1、1/21 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) Sensor and Detection technology 朱啟兵朱啟兵2/21一、幾個(gè)概念(1)測(cè)量：以確定客觀事物的量值為目的，借助于一定的工具和設(shè)備，用比較的方法取得被測(cè)量數(shù)據(jù)的過程，包括數(shù)據(jù)處理、顯示或記錄等步驟。(2)檢測(cè)：利用傳感器把被測(cè)信息檢取出來，并轉(zhuǎn)換成測(cè)量?jī)x表或儀器所能接收的信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量以確定量值的過程；或轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器所能接收的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的控制。 測(cè)量+信號(hào)檢出，意義更為廣泛的測(cè)量(3)測(cè)試：帶有試驗(yàn)性質(zhì)的檢測(cè)，在特定情況下，檢測(cè)信號(hào)可由模擬被測(cè)物理量的信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生。第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技

2、術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理3/211.按測(cè)量過程的特點(diǎn)分類可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。2.按測(cè)量?jī)x表是否與被測(cè)物體相接觸分類可分為接觸測(cè)量法和非接觸測(cè)量法。3.按測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)分類可分為靜態(tài)測(cè)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理測(cè)量方法分類測(cè)量方法分類檢測(cè)過程檢測(cè)過程：信息提取、信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸、顯示記錄、信息提取、信號(hào)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸、顯示記錄、分析處理分析處理檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù) 被測(cè)量的測(cè)量原理、測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理被測(cè)量的測(cè)量原理、測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理4/211.按測(cè)量過程的特點(diǎn)分類可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。(1)直接測(cè)量:直接測(cè)量是針對(duì)被測(cè)量選用

3、專用儀表進(jìn)行測(cè)量，直接獲取被測(cè)量值的過程，如用溫度表測(cè)溫度和用電位差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)等。1)偏差法。2)零位法。3)微差法。思考：桿秤、磅秤、天平分別屬于何種檢測(cè)？(2)間接測(cè)量：用直接測(cè)量法測(cè)得與被測(cè)量有確切函數(shù)關(guān)系的一些物理量，然后通過計(jì)算求得被測(cè)量值的過程稱為間接測(cè)量。第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理5/212.按測(cè)量?jī)x表是否與被測(cè)物體相接觸分類可分為接觸測(cè)量法和非接觸測(cè)量法。(1)接觸測(cè)量法：檢測(cè)儀表的傳感器與被測(cè)對(duì)象直接接觸，承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法，稱接觸測(cè)量法。(2)非接觸測(cè)量法：檢測(cè)儀表的傳感器不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，

4、而是間接承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，以達(dá)到測(cè)量目的的方法，稱非接觸測(cè)量法。第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理6/213.按測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)分類可分為靜態(tài)測(cè)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。(1)靜態(tài)測(cè)量法:靜態(tài)測(cè)量方法是指被測(cè)對(duì)象處于穩(wěn)定情況下的測(cè)量。(2)動(dòng)態(tài)測(cè)量法:動(dòng)態(tài)測(cè)量是指在被測(cè)對(duì)象處于不穩(wěn)定的情況下進(jìn)行的測(cè)量。第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理7/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)(儀表儀表)不可能絕對(duì)精確，測(cè)量原理的不可能絕對(duì)精確，測(cè)量原理的局限、測(cè)量方法的不盡完善、環(huán)境因素和外界局限、測(cè)量方法的

5、不盡完善、環(huán)境因素和外界干擾的存在以及測(cè)量過程可能會(huì)影響被測(cè)對(duì)象干擾的存在以及測(cè)量過程可能會(huì)影響被測(cè)對(duì)象的原有狀態(tài)等，也使得測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反的原有狀態(tài)等，也使得測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確地反映被測(cè)量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)映被測(cè)量的真值而存在一定的偏差，這個(gè)偏差偏差就是就是測(cè)量誤差測(cè)量誤差。二、測(cè)量誤差二、測(cè)量誤差8/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理二、測(cè)量誤差二、測(cè)量誤差等精度測(cè)量：等精度測(cè)量：測(cè)量條件不變條件下（測(cè)量?jī)x器、人員、環(huán)境、方法測(cè)量條件不變條件下（測(cè)量?jī)x器、人員、環(huán)境、方法等），對(duì)某一被測(cè)量進(jìn)行的多次測(cè)量。等），對(duì)某一被測(cè)量進(jìn)行的多次測(cè)量。真值：真值：

6、被測(cè)量的客觀真實(shí)值被測(cè)量的客觀真實(shí)值理論真值：理論真值：理論上存在、計(jì)算推導(dǎo)出來理論上存在、計(jì)算推導(dǎo)出來如：三角形內(nèi)角和如：三角形內(nèi)角和180約定真值：約定真值：國際上公認(rèn)的最高基準(zhǔn)值國際上公認(rèn)的最高基準(zhǔn)值如：基準(zhǔn)米如：基準(zhǔn)米(氪氪-86的能級(jí)躍遷在真空中的輻射波長(zhǎng)的能級(jí)躍遷在真空中的輻射波長(zhǎng))相對(duì)真值（實(shí)際值）：相對(duì)真值（實(shí)際值）：1m=1 650 763.73 標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差 3 - 壞值壞值 - 剔除剔除 測(cè)量值測(cè)量值 Xd 的剩余誤差的絕對(duì)值的剩余誤差的絕對(duì)值 | Pd| n - 壞值壞值 - 剔除剔除 n - 肖維勒系數(shù)（查表確定）肖維勒系數(shù)（查表確定） (

