檢測(cè)系統(tǒng)及其基本特性

1、第三章第三章 檢測(cè)系統(tǒng)及其基本特性檢測(cè)系統(tǒng)及其基本特性一、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)一、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)1. 用戶的產(chǎn)品質(zhì)量觀：用戶的產(chǎn)品質(zhì)量觀：- 質(zhì)量管理科學(xué)的一個(gè)重要組成部分質(zhì)量管理科學(xué)的一個(gè)重要組成部分 要求質(zhì)量可靠、功能齊全要求質(zhì)量可靠、功能齊全 要求產(chǎn)品性能要求產(chǎn)品性能/價(jià)格比高價(jià)格比高物美價(jià)廉物美價(jià)廉 要求產(chǎn)品具備自動(dòng)化和智能化的功能要求產(chǎn)品具備自動(dòng)化和智能化的功能2. 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的作用：產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的作用： 保證產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)是維護(hù)消費(fèi)者利益的關(guān)鍵保證產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)是維護(hù)消費(fèi)者利益的關(guān)鍵 嚴(yán)格產(chǎn)品質(zhì)量是打開國(guó)際市場(chǎng)的鑰匙嚴(yán)格產(chǎn)品質(zhì)量是打開國(guó)際市場(chǎng)的鑰匙 加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)是促進(jìn)企業(yè)前

2、進(jìn)的法寶加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)是促進(jìn)企業(yè)前進(jìn)的法寶- - 評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的主要依據(jù)評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的主要依據(jù) 輕薄短小、精制大方是產(chǎn)品外觀發(fā)展的趨勢(shì)輕薄短小、精制大方是產(chǎn)品外觀發(fā)展的趨勢(shì)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)二、檢測(cè)系統(tǒng)性能二、檢測(cè)系統(tǒng)性能- 基本特性、功能、技術(shù)指標(biāo)、性能基本特性、功能、技術(shù)指標(biāo)、性能/價(jià)格比價(jià)格比- 常量輸入下系統(tǒng)的性能指標(biāo)常量輸入下系統(tǒng)的性能指標(biāo)靜態(tài)特性靜態(tài)特性- 靈敏度、不確定度、輸入范圍、分辨力等靈敏度、不確定度、輸入范圍、分辨力等- 決定系統(tǒng)能不能進(jìn)行所需的檢測(cè)和完成所需檢測(cè)的程度決定系統(tǒng)能不能進(jìn)行所需的檢測(cè)和完成所需檢測(cè)的程度動(dòng)態(tài)特性動(dòng)

3、態(tài)特性 - 動(dòng)態(tài)或變態(tài)信號(hào)輸入下，與系統(tǒng)頻率響應(yīng)有關(guān)的特性動(dòng)態(tài)或變態(tài)信號(hào)輸入下，與系統(tǒng)頻率響應(yīng)有關(guān)的特性檢測(cè)系統(tǒng)常用技術(shù)性能指標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)常用技術(shù)性能指標(biāo) 輸入量性能指標(biāo)：量程、測(cè)量范圍、過(guò)載能力等輸入量性能指標(biāo)：量程、測(cè)量范圍、過(guò)載能力等 靜態(tài)特性指標(biāo)：線性度、遲滯、重復(fù)性、準(zhǔn)確度、靈敏度、靜態(tài)特性指標(biāo)：線性度、遲滯、重復(fù)性、準(zhǔn)確度、靈敏度、分辨率、閾值、穩(wěn)定性、漂移等分辨率、閾值、穩(wěn)定性、漂移等 動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)：時(shí)間常數(shù)、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、過(guò)沖量、阻動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)：時(shí)間常數(shù)、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、過(guò)沖量、阻尼率、固有頻率、頻率特性、頻響范圍、穩(wěn)態(tài)誤差、臨界速度、采尼率、固有頻率、頻率特性、頻響范

