)生了色譜儀，它可以對(duì)復(fù)雜的有機(jī)物進(jìn)行多組分、快速的定性定量分析。1979年荷馬克(Cormark)發(fā)明了計(jì)算機(jī)控制的掃描層析診斷法，產(chǎn)生了醫(yī)用和工業(yè)用的CT掃描儀，它能夠深入人體和物體內(nèi)部進(jìn)行觀察。1991年埃倫斯特(Ernst)發(fā)明了高分辨率的核磁共振法，產(chǎn)生了核磁共振波譜儀，它可完成分子成像，為分子結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動(dòng)的研究創(chuàng)造了條件。第7頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月檢測(cè)技術(shù)和儀器儀表除在科學(xué)研究中的重要作用外，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約中都發(fā)揮著重要的作用。它擔(dān)負(fù)著對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)測(cè)和控制，是保證生產(chǎn)連續(xù)、高效、安全和無(wú)污染運(yùn)行的關(guān)鍵。此外，在產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中則起著技術(shù)監(jiān)督的“物質(zhì)法官”的作用。第8頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月儀器儀表工業(yè)還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的“倍增器”。應(yīng)用儀器儀表是使生產(chǎn)從“粗放型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹s型”的必然條件，是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要手段。檢測(cè)技術(shù)和儀器儀表在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都具有重大的影響。以美國(guó)為例，根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)為了完成質(zhì)量認(rèn)證、工業(yè)控制和流程分析，每天要完成2.5億個(gè)檢測(cè)，這需要大量的種類繁多的檢測(cè)及分析儀器。美國(guó)商業(yè)部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)于20世紀(jì)90年代初在評(píng)估儀器儀表工業(yè)對(duì)美國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的影響作用時(shí)所提出的報(bào)告中稱，雖然儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值約占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響卻達(dá)到66%。

第9頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視測(cè)量技術(shù)和儀器儀表技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。除美國(guó)外，日本科技廳將測(cè)量技術(shù)列為21世紀(jì)首先發(fā)展技術(shù)之一。歐盟在其第三個(gè)科技發(fā)展規(guī)劃中將測(cè)量與檢測(cè)技術(shù)列為15個(gè)專項(xiàng)之一。我國(guó)在“十五”、“十一五”規(guī)劃綱要中把儀器儀表技術(shù)放在重要位置，國(guó)家發(fā)改委和科技部列有專項(xiàng)支持。第10頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月北京,May26,2008

西門子中國(guó)為地震災(zāi)區(qū)提供遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)

為了給四川地震災(zāi)區(qū)的傷員提供更及時(shí)的醫(yī)療救援，西門子中國(guó)醫(yī)療協(xié)同四川大學(xué)華西醫(yī)院、成都華西公用醫(yī)療信息服務(wù)有限公司和成都電信于5月18日建立了一套遠(yuǎn)程影像診斷系統(tǒng)。這套遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的運(yùn)行開啟了四川地震災(zāi)區(qū)的一種創(chuàng)新緊急救援模式。通過這套系統(tǒng)，位于四川成都的華西醫(yī)院實(shí)現(xiàn)了與70公里之外的地震重災(zāi)區(qū)綿竹市的遠(yuǎn)程連接。截止至5月26日，近600名傷員通過這套系統(tǒng)接受了遠(yuǎn)程診斷。

第11頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月崔琦與另兩位科學(xué)家（德國(guó)科學(xué)家霍斯特·施特默和美國(guó)科學(xué)家羅伯特·勞克林）因發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)中共同相互作用的電子能形成具有分?jǐn)?shù)分子電荷的新型“粒子”而獲得1998年諾貝爾物理獎(jiǎng)