7、 ,n) - 查表確定查表確定計(jì)算算術(shù)平均值計(jì)算算術(shù)平均值 x 剩余誤差剩余誤差 均方誤差均方誤差 剔除壞值剔除壞值28/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理間接測(cè)量誤差的傳遞間接測(cè)量誤差的傳遞 (1) 基本公式基本公式),.,(21nxxxfy nndxxfdxxfdxxfdy.2211函數(shù)誤差其其中中：idx各直接測(cè)量值的誤差各直接測(cè)量值的誤差ixf各個(gè)誤差的傳遞函數(shù)各個(gè)誤差的傳遞函數(shù)29/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差nnxxfxxfxxfy.2211偶然誤差偶然誤差各量間相互獨(dú)立注：nxxx,.,21221ikyxi

8、ifx2222222221111122222221212()()()()()()kkkkiiniiiiinyxxxnnfffdxdxdxdyxxxkkfffxxx30/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)可靠數(shù)字可靠數(shù)字+可疑數(shù)字可疑數(shù)字=有效數(shù)字有效數(shù)字13.6mm31/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)數(shù)字的舍入規(guī)則數(shù)字的舍入規(guī)則- “- “四舍六入五湊雙四舍六入五湊雙”加減運(yùn)算加減運(yùn)算 - - 小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的數(shù)據(jù)一般數(shù)據(jù)一般數(shù)據(jù)精度數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)

9、差、極限誤差精度數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)差、極限誤差, ,不確定度）不確定度）- “- “只入不舍只入不舍” 如：極限誤差如：極限誤差0.220.3（一位有效數(shù)字）（一位有效數(shù)字）數(shù)字運(yùn)算規(guī)則數(shù)字運(yùn)算規(guī)則乘除運(yùn)算乘除運(yùn)算 - - 有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)據(jù)4.286 + 1.32 - 0.4563 = 5.14974.286 + 1.32 - 0.4563 = 5.14975.155.1532/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理測(cè)量結(jié)果的表示測(cè)量結(jié)果的表示測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果 = 測(cè)量值測(cè)量值 不確定度不確定度測(cè)量值只能是真值的一個(gè)最測(cè)量值只能是真值的一個(gè)最佳估計(jì)。為

10、了表示測(cè)量值的佳估計(jì)。為了表示測(cè)量值的可能分布情況，引入不確定可能分布情況，引入不確定度，用于表示被測(cè)量的合理度，用于表示被測(cè)量的合理分布情況分布情況（1）一個(gè)測(cè)量值的最終結(jié)果通常只能保量一位可疑數(shù)據(jù)；）一個(gè)測(cè)量值的最終結(jié)果通常只能保量一位可疑數(shù)據(jù)；（2）在測(cè)量結(jié)果的計(jì)算過程中，不確定度在計(jì)算的過程中可以）在測(cè)量結(jié)果的計(jì)算過程中，不確定度在計(jì)算的過程中可以保留兩位有效數(shù)字，但是最終結(jié)果只能保留一位有效數(shù)字，且保留兩位有效數(shù)字，但是最終結(jié)果只能保留一位有效數(shù)字，且只進(jìn)不舍；只進(jìn)不舍；（3）最終結(jié)果中不確定所在數(shù)量級(jí)和測(cè)量值的末尾數(shù)所在數(shù)量）最終結(jié)果中不確定所在數(shù)量級(jí)和測(cè)量值的末尾數(shù)所在數(shù)量級(jí)相同

11、。級(jí)相同。L=(28.56+0.041)g ?33/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理不確定度的分類不確定度的分類由于測(cè)量結(jié)果受多種因素的影響，通常不確定度由多個(gè)由于測(cè)量結(jié)果受多種因素的影響，通常不確定度由多個(gè)分量構(gòu)成，評(píng)定方法分為分量構(gòu)成，評(píng)定方法分為A、B兩類。兩類。A類不確定度：對(duì)被測(cè)量量進(jìn)行多次測(cè)量，并統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行評(píng)類不確定度：對(duì)被測(cè)量量進(jìn)行多次測(cè)量，并統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行評(píng)定，其不確定度由實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表征。定，其不確定度由實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表征。211niiApxxutn nn為測(cè)量次數(shù)，為測(cè)量次數(shù)，tp為分布系數(shù)為分布系數(shù)34/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理不確定度的分類不確定度的分類B 類不確定度：所有與類不確定度：所有與A類評(píng)定不同的不確定度。類評(píng)定不同的不確定度。在工程實(shí)踐中，絕大多數(shù)測(cè)量都是一次測(cè)量，通常以儀器的最大在工程實(shí)踐中，絕大多數(shù)測(cè)量都是一次測(cè)量，通常以儀器的最大允差允差儀表示一次測(cè)量的不確定度。儀表示一次測(cè)量的不確定度。35/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理不確定度的分類不確定度的分類36/21第第2章章 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)與誤差處理不確定度的分類不確定度的分類合成不確定度（總不確定度）。合成不確定度（總不確定度）。211niiApxxutn nn為測(cè)量次