檢測(cè)及轉(zhuǎn)換ppt第一章

1、.信息與電氣工程學(xué)院自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換 趙延明 主講聯(lián)系方式hnust_.信息與電氣工程學(xué)院課程介紹 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)是自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱，是信息技術(shù)的重要組成部分。研究信息提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處理的理論和技術(shù)為主的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。1 性質(zhì)先修課程：物理學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)、自動(dòng)控制等；.信息與電氣工程學(xué)院 掌握檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念與基本理論；2 本課程的任務(wù) 掌握常用電工儀表及傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)以及 應(yīng)用； 掌握現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的一般概念，具有組建一般測(cè)試 系統(tǒng)的能力。課程介紹.信息與電氣工程學(xué)院參考書目3梁森主編，自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) ，機(jī)械工業(yè)出版社，2

2、012年。2金偉主編，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) ，北京郵電大學(xué)出版社 ，2007年；1常健生主編，自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換 ，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年；.信息與電氣工程學(xué)院檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)主要內(nèi)容檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)電工儀器與儀表非電量測(cè)試技術(shù).信息與電氣工程學(xué)院第一章 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的理論基礎(chǔ)第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 第三節(jié) 隨機(jī)誤差概率密度的正態(tài)分布第四節(jié) 算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差第五節(jié) 置信區(qū)間與置信概率第八節(jié) 誤差的傳遞第九節(jié) 誤差的合成第十節(jié) 最小二乘原理第十一節(jié) 曲線的擬合第六節(jié) 粗差的判別與壞值的舍棄第七節(jié) 系統(tǒng)誤差.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念信息提取

3、信息轉(zhuǎn)換 物理量 化學(xué)量 生物量 社會(huì)量電信號(hào) 幅值 功率 精度信息處理信息傳輸信號(hào)放大A/D轉(zhuǎn)換傳感器.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念一、檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用。1）神舟飛船回收過程的測(cè)控技術(shù).信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念2）檢測(cè)技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用紅外掃描區(qū)域紅外掃描區(qū)域人造衛(wèi)人造衛(wèi)星星.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念3）生命探測(cè)儀在地震中的應(yīng)用.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念二、工業(yè)檢測(cè)技術(shù)涉及的內(nèi)容（1）熱工量（ t、 p、 q、h）n溫度溫度t（ 、K、 ）n壓力（壓強(qiáng)）壓力（壓強(qiáng)）p（Pa）、

4、壓差）、壓差 p 、真空度、真空度、n流速流速v（m/s）、流量）、流量q（t、m3 ）、）、n物位、液位物位、液位h（m）.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念二、工業(yè)檢測(cè)技術(shù)涉及的內(nèi)容n直線位移直線位移x（m）、角位移）、角位移、n速度、加速度速度、加速度a（ m/s2） 、振動(dòng)、噪聲、振動(dòng)、噪聲、n轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（r/min）、）、n力力F、力矩、力矩T（Nm）、應(yīng)變）、應(yīng)變 （ m/m ）、）、n質(zhì)量（重量）質(zhì)量（重量）m（kg、t）n幾何量幾何量n長(zhǎng)度、厚度、角度、直徑、間距、長(zhǎng)度、厚度、角度、直徑、間距、n形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等（2）

5、機(jī)械量.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念二、工業(yè)檢測(cè)技術(shù)涉及的內(nèi)容n空氣的濕度（絕對(duì)、相對(duì)）、氣體的化學(xué)成分、濃度、液體的粘度、濁度、透明度、物體的顏色（3）物體的性質(zhì)和成分量：nU、I、f、R、Z、E、B （4）狀態(tài)量：n工作機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（啟停等）n生產(chǎn)設(shè)備的異常狀態(tài)（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂、振動(dòng)等）（5）電工量： .信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念三、一種典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)電廠有上千只傳感器，并組成測(cè)控系統(tǒng).信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的基本概念三、一種典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)航天服與傳感器.信息與電氣工程學(xué)院第一節(jié) 檢測(cè)與轉(zhuǎn)

