第九章自动检测技术的综合应用

第九章自动检测技术的综合应用 本章学习的主要内容： 1、抗干扰技术 2、自动检测系统的可靠性问题 3、传感器的标定与选择 4、微机在自动检测技术中的应用 5、自动检测技术的综合应用实例

§9－1 抗干扰技术 干扰的例子：手机干扰器电磁信号干扰器

一、干扰的来源 根据产生干扰的物理原因，干扰有如下几种来源： 1．机械的干扰对于机械的干扰主要是采用减震措施来解决，例如应用减震弹簧或减震橡皮垫等。

2．热的干扰 对于热的干扰，工程上通常采用：热屏蔽、恒温措施、对称平衡结构、温度补偿元件等方法进行抑制。

3．光的干扰 战斗机发射曳光干扰弹闪电击中摩天楼对于具有光敏作用的元件，应注意光的屏蔽问题。

4．湿度变化的影响 在南方潮湿地带、船舶及锅炉等地方，更应注意密封防潮措施。下雨的路面

5．化学的干扰 铜晶界的腐蚀金属的腐蚀良好的密封和注意清洁是十分必要的。

6．电和磁的干扰 闪电是很强的电磁干扰信号电焊也是很强的电磁干扰信号源

7．射线辐射的干扰 切尔诺贝利核泄漏事故现场的资料照片受到核污染的患者

用于原子能、核装置等领域内的传感器系统，尤其要注意射线辐射对传感器系统的干扰。宇宙中超大质量的黑洞天体发生高能离子辐射时的效果图

二、信噪比和电磁兼容性 1．信噪比衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比（S/N）来表示，它是指在信号通道中，有用信号功率与噪声功率之比，或有用信号电压与噪声电压之比。（dB）

2．电磁兼容性 电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且还不允许产生超过规定的电磁干扰信号。电磁干扰源可分为：宇宙射电噪声自然界干扰源太阳耀斑辐射噪声大气层的雷电噪声等有意发射干扰源人为干扰源无意发射干扰源

三、电磁干扰的途径 电磁干扰的途径有“路”和“场”两种形式 1．通过“路”的干扰（1）漏电流耦合形成的干扰它是由于绝缘不良，由流经绝缘电阻的漏电流所起的噪声干扰。（2）传导耦合形成的干扰当导线经过具有噪声的环境时，即拾取噪声，并经导线传送到电路而造成干扰。

（3）共阻抗耦合形成的干扰 共阻抗耦合是由于两个电路共有阻抗，当一个电路中有电流流过时，通过共有阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。 2．通过“场”的干扰（1）静电耦合形成的干扰电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于两个电路之间存在寄生电容，可使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。

（2）电磁耦合形成的干扰 电磁耦合又称互感耦合，它是在两个电路之间存在互感，一个电路的电流变化，通过磁交链会影响到另一个电路。（3）辐射电磁场耦合形成的干扰辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设备、广播发射台、电视发射台等。如果在辐射电磁场中放置一个导体，则在导体上产生正比于电场强度的感应电动势。

干扰源 干扰途径接收电路四、抑制电磁干扰的基本措施电磁干扰形成的三个要素为干扰源、干扰途径以及对电磁噪声敏感性较高的接收电路。形成电磁干扰的三要素之间的联系框图

抑制电磁干扰的基本措施为： 1．消除或抑制干扰源 2．破坏干扰途径 3．削弱接收电路对电磁干扰的敏感性以上三个方面的措施可用疾病的预防来比喻，即消灭病菌来源，阻止病菌传播和提高人体的抵抗能力。

五、抗电磁干扰技术（电磁兼容控制技术） 1．屏蔽技术（1）静电屏蔽静电屏蔽实验图

（2）电磁屏蔽 防电脑显示器辐射的屏蔽罩收音机－屏蔽网房

若将电磁屏蔽层接地，则同时兼有静电屏蔽作用。通常使用的铜质网状屏蔽电缆就能同时起电磁屏蔽和静电屏蔽的作用。程控交换机屏蔽机柜

（3）低频磁屏蔽 在工业中常用的办法是将屏蔽线穿在铁质蛇皮管或普通铁管内，以达到双重屏蔽的目的。低频磁屏蔽材料

2．接地技术 （1）地线的种类模拟信号地线数字信号地线信号源地线负载地线

（2）一点接地原则 ①单级电路的一点接地原则单极电路的一点接地

②多级电路的一点接地原则 多级电路的一点接地

③传感器系统的一点接地原则

3．浮置技术 浮置与屏蔽接地相反，是阻断干扰电流的通路，检测系统被浮置后能大大减小共模干扰电流。 4．平衡电路平衡电路又称对称电路。例如，电桥电路和差分放大器等电路就属于平衡电路。采用平衡电路可以使对称电路结构所获得噪声相等，并可以在负载上自行抵消。

