3 检测技术及方法分析,自动检测技术及仪表控制系统 第二版,化学工业出版社,Contents,检测及控制装置与 外界环境之间的三种界面关系,传感器的分类方法： 1）检测对象：温度、压力、位移 2）传感原理或反应效应：光电、压电、热阻 3）传感器材料：半导体、有机、无机、生物材料 4）应用领域：化工、纺织、造纸、电力、家电、交通 5）反应形式或能量供给方式：能动被动，能量变换能量控制 6）输出信号形式：模拟量，数字量,3.1.1 开环型检测与闭环型检测,3.1.2 直接检测与间接检测,3.1.3 绝对检测与比较检测,3.1.4 偏差法与零位法,偏差法： 开环，增益大 弹簧秤检测重量 零位法： 反馈型闭环 天平,3.1.5 强度变量检测与容量变量检测,强度变量：压力、温度、电压等表示作用的大小，与体积质量无关。 容量变量：长度、重量、热量等与占据空间相关，与体积质量成比例。,输入输出端的强度变量 与容量变量,信号变量（粗箭头）与 误差变量（细箭头）,3.1.6 微差法,测量被检测量与已知量的差值。 游标卡尺,3.1.7 替换法,置换被测物与标准比较物的主次或先后顺序,3.1.8 能量变换与能量控制型检测元件,能量变换型检测： 输出信号的能量是传感器吸收的能量的一部分，输入信号的能量部分转换成输出信号 太阳能电池、热电偶 能量控制型检测： 被检测量控制了从电源转向输出信号的能量的流动 光敏电阻、热敏电阻,3.1.9 主动探索与信息反馈型检测,根据探索行为所逐一得到的检测结果来判断被检测对象的性质及状态，并重复进行探索，深入掌握其状态。,各种主动探索与信息反馈检测的形态,3.2.1 检测系统的基本功能,3.2.2 信号转换模型与信号选择性,1）信号转换的数学模型： 独立的输入变量： 从属的输出变量： 内部变量： 系统状态方程： 标定： 检测：,3.2.2 信号转换模型与信号选择性,2）信号选择性： 选择必要信号，消除其他变量的影响，提高检测精度,3.2.3 检测系统的结构分析,传感器的输入信号，除被检测参数外，还有其他未知参数或干扰参数，因此，一般传感器可视为多输入单输出系统,传感器的多输入单输出形式,3.2.3 检测系统的结构分析,3.2.3.1 补偿结构,基本补偿结构,3.2.3 检测系统的结构分析,3.2.3.2 差分结构 利用了对称与反对称的输入输出特性。,差动结构示意,3.3.1 时域信号选择方法,1）基于同步加算的去噪方法 2）基于响应速度的分离方法,基于同步加算的去噪结果,3.3.2 频域信号选择方法,1）滤波放大与调频放大方法 信号和噪声所占有的频率段不同,调频带通放大原理,3.3.2 频域信号选择方法,2）陷波放大方法 噪声信号频带非常窄,3.3.2 频域信号选择方法,3）锁定放大方法 微弱信号埋没在噪声中时，主动调制信号、抑制噪声,基于锁定放大器的微弱信号检测原理,3.4.1 多元检测与检测方程式,被检测量为 ，传感器输出为 ，多元检测可以用联立检测方程式表示： 线性，非线性,3.4.2 多元复合检测,若被检测量有n个，那么最少需要n个独立的检测方程式。 独立的检测方程式个数不够时，可以给未知参数加上已知量，采用同一检测原理，构成另一检测方程。 例：吹气式液位检测 通过测量导管内的压力 进而检测液位,吹气式液位计的复合检测原理,3.4.3 多元识别检测,例：多传感器气体成分分析 以金属氧化物半导体膜为主 对多成分气体的反应交叉灵敏性是非线性的,多传感器气体成分分析系统及多元膜传感器,3.4.3 多元识别检测,用反应标准模式标定 特征提取，模式识别,多传感器阵列的反应模式,3.4.4 构造化检测,例：构造光检测物体通过 有物体通过使两平面光束都被中断时，通过摄像头观测得到图(c)所示的图像,3.4.5 多点时空检测,例：舒适度检测 针对广范围、大规模的环境 多个传感器，采集对时间、空间分布的数据,室内空调舒适度控制框图,Thank You !,