6、換技術(shù)的基本概念三、一種典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)在車輛碰撞預(yù)防系統(tǒng)中的應(yīng)用.信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 一、有關(guān)測(cè)量技術(shù)中的部分名詞(1)等精度測(cè)量（條件相同）(2)非等精度測(cè)量（影響測(cè)試結(jié)果的條件不能保持不變）(3)真值（被測(cè)量本身真正值）(4)實(shí)際值（用高一級(jí)精度測(cè)量?jī)x器所測(cè)得的值）(5)標(biāo)稱值（測(cè)量器具上所標(biāo)出來的數(shù)值）(6)示值（讀數(shù)）(7)測(cè)量誤差（測(cè)量值與實(shí)際值之差）.信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 二、誤差的分類1、表示方法絕對(duì)誤差容許誤差相對(duì)誤差實(shí)際相對(duì)誤差 rA=x/A100% 示值相對(duì)誤差 rA=x/x100% 滿度相對(duì)誤差 rA=x/

7、xm100% ：器具誤差不超過的最大范圍示值（標(biāo)稱值）-真值(實(shí)際值) ：x=x-A0 x-A.信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 二、誤差的分類準(zhǔn)確度等級(jí)我國(guó)的工業(yè)模擬儀表有下列常用的7種等級(jí)： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。 S=xm/xm100% .信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 例: 某壓力表準(zhǔn)確度為2.5級(jí),量程為01.5MPa，求:1）可能出現(xiàn)的最大滿度相對(duì)誤差m。2）可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差m為多少千帕？3）測(cè)量結(jié)果顯示為0.70MPa時(shí)，可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差x。解: 1）可能出現(xiàn)的最大滿度相對(duì)誤差可以從準(zhǔn)確度等 級(jí)直接得

8、到，即m25%。 3）0.0375100%100%5.36%0.70mxxA 2）mmAm251.5MPa 0.0375MPa37.5kPa.信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 二、誤差的分類2、誤差出現(xiàn)的規(guī)律系統(tǒng)誤差(系差)隨機(jī)誤差(隨差)粗大誤差（粗差）服從一定已知函數(shù)未知明顯偏離實(shí)際值3、誤差來源工具誤差方法誤差讀數(shù)誤差內(nèi)部噪聲引起的誤差器件老化引起的誤差.信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 二、誤差的分類4、被測(cè)量隨時(shí)間變化的速度靜態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差地震測(cè)量振動(dòng)波形.信息與電氣工程學(xué)院第二節(jié) 測(cè)量誤差的概念和分類 二、誤差的分類5、使用條件基本誤差附加誤差6、誤差與

9、被測(cè)量的關(guān)系定值誤差積累誤差在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件下偏離規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件下不隨被測(cè)量變化隨被測(cè)量增大而積累.信息與電氣工程學(xué)院第三節(jié) 隨機(jī)誤差概率密度的正態(tài)分布一、隨機(jī)誤差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果頻率直方圖 在相同條件下，對(duì)某量重復(fù)進(jìn)行的獨(dú)立測(cè)量（獨(dú)立和等精度測(cè)量），設(shè)總的測(cè)量次數(shù)n150次?，F(xiàn)將150個(gè)測(cè)量值（xi）由小到大排列分成11個(gè)區(qū)間，或按誤差大小排列，并取等間隔值。 隨機(jī)誤差的頻率直方圖 .信息與電氣工程學(xué)院第三節(jié) 隨機(jī)誤差概率密度的正態(tài)分布一、隨機(jī)誤差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果頻率直方圖 隨機(jī)誤差的概率密度分布曲線當(dāng)測(cè)量次數(shù)n時(shí)，令id ，ni d n(均為無窮小量)，則隨機(jī)誤差的概率密度()可定義為： 具有特點(diǎn)：(1)