，他的故鄉(xiāng)在我們河南平頂山市寶豐縣范莊村。第13頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月·朱棣文從事的是目前世界上最尖端的激光致冷捕捉技術(shù)研究，有著非常廣泛的實(shí)際用途，這項(xiàng)研究為幫助人類了解放射線與物質(zhì)之間的相互作用，特別是深入理解氣體在低溫下的量子物理特性開辟了道路。在原子與分子物理學(xué)中，研究氣體的原子與分子相當(dāng)困難，因?yàn)樗鼈兗词乖谑覝叵拢矔?huì)以上百公里的速度朝四面八方移動(dòng),唯一可行的方法是冷卻,然而，一般冷卻方法會(huì)讓氣體凝結(jié)為液體進(jìn)而結(jié)凍。朱棣文等３位學(xué)者則利用激光達(dá)到冷卻氣體的效果，即用激光束(molassos)達(dá)到萬(wàn)分之一絕對(duì)溫度，等于非常接近絕對(duì)零度（攝氏零下273度）。原子一旦陷入其中，速度將變得非常緩慢，而變得容易俘獲。第14頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月該技術(shù)可以用來(lái)做精確測(cè)量，特別是做"重力測(cè)量"；人們還可以利用此技術(shù)做成重力分析圖，由此解開地球上的許多謎團(tuán)：例如觀察油田的內(nèi)層、勘探海底或地層內(nèi)的礦物質(zhì)，在生物科技上可以解讀去氧核糖核酸(DNA)的密碼；科學(xué)家還可以借此研究"原子激光"，制造精密的電子元件；也可以測(cè)量萬(wàn)有引力，進(jìn)一步發(fā)展太空宇航系統(tǒng)，進(jìn)行準(zhǔn)確的地面衛(wèi)星定位?？茖W(xué)家們普遍認(rèn)為，這的確是一個(gè)了不起的研究成果.瑞典皇家科學(xué)院1997年10月15日宣布，本年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)斯坦福大學(xué)物理教授朱棣文、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的菲利普斯和法國(guó)學(xué)者科昂.塔諾季，以表彰他們發(fā)明了用激光冷卻進(jìn)行低溫下俘獲原子的方法。

第15頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3工業(yè)檢測(cè)技術(shù)的類型和內(nèi)容：熱工量：

溫度、熱量、比熱容、熱流、熱分布、壓力、差壓、真空度、流量、流速、物位、液位、界面機(jī)械量：位移、角位移、速度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、力矩、振動(dòng)、噪聲、質(zhì)量幾何量：長(zhǎng)度、厚度、角度、同軸度、平行度化學(xué)量：成分、濃度、密度、黏度、濕度、酸堿度、濁、PH值、透明度狀態(tài)量：?jiǎn)⑼！⒊瑴?、過載電工量：脈寬、相位、波形、頻譜第16頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.4檢測(cè)系統(tǒng)的組成

檢測(cè)技術(shù)幾乎已應(yīng)用于所有的行業(yè)，它是多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用。它涉及到半導(dǎo)體技術(shù)、激光技術(shù)、光纖技術(shù)、聲控技術(shù)、遙感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、控制論、信息論等近代新技術(shù)和新理論。其最終目的就是從測(cè)量對(duì)象中獲取反映其變化規(guī)律的有用信息，為了實(shí)現(xiàn)此目的，一個(gè)廣義的檢測(cè)系統(tǒng)一般由激勵(lì)裝置、測(cè)試裝置、數(shù)據(jù)處理與記錄裝置所組成（如圖1.1）。下頁(yè)上頁(yè)返回第17頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月力位移速度加速度壓力液位流量電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運(yùn)算器等等筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄器電子示波器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器顯示器數(shù)據(jù)處理器頻譜分析儀實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀電子計(jì)算機(jī)被測(cè)對(duì)象傳感器中間變換測(cè)量裝置中間變換測(cè)量裝置試驗(yàn)結(jié)果處理裝置激發(fā)裝置圖1-2典型測(cè)試系統(tǒng)框圖第18頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各組成部分的特點(diǎn)（1）激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào)由激勵(lì)裝置產(chǎn)生，采用激勵(lì)裝置是為了使被測(cè)對(duì)象處于預(yù)定狀態(tài)下，并將其有關(guān)方面的內(nèi)在聯(lián)系充分顯示出來(lái)，以便于有效的測(cè)量。當(dāng)測(cè)試工作所希望獲取的信息并沒有直接載于可檢測(cè)的信號(hào)中，就需要激勵(lì)被測(cè)對(duì)象，使其既能表示相關(guān)信息又便于檢測(cè)。對(duì)于能量控制型傳感器中的一些類型，如：超聲波探傷、激光散斑技術(shù)測(cè)量應(yīng)變，就是由外部能源供給激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器，而激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器以信號(hào)激勵(lì)被測(cè)對(duì)象，輸入傳感器的信號(hào)就是被測(cè)對(duì)象對(duì)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)，它反映了被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)或狀態(tài)。（2）測(cè)試對(duì)象測(cè)試對(duì)象的特性均以信號(hào)的形式給出，被測(cè)信號(hào)一般都是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)量，即使在檢測(cè)不隨時(shí)間變化的靜態(tài)量時(shí)，由于混有動(dòng)態(tài)的干擾噪聲，通常也下頁(yè)上頁(yè)返回第19頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月也按動(dòng)態(tài)量進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量。由于被測(cè)信號(hào)描述了被測(cè)對(duì)象特征信息，且信號(hào)本身的結(jié)構(gòu)對(duì)所選用測(cè)試裝置有重大影響，因此應(yīng)當(dāng)熟悉和了解各種信號(hào)的基本特征和分析方法。（3）傳感器傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要作用是將感知的被測(cè)非電量按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化為某一種量值輸出，通常是電信號(hào)。由于傳感器種類繁多，所以幾乎能檢測(cè)所有非電量參量。但因傳感器輸出的電信號(hào)種類多、功率小，故一般不能直接將這種電信號(hào)傳輸?shù)胶罄m(xù)的信號(hào)處理電路或輸出元件中去，必須經(jīng)過信號(hào)的調(diào)理。（4）信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路的主要作用有兩方面，一是把來(lái)自于傳感器的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大，使其更適合于進(jìn)一步處理和傳輸，多數(shù)情況是將各種電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓、下頁(yè)上頁(yè)返回第20頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電流、頻率等少數(shù)幾種便于測(cè)量的電信號(hào)，輸出功率可達(dá)到級(jí)；第二方面是進(jìn)行信號(hào)處理，即對(duì)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理的信號(hào)，進(jìn)行濾波、調(diào)制和解調(diào)、衰減、運(yùn)算、數(shù)字化處理等。（5）信號(hào)的分析與記錄信號(hào)調(diào)理電路輸出的測(cè)量結(jié)果是對(duì)被測(cè)信號(hào)的真實(shí)記錄，為了顯示其變化過程，可以采用光線示波器、屏幕顯示器、打印機(jī)等輸出裝置。此外還可以用磁記錄器來(lái)存儲(chǔ)被測(cè)信號(hào)，以便于檢測(cè)工作完成后反復(fù)使用信號(hào)。但要從客觀記錄的信號(hào)中找出反映被測(cè)對(duì)象的本質(zhì)規(guī)律，還必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析（如：信號(hào)強(qiáng)度分析、信號(hào)的頻譜分析、信號(hào)的相關(guān)分析、信號(hào)的概率密度譜分析等），從而提取有用信息。信號(hào)分析的設(shè)備各式各樣，有專用的分析儀（如：相關(guān)分析儀、概率密度分析儀、頻譜分析儀、傳遞函數(shù)分析儀等），也有作綜合分析用的信號(hào)處理機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)?，F(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將調(diào)理電路下頁(yè)上頁(yè)返回第21頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸出的信號(hào)直接送到信號(hào)分析設(shè)備中處理，進(jìn)行在線處理，已在工程檢測(cè)和工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，上述各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應(yīng)保持一一對(duì)應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，這種關(guān)系通常是線性關(guān)系，而且必須盡可能地減小或消除各種干擾。