4、圍、穩(wěn)態(tài)誤差、臨界速度、采樣頻率等樣頻率等 對(duì)環(huán)境和配接要求：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、靈對(duì)環(huán)境和配接要求：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、靈敏度溫度系數(shù)、熱滯后、抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕、抗電磁干擾能力、敏度溫度系數(shù)、熱滯后、抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕、抗電磁干擾能力、抗沖振要求等抗沖振要求等 可靠性指標(biāo)：平均壽命、平均無(wú)故障工作時(shí)間、故障率、疲勞可靠性指標(biāo)：平均壽命、平均無(wú)故障工作時(shí)間、故障率、疲勞性能、絕緣耐壓、耐溫、保險(xiǎn)期、時(shí)間穩(wěn)定性、抗過(guò)載能力等性能、絕緣耐壓、耐溫、保險(xiǎn)期、時(shí)間穩(wěn)定性、抗過(guò)載能力等 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：性能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：性能/價(jià)格比價(jià)格比1）基本功能特性）基本功能特性 - 決定系統(tǒng)的

5、工作能力決定系統(tǒng)的工作能力1、靜態(tài)特性：、靜態(tài)特性：2）精度特性）精度特性 - 決定系統(tǒng)的在什么程度上完成所需的檢測(cè)決定系統(tǒng)的在什么程度上完成所需的檢測(cè) 測(cè)量范圍（測(cè)量范圍（Range）：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量時(shí)的最大輸入信號(hào)范圍）：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量時(shí)的最大輸入信號(hào)范圍上限值、下限值上限值、下限值 分辨力（分辨力（Resolution） 動(dòng)態(tài)范圍（動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range）跨度與絕對(duì)分辨力之比跨度與絕對(duì)分辨力之比 - 系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)大小的綜合檢測(cè)能力系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)大小的綜合檢測(cè)能力 跨度（跨度（Span）：）：- 測(cè)量范圍上限與下限的算術(shù)差值測(cè)量范圍上限與下限的算術(shù)差值測(cè)量范圍的導(dǎo)出

6、量（下限為零時(shí)）測(cè)量范圍的導(dǎo)出量（下限為零時(shí)）線性檢測(cè)裝置線性檢測(cè)裝置 - 常數(shù)；常數(shù)；非線性檢測(cè)裝置非線性檢測(cè)裝置 - 變量變量輸出量與輸入量為同一量綱輸出量與輸入量為同一量綱 - 放大比放大比/放大倍數(shù)放大倍數(shù) 靈敏度（靈敏度（Sensitivity）：系統(tǒng)輸出信號(hào)的變化相對(duì)于輸入信號(hào)變化）：系統(tǒng)輸出信號(hào)的變化相對(duì)于輸入信號(hào)變化的比值的比值 k =dy/dx能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的最小的輸入變化量能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的最小的輸入變化量絕對(duì)值絕對(duì)值 - ；相對(duì)值；相對(duì)值 - 滿刻度（滿刻度（Full Scale）的百分比）的百分比minmaxxx動(dòng)態(tài)范圍minmaxlg20 xx動(dòng)

7、態(tài)范圍分貝數(shù)表示分貝數(shù)表示- 常量常量/緩慢變化的輸入情況下的輸出特性緩慢變化的輸入情況下的輸出特性200200800800 C C、 5mm5mm- 測(cè)量值與被測(cè)量真值之差測(cè)量值與被測(cè)量真值之差 - 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度 非線性（非線性（Non-linearity）a) 最小二乘直線：標(biāo)定最小二乘直線：標(biāo)定值相對(duì)于該直線的誤差值相對(duì)于該直線的誤差平方和最小平方和最小b) 端點(diǎn)連線：連接最大端點(diǎn)連線：連接最大與最小標(biāo)定值的直線與最小標(biāo)定值的直線 - 端基直線端基直線參考直線參考直線非線性誤差非線性誤差 - 實(shí)測(cè)曲線偏離理想直線的程度實(shí)測(cè)曲線偏離理想直線的程度 示值誤差（示值誤差（error） 重復(fù)性（