5．滤波技术 滤波器是抑制噪声干扰的重要手段之一。常用的是RC型、LC型及双T 型等形成的无源滤波器或有源滤波器。滤波器抑制检测系统干扰的原理框图

6．光电耦合技术 光电耦合器是一种电→光→电耦合器件，目前检测系统越来越多地采用光电耦合器来提高抗干扰能力。光电耦合器有如下特点：（1）输入、输出回路绝缘电阻高（大于1010Ω）、耐压超过 1kV；（2）因为光的传输是单向的，所以输出信号不会反馈影响输入端；（3）输入输出回路完全是隔离的，能很好地解决不同电位、不同逻辑电路之间的隔离和传输的矛盾。

§9－2 自动检测系统的可靠性问题 美国“挑战者号”航天飞机爆炸瞬间

一、可靠性的基本概念 1．可靠性问题的提出 1957年美国发表了“军用电子设备可靠性”的重要报告，被公认为是可靠性的奠基文献。现今已发展成为一门新兴的工程学科。 2．可靠性的基本概念（1）可靠性的定义自动检测系统或机电产品的可靠性，是指在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力。

（2）可靠度 产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率，称为产品的可靠度。显然，可靠度是对产品可靠性的概率度量。（3）失效率产品的失效率是指产品工作到某一时间后的单位时间内产生失效的概率。

二、提高可靠性的措施 除采用可靠性更高的元器件、提高工艺质量外，还可可靠性的规律来提高产品可靠性。 1．利用失效的规律来提高可靠性（1）早期失效期（2）偶然失效期（3）损耗失效期失效曲线（浴盆曲线）

P1 P2 Pm 2．采用重复备用系统来提高可靠性（1）串联系统总可靠度

P1 P1 P1 （2）并联系统总可靠度 n个相同单元并联

P1 P1 P1 P2 P2 P2 Pm Pm Pm m个串联后n个并联（3）串并联系统总可靠度

P1 Pm P2 P1 Pm P2 P1 Pm P2 （4）并串联系统 n个并联后m个串联总可靠度另外还有等待备用系统

【例题】设两单元的可靠度分别为P1＝0.8，P2＝0.9，求：①两单元串联组成系统的可靠度；②串并联重复备用系统的可靠度；③并串联重复备用系统的可靠度。【例题】设两单元的可靠度分别为P1＝0.8，P2＝0.9，求：①两单元串联组成系统的可靠度；②串并联重复备用系统的可靠度；③并串联重复备用系统的可靠度。【解】① ② ③

§9－3 传感器的标定与选择 一、传感器的标定与校准用试验方法确定传感器性能参数的过程称为标定。标定实际上就是利用某种标准或标准器具对传感器进行刻度。振动传感器校准标定器

二、传感器的选择 1．选择传感器时应考虑的条件（1）与测量条件有关的因素（2）与传感器有关的技术指标（3）与使用环境条件有关的因素（4）与购买和维修有关的因素

2．传感器选择的一般原则 选择传感器总的原则是：在满足对传感器所有技术要求情况下，成本低廉、工作可靠和容易维修，即所谓性能价格比要大。选择传感器的一般原则可按下列步骤进行：（1）初步确定几种可供选用的传感器类别；（2）确定传感器的结构形式和传感器的最后类别；（3）最后查出传感器的规格型号和性能、尺寸。

§9－4 微机在自动检测技术中的应用 微机与测量仪器有机结合而构成新型的、功能极强、性能可靠的仪器，被称为智能化仪器。智能化台式激光采血仪智能化测量控制仪

一、智能检测系统的构成 1．硬件系统智能检测系统的硬件结构原理框图

2. 软件系统 软件包括执行软件和监控软件。执行软件各模块的功能如下：（1）数据采集数据采集软件要根据要求确定采样时间及采样次数。（2）故障自诊断及自校验系统出现故障时在屏幕上显示故障部位。（3）数字滤波从一系列数据中提取逼近真值数据的软件算法。

（4）线性化处理 对传感器的非线性可以运用软件技术来实现非线性校正。（5）温度的补偿系统受温度的影响可用软件来补偿。（6）数据运算、比较与处理（7）数据输出测量数据的输出包括输出显示、打印、通讯等，控制数据的输出包括报警、控制执行元件来调整被测量等。

二、智能检测系统的特点 1．改善了性能减少误差、温度补偿、提高抗干扰能力等。 2．增加了功能记忆、数据处理、提高分辨率、译码等。 3．提高了自动化程度误差自补偿、操作自动化、自报警、自诊断。

§9－5 自动检测与转换技术综合应用实例 一、电阻炉微机自动程序温度控制系统 1．系统完成的测控任务自动程序温度控制系统动画演示

2．系统硬件部分 电阻炉微机自动程序温度控制系统硬件原理框图

（1）电阻炉加热系统 采用双向晶闸管控制加热电阻加热。（2）温度检测与转换

（3）单片机硬件系统 单片机CPU选用8031芯片，外加EPROM2764芯片、8155芯片、74LS373地址锁存器组成单片机硬件系统。（4）键盘及显示键盘根据需要只设置七个键；显示分两部分：6位LED显示器用于运行状态及温度、时间显示，通过SB键进行温度、时间显示转换；6个发光二极管分别用于升温、降温、恒温、运行、超温及故障显示。

第九章 自动检测技术的综合应用