線性時(shí)不變系統(tǒng)及其主要性質(zhì)在信號(hào)傳輸通道中，檢測(cè)系統(tǒng)是指連接輸入、輸出并具有特定功能的部分。在工程測(cè)試實(shí)踐中，大多數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)屬于線性時(shí)不變系統(tǒng)。線性時(shí)不變系統(tǒng)的分析方法已形成了完整嚴(yán)密的體系，即使是一些非線性系統(tǒng)或時(shí)變系統(tǒng)，在限定條件下，它們也遵循線性時(shí)不變的規(guī)律。故下面重點(diǎn)討論線性時(shí)不變系統(tǒng)的主要性質(zhì)。

下頁(yè)上頁(yè)返回第22頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)系統(tǒng)的輸入和輸出之間關(guān)系可用常系數(shù)線性微分方程來(lái)描述時(shí)，則稱該系統(tǒng)為線性時(shí)不變系統(tǒng)，也稱為定常線性系統(tǒng)。即：

（1.1）

式中為時(shí)間變量，和均為常數(shù)。線性時(shí)不變系統(tǒng)具有以下主要性質(zhì)：

（1）疊加性設(shè)為輸入，為輸出，若

下頁(yè)上頁(yè)返回第23頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則（1.2）滿足疊加原理，意味著作用于線性系統(tǒng)的各個(gè)輸入所產(chǎn)生的輸出是互不影響的，所以在分析有多個(gè)輸入作用的系統(tǒng)輸出時(shí)，可以分別求出在單個(gè)輸入的作用下系統(tǒng)的輸出，然后再進(jìn)行疊加。（2）比例性（齊次性）設(shè)為輸入，為輸出，若，則對(duì)于任何一個(gè)常數(shù)，有（1.3）（3）微分性零初始條件下，系統(tǒng)對(duì)原輸入微分的響應(yīng)等于原輸出的微分。即：對(duì)于為輸入，為輸出，若，則有：