8、重復(fù)性（Repeatability）外界條件不變的情況下，對(duì)同一被測(cè)量多次重復(fù)測(cè)量時(shí)測(cè)量值之間的外界條件不變的情況下，對(duì)同一被測(cè)量多次重復(fù)測(cè)量時(shí)測(cè)量值之間的分散性分散性 - 精密度精密度理想檢測(cè)系統(tǒng)理想檢測(cè)系統(tǒng) - 輸出與輸入輸出與輸入 - 比例關(guān)系：比例關(guān)系：y(t)=kx(t)實(shí)際檢測(cè)裝置實(shí)際檢測(cè)裝置 - 輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系誤差測(cè)量值真實(shí)值誤差測(cè)量值真實(shí)值表示：實(shí)際測(cè)得的輸入表示：實(shí)際測(cè)得的輸入輸出特性曲線（標(biāo)定曲線）與其擬和直線輸出特性曲線（標(biāo)定曲線）與其擬和直線之間的最大偏差與檢測(cè)裝置滿量程輸出范圍之比：之間的最大偏差與檢測(cè)裝置滿量程輸出范圍之比：

9、e = m/yFS1 - 標(biāo)定曲線標(biāo)定曲線2 - 擬和直線擬和直線 死區(qū)（死區(qū)（Dead band） 漂移（漂移（Drift）- 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 回程誤差（回程誤差（Hysteresis）當(dāng)系統(tǒng)輸出信號(hào)不發(fā)生變化時(shí)所對(duì)應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)輸出信號(hào)不發(fā)生變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)的變化范圍的輸入信號(hào)的變化范圍- 系統(tǒng)元件的摩擦及空程等現(xiàn)象引起的系統(tǒng)元件的摩擦及空程等現(xiàn)象引起的- - 遲滯遲滯/ /滯后誤差滯后誤差正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程期間 - 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置輸入輸入 輸出曲線的不重合程度輸出曲線的不重合程度外界條件不變外界條件不變 - 同一大小的

10、輸入信號(hào)同一大小的輸入信號(hào) - 正反行程的輸出信號(hào)數(shù)值不相等正反行程的輸出信號(hào)數(shù)值不相等產(chǎn)生：檢測(cè)裝置中的彈性元件、機(jī)械產(chǎn)生：檢測(cè)裝置中的彈性元件、機(jī)械傳動(dòng)中的間隙和內(nèi)摩擦、磁性材料的傳動(dòng)中的間隙和內(nèi)摩擦、磁性材料的磁滯磁滯 - 實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)確定- 滿量程輸出滿量程輸出yFS的百分比表示的百分比表示%100maxFSHhy輸入不變的情況下，檢測(cè)裝置的輸出隨時(shí)間變化的趨勢(shì)輸入不變的情況下，檢測(cè)裝置的輸出隨時(shí)間變化的趨勢(shì)溫度的漂移（溫漂）：靈敏度的溫漂、零位的溫漂溫度的漂移（溫漂）：靈敏度的溫漂、零位的溫漂 - 定量表示定量表示2、動(dòng)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性 - 變化變化/動(dòng)態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量

11、 - 被測(cè)量本身隨時(shí)間變化，而測(cè)量系統(tǒng)又能準(zhǔn)確的跟隨被測(cè)量被測(cè)量本身隨時(shí)間變化，而測(cè)量系統(tǒng)又能準(zhǔn)確的跟隨被測(cè)量的變化而變化的變化而變化例：彈簧秤的力學(xué)模型例：彈簧秤的力學(xué)模型動(dòng)態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)信號(hào) - 幅值、時(shí)間、空間幅值、時(shí)間、空間/頻率頻率- 由系統(tǒng)元件的機(jī)械、物理及光、電、磁等特性決定由系統(tǒng)元件的機(jī)械、物理及光、電、磁等特性決定 - 靜止物理模型靜止物理模型m - 被測(cè)物體質(zhì)量被測(cè)物體質(zhì)量k - 彈簧彈性系數(shù)彈簧彈性系數(shù)m=ky/g“動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型” - 停止振動(dòng)之前測(cè)量重量停止振動(dòng)之前測(cè)量重量x - 托盤和被測(cè)物體的位移托盤和被測(cè)物體的位移M - 托盤的質(zhì)量托盤的質(zhì)量微分方程（運(yùn)動(dòng)方程）微