10、 對(duì)稱性 (2) 抵償性(3) 單峰性(4) 有界性.信息與電氣工程學(xué)院第三節(jié) 隨機(jī)誤差概率密度的正態(tài)分布二、概率密度的正態(tài)分布 在測(cè)量過程中，由大量的、微小的、獨(dú)立的及隨機(jī)的因素綜合影響，就會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)誤差。根據(jù)概率論的中心極限定理知：大量的、微小的及獨(dú)立的隨機(jī)變量的總和服從正態(tài)分布。顯然，隨機(jī)誤差必然服從正態(tài)分布。 隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線.信息與電氣工程學(xué)院第四節(jié) 算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差現(xiàn)若以測(cè)量值x作為隨機(jī)變量，如果它遵從正態(tài)分布。那么它的概率密度（x）可由下式表示：測(cè)量值的概率密度分布曲線.信息與電氣工程學(xué)院第四節(jié) 算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差121nniixxxxxnn00110nniiiixx

11、xxnn數(shù)學(xué)期望為一、算術(shù)平均值 與數(shù)學(xué)期望Mx對(duì)于一組測(cè)量值xi（隨機(jī)變量），其算術(shù)平均值為0iixx而 ，故x.信息與電氣工程學(xué)院第四節(jié) 算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差對(duì)于一組測(cè)量值xi（隨機(jī)變量），其方差隨機(jī)變量的二階中心距，表示為二、方差與標(biāo)準(zhǔn)誤差 但在實(shí)際計(jì)算中，特別是n較大時(shí)，通常采用標(biāo)準(zhǔn)差來計(jì)算。.信息與電氣工程學(xué)院第四節(jié) 算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)誤差貝塞爾公式，在實(shí)際計(jì)算中，特別是n較大時(shí)，計(jì)算比較方便，表示為二、方差與標(biāo)準(zhǔn)誤差 如果xi值太大，可任選一個(gè)與接近的B，作變換yi =xi-B 。2211111nniiiixxnn2211111nniiiiyynn.信息與電氣工程學(xué)院第五節(jié) 置信區(qū)間

12、與置信概率置信區(qū)間與置信概率置信區(qū)間：隨機(jī)變量取值的范圍，用符號(hào) l或（ll）表示，也可表示為l=Z。 置信概率：隨機(jī)變量在置信區(qū)間l內(nèi)取值的概率。正態(tài)分布下的置信概率數(shù)值表.信息與電氣工程學(xué)院第六節(jié) 粗差的判別與壞值的舍棄滿足上式的xb應(yīng)舍棄，然后重新計(jì)算算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，再進(jìn)行檢查是否有滿足上式的xb。 適應(yīng)范圍：測(cè)量次數(shù)n 。一、拉依達(dá)準(zhǔn)則(3準(zhǔn)則)殘余誤差大于3，認(rèn)為是粗差，即2211111nniiiiyynn.信息與電氣工程學(xué)院第六節(jié) 粗差的判別與壞值的舍棄二、格拉布斯準(zhǔn)則格拉布斯準(zhǔn)則考慮了測(cè)量次數(shù)n以及標(biāo)準(zhǔn)偏差本身有誤差的影響等，表示為判別系數(shù).信息與電氣工程學(xué)院第六節(jié) 粗差的判

13、別與壞值的舍棄例1-1(P16)粗差判別計(jì)算2211111nniiiiyynn.信息與電氣工程學(xué)院第七節(jié) 系統(tǒng)誤差一、系統(tǒng)誤差的分類及產(chǎn)生原因恒定系差(誤差大小和符號(hào)恒定不變)變化系差(按照一定規(guī)律變化的系差)恒正系差恒負(fù)系差累積系差周期系差復(fù)雜變化系差.信息與電氣工程學(xué)院第七節(jié) 系統(tǒng)誤差二、系差的消除方法（1）應(yīng)檢查測(cè)量?jī)x器本身的性能是否符合要求；（2）測(cè)量前應(yīng)仔細(xì)檢查儀表是否處于正常工作條件；（3）還應(yīng)檢查測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法本身是否正確。 為了減少和消除系差經(jīng)常采用的一些方法 ：1）交換法2）上、下讀數(shù)法或換向法3）校準(zhǔn)法4）補(bǔ)償法.信息與電氣工程學(xué)院第七節(jié) 系統(tǒng)誤差 00iiiixxxx