（1.4）下頁(yè)上頁(yè)返回第24頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）積分性零初始條件下，系統(tǒng)對(duì)原輸入積分的響應(yīng)等于原輸出的積分。即：為輸入，為輸出，若，則有：（1.5）（5）頻率保持特性對(duì)于線性定常系統(tǒng)，若輸入為某一頻率的簡(jiǎn)諧（正弦或余弦）信號(hào)，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出必定是與輸入同頻率的簡(jiǎn)諧信號(hào)，即，此規(guī)律稱為頻率保持特性。但其幅值和初相位將發(fā)生變化。

下頁(yè)上頁(yè)返回第25頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性定常系統(tǒng)的這些主要性質(zhì)，特別是疊加性和頻率保持特性，在工程測(cè)試中具有重要意義。例如當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由多個(gè)信號(hào)疊加而成的復(fù)雜信號(hào)，根據(jù)疊加性就可以把復(fù)雜信號(hào)的作用看成若干簡(jiǎn)單信號(hào)的單獨(dú)作用之和，就可以簡(jiǎn)化問題。又例如已知線性系統(tǒng)的輸入頻率，根據(jù)頻率保持特性，可確定該系統(tǒng)輸出信號(hào)中只有與輸入同頻率的成分才可能是該輸入信號(hào)引起的輸出，其他頻率成分的輸出都是噪聲干擾，所以可以采用相應(yīng)的濾波技術(shù)，在很強(qiáng)的噪聲干擾下，把有用的信息提取出來(lái)。

下頁(yè)上頁(yè)返回第26頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2

傳感器與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展1.2.1傳感器的定義：傳感器（sensor）：從被測(cè)對(duì)象獲取有用的信息，將其轉(zhuǎn)換為適合于測(cè)量的變量或信號(hào)的裝置。一、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的定義：依照【中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)GB/T7665-1987】中對(duì)傳感器的定義為：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)的部分”。第27頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、傳感器的基本概念人的五官：眼睛耳朵鼻子舌頭皮膚視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺定義： 傳感器是一種把特定的被測(cè)信息量按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為 可用信號(hào)輸出的器件或裝置。被測(cè)量：物理量、化學(xué)量、生物量……規(guī)律：確定規(guī)律，可以重復(fù)（線性、非線性、周期）可用信號(hào)：便于處理和傳輸?shù)姆窃肼曅盘?hào)（電信號(hào)、光信號(hào)……）器件/裝置：狹義系統(tǒng)：廣義R例：熱敏電阻---溫度變化電阻變化傳感器：傳--傳遞信息；感--感受被測(cè)量；器--器件sensor：傳感器，敏感器transducer：轉(zhuǎn)換器，變換器第28頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2傳感器的組成被測(cè)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路電量圖1-3傳感器組成框圖輔助電源電量一、敏感元件：傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分；二、轉(zhuǎn)換元件：傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)

換稱適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)的部分第29頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、傳感器的構(gòu)成型式自源型：僅含有轉(zhuǎn)換元件---最簡(jiǎn)單、最基本的傳感器構(gòu)成形式。 特點(diǎn)：不需外部能源；轉(zhuǎn)換元件具有從被測(cè)對(duì)象直接吸取能量， 并轉(zhuǎn)換成電量的電效應(yīng)；輸出能量較弱。 實(shí)例：熱電偶、壓電器件等均屬于自源型傳感器。(b)激勵(lì)型：轉(zhuǎn)換元件+輔助能源（起激勵(lì)作用，電源/磁源） 特點(diǎn)：不需要變換電路即可獲得較大的電信號(hào)輸出。 實(shí)例：磁電式傳感器和霍爾傳感器即屬于激勵(lì)型傳感器。(c)外源型：由利用被測(cè)量實(shí)現(xiàn)阻抗變換的轉(zhuǎn)換元件組成， 特點(diǎn)：必須通過帶有外接電源的變換（測(cè)量）電路才能輸出電信號(hào) 實(shí)例：電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器等即屬于外源型傳感器。第30頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、傳感器的構(gòu)成型式變換電路：又稱“信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路”或“測(cè)量電路”作用：把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)變換成為便于記錄、顯示、處理和 控制的可用信號(hào)的電路， 實(shí)例：電橋、放大器、振蕩器、阻抗變換器、脈沖調(diào)寬電路等。補(bǔ)償型結(jié)構(gòu)：補(bǔ)償原理消除環(huán)境誤差影響提高精度(d)相同傳感器補(bǔ)償型(e)差動(dòng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償(f)不同傳感器補(bǔ)償?shù)?1頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、傳感器的分類分類法型式說明按基本效應(yīng)分類物理型化學(xué)型生物型采用物理效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換采用生物效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換按構(gòu)成原理分類結(jié)構(gòu)型物性型以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而來(lái)傳感器輸出量能量由外部能源提供，但受輸入量控制按工作原理分電阻式電容式電感式壓電式磁電式熱電式光電式光纖式利用電阻參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換按輸入量分類長(zhǎng)度、位移、壓力、溫度、流量、距離以被測(cè)量命名（即按用途分類）按輸出量分類模擬式數(shù)字式輸出量為模擬信號(hào)（電壓、電流、……）輸出量為數(shù)字信號(hào)（脈沖、編碼、……）第32頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3傳感器和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向1、傳感器的集成化、一體化和微型化、量子化、網(wǎng)絡(luò)化集成化：微電子技術(shù)將多個(gè)同類型傳感器集成在一個(gè)芯片或陣列上。一體化：將傳感器、轉(zhuǎn)換（測(cè)量）電路、補(bǔ)償元件及電路等集成一體微型化：微米/納米技術(shù)、MEMS技術(shù)體積微小、重量輕微2、傳感器的數(shù)字化與智能化數(shù)字化：信息技術(shù)數(shù)據(jù)通訊智能化：微處理器雙向通訊信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、處理、存儲(chǔ)、診斷、補(bǔ)償、3、開發(fā)新型傳感器新機(jī)理、新效應(yīng)物性型傳感器新材料、新工藝新功能傳感器新領(lǐng)域、新需求化學(xué)傳感器生物傳感器仿生傳感器第33頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、測(cè)量?jī)x器朝著高精度和多功能方向發(fā)展；5、參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理向自動(dòng)化方向發(fā)展；6、開展極端測(cè)量。第34頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月今日作業(yè)無(wú)第35頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3檢測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性與性能指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)的基本特性：是指檢測(cè)系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間的關(guān)系。靜態(tài)特性：當(dāng)輸入的被測(cè)量不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間變化很緩慢時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)輸入的被測(cè)量是動(dòng)態(tài)量（隨時(shí)間變化的量）時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間的關(guān)系。第36頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、檢測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性靜態(tài)特性：檢測(cè)系統(tǒng)在被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系檢測(cè)系統(tǒng)輸入量x輸出量y理想狀態(tài)：線性關(guān)系1、靜態(tài)模型實(shí)際狀態(tài)：非線性關(guān)系靜態(tài)特性曲線：a---零點(diǎn)輸出，b---理論靈敏度，第37頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月誤差因素多項(xiàng)式代數(shù)方程：x---輸入量y---輸出量a0---零位輸出a1---檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度a2~an---非線性常數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)輸入x輸入y=f(x)非線性原因：溫度濕度壓力沖擊振動(dòng)磁場(chǎng)電場(chǎng)摩擦間隙松動(dòng)遲滯蠕變變形老化外界干擾第38頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)檢測(cè)是指測(cè)量時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間變化或變化很緩慢。靜態(tài)檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)所表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。通常用來(lái)描述靜態(tài)響應(yīng)特性的指標(biāo)有測(cè)量范圍、靈敏度、非線性度、回程誤差等。一般用標(biāo)定曲線來(lái)評(píng)定檢測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，理想的線性裝置的標(biāo)定曲線是直線，而實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定曲線并非如此。通常采用靜態(tài)測(cè)量的方法求取輸入輸出關(guān)系曲線，作為標(biāo)定曲線。多數(shù)情況還需要按最小二乘法原理求出標(biāo)定曲線的擬合直線。1.3.1測(cè)量范圍檢測(cè)系統(tǒng)能正常測(cè)量的最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。下頁(yè)上頁(yè)返回第39頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月示值與讀數(shù)示值范圍量程和測(cè)量范圍標(biāo)稱值滿量程輸出值第40頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2

靈敏度靈敏度指輸出的增量與輸入的增量之比，即：

（1.6）如圖1.2所示，線性系統(tǒng)的靈敏度S為常數(shù)，即輸入輸出關(guān)系直線的斜率，斜率越大，其靈敏度就越高。非線性系統(tǒng)的靈敏度S是變量，是輸入輸出關(guān)系曲線的斜率，輸入量不同，靈敏度就不同，通常用擬合直線的斜率表示系統(tǒng)的平均靈敏度。要注意靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越差，測(cè)量范圍相應(yīng)就越小。

靈敏度(sensitivity)：?jiǎn)挝槐粶y(cè)量引起的儀器輸出值的變化。靈敏度有時(shí)亦稱增益(gain)或標(biāo)度因子。

下頁(yè)上頁(yè)返回第41頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月靈敏度檢測(cè)系統(tǒng)輸出量的增量與輸入量的增量之比。斜率：線性檢測(cè)系統(tǒng)：靈敏度為常數(shù)；非線性檢測(cè)系統(tǒng)：靈敏度為變數(shù)。外源型檢測(cè)系統(tǒng)：靈敏度與電源電壓相關(guān)。例：應(yīng)變式位移檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度為100mV/mmV