14、xx/2/2abeba（1）恒定系差的估計(jì)三、系統(tǒng)誤差的估計(jì)方法（2）變化系差的估計(jì)111111nnniiiiiinnnii恒定系差殘余系差c 修正值為：.信息與電氣工程學(xué)院第八節(jié) 系統(tǒng)的傳遞, , ,., , ,f x y zu v w 間接檢測(cè)量與若干直接檢測(cè)量的關(guān)系：,.,xyzuvwf xyzuvw,.,xxyyzzuuvvwwffffff一、間接測(cè)量中系統(tǒng)誤差的傳遞.信息與電氣工程學(xué)院第八節(jié) 系統(tǒng)的傳遞, , ,., , ,f x y zu v w 間接檢測(cè)量與若干直接檢測(cè)量的關(guān)系：22222 22.xxyywwfff,.,xxyyzzuuvvwwffffff二、間接測(cè)量中隨機(jī)誤差的

15、傳遞 經(jīng)過n次獨(dú)立、不相關(guān)的測(cè)量，可得：.信息與電氣工程學(xué)院第九節(jié) 系統(tǒng)的合成2222121.mmii2222121.mmii一、隨機(jī)誤差的合成設(shè)彼此獨(dú)立的隨機(jī)誤差因素，標(biāo)準(zhǔn)誤差為1,2,， m，按方和根法，得到其標(biāo)準(zhǔn)誤差與極限誤差分別為：.信息與電氣工程學(xué)院第九節(jié) 系統(tǒng)的合成12jiiebajjjek二、系統(tǒng)誤差的合成 代數(shù)法 （誤差項(xiàng)數(shù)較少） 方根和法（誤差項(xiàng)數(shù)較多）1恒定系差的合成 線性相加法 方和根法 廣義方和根法2變值系差的合成如不能確定其概率分布，系統(tǒng)不確定度：如能確定其概率分布，則系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)誤差：.信息與電氣工程學(xué)院第九節(jié) 系統(tǒng)的合成三、隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差的合成一般取隨機(jī)誤差的隨機(jī)

16、不確定度與系統(tǒng)誤差的系統(tǒng)不確定度e進(jìn)行合成，合成后可得被測(cè)量的綜合不確定度g。合成方法有三種。 1線性相加法2方和根法3廣義方和根法.信息與電氣工程學(xué)院第九節(jié) 系統(tǒng)的合成四、最后結(jié)果的表示 (1) 隨機(jī)不確定度與系統(tǒng)不確定度在結(jié)果中分別標(biāo)明，表示為(2) 用隨機(jī)不確定度與系統(tǒng)不確定度合成后的綜合不確定度表示為Mg.信息與電氣工程學(xué)院第十節(jié) 最小二乘原理等精度測(cè)量的算術(shù)平均值x，它是測(cè)量結(jié)果的最佳代表，是被測(cè)量的最佳估計(jì)值。換句話說，子樣的算術(shù)平均值 x是母體的數(shù)學(xué)期望 Mx 或真值x0的最佳估計(jì)值，即當(dāng)n， x x0。欲得真值的最佳估計(jì)值，應(yīng)使各測(cè)量值 xi的殘差 ui的平方之和為最小，即最小二乘原理。222111minnnniiiiiixxxnx.信息與電氣工程學(xué)院第十一節(jié) 曲線的擬合一、直線擬合直線擬合兩個(gè)變量間的線性關(guān)系是一種最簡(jiǎn)單的、最理想的函數(shù)關(guān)系，一般運(yùn)用最小二乘原理進(jìn)行擬合。