電源電壓為1V時(shí)，每1mm的位移輸出電壓100mV。注意：靈敏度誤差---誤差、干擾、不穩(wěn)定、第43頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3線性度第一種定義：用理論刻度的端點(diǎn)值來(lái)確定參考直線。一個(gè)無(wú)抑零范圍的測(cè)量?jī)x器的這條直線規(guī)定為穿過零點(diǎn)和最大值的終點(diǎn)。線性度按誤差限的概念定義為最大的偏離量并以示值范圍的百分比給出。第二種定義：用定標(biāo)測(cè)量點(diǎn)來(lái)描述參考直線。采用線性回歸技術(shù)求出該直線，使測(cè)量值偏離該直線的誤差平方之和最小。最大的偏離量按照測(cè)量的不確定度的定義給出。測(cè)量不確定度(uncertainty)規(guī)定為在某個(gè)概率之下不被超過的誤差值。第44頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性度:檢測(cè)系統(tǒng)輸入輸出曲線與擬合直線的偏離程度，（非線性誤差）相對(duì)誤差：輸出值與擬合直線的最大偏差值理論滿量程輸出值擬合直線：理論直線法：檢測(cè)系統(tǒng)的理論輸入輸出直線（推導(dǎo)） 簡(jiǎn)單、方便，偏差大，與測(cè)試值無(wú)關(guān)(b)端基法：檢測(cè)系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩端點(diǎn)連線（計(jì)算） 簡(jiǎn)單、方便，偏差大，與測(cè)量值有關(guān)(c)最佳直線法：使得正負(fù)行程的非線性偏差相等且最?。ㄓ?jì)算） 精度最高，圖解法、計(jì)算第45頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(d)最小二乘法：按最小二乘原理求擬合直線，（計(jì)算） 殘差平方和最小=距離平方和最小，精度高計(jì)算：有n個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù):(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，(n>2)求解最小二乘直線方程：y=a+bx

殘差：

i=yi–(a+b

xi)殘差平方和最?。?i=min說明：最小二乘法的非線性誤差不一定最小，正負(fù)行程偏差不一定相等第46頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一種定義主要用于描述以系統(tǒng)誤差為主的測(cè)量?jī)x器或系統(tǒng)；第二種定義用于以隨機(jī)誤差為主的測(cè)量系統(tǒng)。圖1.3線性度的兩種意義第47頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月非線性度如圖1.3所示，標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。如果在全量程輸出范圍內(nèi)，滿量程輸出值為A，標(biāo)定曲線偏離擬合直線的最大偏差為B，則定義非線性度為：（1.7）1.3.5回程誤差如圖1.4所示，回程誤差也稱為滯后或變差。實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)在相同的測(cè)量條件下，當(dāng)輸入量由小增大，下頁(yè)上頁(yè)返回第48頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月或由大減小時(shí)，對(duì)于同一輸入量所得到的兩個(gè)輸出量存在差值，則定義回程誤差為：

（1.8）下頁(yè)上頁(yè)返回圖1-4傳感器的回程誤差和重復(fù)性hmax第49頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.6重復(fù)性重復(fù)性表示檢測(cè)系統(tǒng)在輸入量按同一方向做全量程測(cè)量時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度。式中?max——輸出最大不重復(fù)誤差；yFS——滿量程輸出值第50頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.7穩(wěn)定度和漂移穩(wěn)定度通常是相對(duì)時(shí)間而言，指檢測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的條件下保持其測(cè)量特性恒定不變的能力。漂移指檢測(cè)系統(tǒng)隨時(shí)間的慢變化。在規(guī)定條件下，對(duì)于一個(gè)恒定的輸入在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的輸出在標(biāo)稱范圍最低值處的變化，稱為零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。溫度變化引起的漂移叫溫漂。1.3.8靜態(tài)響應(yīng)特性的其他術(shù)語(yǔ)（1）精度精確度的簡(jiǎn)稱。表示隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合評(píng)定指標(biāo)。第51頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)精度:①·絕對(duì)誤差·修正值或校正值②示值相對(duì)誤差r當(dāng)測(cè)量誤差很小時(shí)，示值相對(duì)誤差可用近似計(jì)算：第52頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③最大引用誤差：引用誤差：最大引用誤差：第53頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④精度等級(jí):

儀器儀表在出廠檢驗(yàn)時(shí)，其示值的最大引用誤差不能超過其允許誤差Q。即：工業(yè)檢測(cè)儀表常以允許誤差Q作為判斷精度等級(jí)的尺度。規(guī)定：取允許誤差百分?jǐn)?shù)的分子作為精度等級(jí)的標(biāo)志，即用最大引用誤差中去掉百分號(hào)后的數(shù)字表示精度等級(jí)，符號(hào)為G。第54頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工業(yè)儀表常見的精度等級(jí)見下表：G=100Q精度等級(jí)G0.10.20.51.01.52.55.0允許應(yīng)用誤差Q0.1%0.2%0.5%1.0%1.5%2.5%5.0%第55頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）可靠性與檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。（3）分辨力能引起輸出變化的輸入量的最小變化量，表示檢測(cè)系統(tǒng)分辨輸入量微小變化的能力。（4）靈敏閥又稱死區(qū)，是用來(lái)衡量檢測(cè)起始點(diǎn)不靈敏的程度。下頁(yè)上頁(yè)返回第56頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5

檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與性能指標(biāo)

動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間迅速變化，輸出要受檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，因此需要了解檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)，要求檢測(cè)系統(tǒng)在輸入量改變時(shí)，其輸出量能立即隨之不失真的改變。在實(shí)際檢測(cè)過程中，由于檢測(cè)系統(tǒng)選用不當(dāng)，輸出量不能良好地追隨輸入量的快速變化會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。因此研究檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有著十分重要的意義。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性一般通過描述系統(tǒng)的微分方程、傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、單位脈沖響應(yīng)函數(shù)等數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行研究。1.5.1微分方程

檢測(cè)系統(tǒng)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，輸入與輸出均隨時(shí)間變化，其關(guān)系用式（1.1）的微分方程描述，即

下頁(yè)上頁(yè)返回第57頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(式1.1)

式中t為時(shí)間變量，和

均為常數(shù)，此系統(tǒng)為線性定常系統(tǒng)。1.5.2傳遞函數(shù)雖然微分方程中含有描述檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的信息，但使用時(shí)不是很方便，所以描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，常常采用傳遞函數(shù)。（1）傳遞函數(shù)的定義零初始條件下，線性定常系統(tǒng)輸出量的拉氏變換和輸入量的拉氏變換之比稱為系統(tǒng)傳遞函數(shù)。在零初始條件下，對(duì)式（1.1）兩邊同時(shí)作拉氏變換，則有下頁(yè)上頁(yè)返回第58頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傳遞函數(shù)(transferfunction)若y(t)為時(shí)間變量t的函數(shù)，且當(dāng)t≤0時(shí)，有y(t)=0，定義y(t)的拉普拉斯變換Y(s)為式中s為復(fù)變量，s=a+jb，a>0。若系統(tǒng)的初始條件為零，對(duì)式（1.1）作拉氏變換得第59頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義輸入和輸出兩者的拉普拉斯變換之比為傳遞

函數(shù)H(s)：

第60頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）傳遞函數(shù)特性：

1）

H(s)不因輸入x(t)的改變而改變，僅表達(dá)系統(tǒng)特性；2）由H(s)所描述的系統(tǒng)，對(duì)任一具體的輸入x(t)都明確給出相應(yīng)的輸出y(t)；3）等式中的各系數(shù)an，an-1，…，a1，a0和bm，bm-1，…，b1，b0是由測(cè)試系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)特性所唯一確定的常數(shù)，稱結(jié)構(gòu)參數(shù)；第61頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）傳遞函數(shù)特性：

4）相似系統(tǒng)。傳遞函數(shù)不拘泥于被描述系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)而只反映動(dòng)態(tài)性能。不同的物理系統(tǒng)，可以用相同的傳遞函數(shù)來(lái)描述，稱為相似系統(tǒng)。

5）傳遞函數(shù)可以有量綱，也可以無(wú)量綱。

6）傳遞函數(shù)是復(fù)變量s的有理分式。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)，分子階次m<n，分母最高階次n為輸出量最高階導(dǎo)數(shù)的階次，也確定系統(tǒng)的階次n階系統(tǒng)。第62頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）常見測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)

1）一階系統(tǒng)

傳遞函數(shù)（1.10）

式中：T——為時(shí)間常數(shù)，單位為秒。例如：液柱式水銀溫度計(jì)設(shè)為被測(cè)環(huán)境溫度，為水銀柱輸出溫度值，C表示熱容量，R表示熱阻，由熱力學(xué)方程有：

下頁(yè)上頁(yè)返回第63頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月令，兩邊同時(shí)作拉氏變換，整理得：下頁(yè)上頁(yè)返回第64頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)

（1.11）式中：——為系統(tǒng)的靈敏度；

——為系統(tǒng)的阻尼比；

——為系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率。例如：RLC電路，輸入為，輸出為，根據(jù)電路基本定律，有下頁(yè)上頁(yè)返回第65頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

上式兩邊同時(shí)作拉氏變換，并消去中間變量，得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：下頁(yè)上頁(yè)返回第66頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5.3頻率響應(yīng)函數(shù)根據(jù)線性定常系統(tǒng)的同頻性，如果輸入信號(hào)為，則輸出信號(hào)為代入式（1.1），可得（1.12）其中：稱為測(cè)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。即：（1.13）

是頻率響應(yīng)函數(shù)的模，為的函數(shù)，也是動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，隨著頻率變化而變化，故稱為幅頻特性，與靜態(tài)測(cè)量中靈敏度為常數(shù)有顯著的區(qū)別。

下頁(yè)上頁(yè)返回第67頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為頻率響應(yīng)函數(shù)的相角，它表示了檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)初始相位的遷移量，也是的函數(shù)，所以也稱為相頻特性。常見系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)（1）一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為，其幅頻特性與相頻特性分別為：

（1.14）（1.15）

其中負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)滯后于輸入信號(hào)。一階系統(tǒng)奈氏圖、伯德圖分別如圖1.7、圖1.8所示；一階系統(tǒng)的幅頻、相頻特性圖如圖1.9所示。

下頁(yè)上頁(yè)返回第68頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由圖1.9可見，一階系統(tǒng)的幅頻特性曲線隨著的增加單調(diào)減小，衰減很快，所以一階系統(tǒng)具有低通濾波的特性。在一階系統(tǒng)特性中，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

圖1.7一階系統(tǒng)奈氏圖圖1.8一階系統(tǒng)伯德圖下頁(yè)上頁(yè)返回第69頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1）當(dāng)激勵(lì)頻率遠(yuǎn)小于時(shí)，輸出與輸入的幅值幾乎相等，接近1。當(dāng)，，系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)積分器。其中幾乎與激勵(lì)頻率成反比，相位滯后近90°。故一階系統(tǒng)適合測(cè)試緩變或低頻的被測(cè)量。

2）時(shí)間常數(shù)T是反映一階系統(tǒng)特性的重要參數(shù)，其值決定系統(tǒng)適用的頻率范圍。

下頁(yè)上頁(yè)返回第70頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)由二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，可得二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為：相應(yīng)的幅頻特性和相頻特性分別為：（1.16）

（1.17）下頁(yè)上頁(yè)返回第71頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相應(yīng)的幅頻、相頻特性曲線的伯德圖如圖（1.10）所示。

圖1.10二階系統(tǒng)伯德圖（a）幅頻特性（b）相頻特性下頁(yè)上頁(yè)返回第72頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二階系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：1）當(dāng)時(shí)，；當(dāng)，；2）影響二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)是固有頻率和阻尼比。其固有頻率的選擇應(yīng)以工作頻率范圍為依據(jù)。在附近，系統(tǒng)幅頻特性受阻尼比影響極大。時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生共振，實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)該避免此情況。此時(shí)，在測(cè)定系統(tǒng)本身參數(shù)時(shí)，有重要的意義；3）段，很小，且和頻率近似成正比增加。段，趨近于180°，即輸出信號(hào)幾乎和輸入反相。在區(qū)間，隨頻率的變化而劇烈變化，而且越小，變化越劇烈；4）二階系統(tǒng)是一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)。從檢測(cè)工作的角度來(lái)看，總希望檢測(cè)系統(tǒng)在較寬的頻帶內(nèi)由于頻率特性不理想所引起的誤差盡可能小。因此，要選擇恰當(dāng)?shù)墓逃蓄l率和阻尼比的組合，以獲下頁(yè)上頁(yè)返回第73頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月得較小的誤差。1.5.4實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件如果一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，其輸出和輸入滿足下列關(guān)系：（1.18）其中都是常數(shù)，表明該系統(tǒng)輸出的波形和輸入的波形精確的一致，只是幅值放大了A倍和時(shí)間上延遲了，這種情況，被認(rèn)為測(cè)試裝置具有不失真測(cè)量的特性。對(duì)式（1.18）兩邊取拉氏變換，得

故不失真測(cè)試裝置的傳遞函數(shù)為

（1.19）

下頁(yè)上頁(yè)返回第74頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月頻率響應(yīng)函數(shù)為（1.20）其幅頻與相頻特性分別為（1.21）（1.22）由此可見，要實(shí)現(xiàn)不失真檢測(cè)，檢測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性應(yīng)為常數(shù)，相頻特性應(yīng)為線性。引起的失真稱為幅值失真，與之間不滿足線性關(guān)系引起的失真稱為相位失真。

上頁(yè)返回第75頁(yè)，課件共78頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一架載有２２８人的法航客機(jī)在大西洋海域