12、分方程（運(yùn)動(dòng)方程）動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 - 輸入與輸出在幅值與頻率上的相互關(guān)系輸入與輸出在幅值與頻率上的相互關(guān)系y - 彈簧變形量彈簧變形量y - 指針的位移指針的位移mgkxxcxmM.)(xy.ygkyycyMmm - 未知數(shù)未知數(shù)t 時(shí)刻的輸出信號(hào)時(shí)刻的輸出信號(hào) - t 時(shí)刻之前的輸入對(duì)系統(tǒng)作用影響的綜合時(shí)刻之前的輸入對(duì)系統(tǒng)作用影響的綜合傅立葉變換傅立葉變換 - 頻率域頻率域檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)過(guò)程 - 輸出對(duì)于輸入的頻率響應(yīng)輸出對(duì)于輸入的頻率響應(yīng) 被檢測(cè)信號(hào)被檢測(cè)信號(hào)1 1）檢測(cè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)）檢測(cè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)輸出輸出- 輸入與系統(tǒng)自身特性的卷積：輸入與系統(tǒng)自身特性的卷積：Y( )、X( )、H

13、( ) - 輸入、輸出、系統(tǒng)在頻率域中的特性輸入、輸出、系統(tǒng)在頻率域中的特性)()()()()()()(00txthdhtxdxthtyttdtdethxdtetyYtjtj)()()()()(0)()()()()(jttjtjeHXdtethdexH( ) - 系統(tǒng)幅頻響應(yīng)特性；系統(tǒng)幅頻響應(yīng)特性； ( ) - 系統(tǒng)相頻響應(yīng)特性系統(tǒng)相頻響應(yīng)特性帶寬（帶寬（Band width）- 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)（工作頻率范圍）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo)（工作頻率范圍）- 檢測(cè)系統(tǒng)的適用頻率范圍檢測(cè)系統(tǒng)的適用頻率范圍 - 檢測(cè)裝置能夠保證它的有關(guān)性能指標(biāo)檢測(cè)裝置能夠保證它的有關(guān)性能指標(biāo)- 靈敏度、非線性等靈

14、敏度、非線性等h(t), H(w)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)x(t), X(w)y(t), Y(w)檢測(cè)系統(tǒng)的自身特性檢測(cè)系統(tǒng)的自身特性 檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)三部分三部分:- 相當(dāng)于一個(gè)勻速加載過(guò)程相當(dāng)于一個(gè)勻速加載過(guò)程統(tǒng)計(jì)意義統(tǒng)計(jì)意義 - 概率分布、均值與方差等概率分布、均值與方差等表示表示 2 2）典型動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)）典型動(dòng)態(tài)輸入信號(hào) 正弦信號(hào)正弦信號(hào)A - 振幅（常數(shù)）振幅（常數(shù)） 階躍信號(hào)階躍信號(hào) 斜坡信號(hào)斜坡信號(hào)000)(ttAttAtx載荷由載荷由A0瞬時(shí)加載到瞬時(shí)加載到A并維持在這個(gè)水平并維持在這個(gè)水平0)(tkttxtAtxsin)( 隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào) 2 f - 角頻率角頻率

15、3）系統(tǒng)的頻率特性分析與比較）系統(tǒng)的頻率特性分析與比較 零階系統(tǒng)零階系統(tǒng)數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式零階系統(tǒng)、一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)零階系統(tǒng)、一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng) - 各種系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)各種系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié))()(tkxty00/abk - 系統(tǒng)靜態(tài)靈敏度系統(tǒng)靜態(tài)靈敏度頻率特性頻率特性幅頻、相頻特性曲線幅頻、相頻特性曲線 一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)微分方程微分方程物理意義物理意義- - 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)- - 靜態(tài)靈敏度靜態(tài)靈敏度- - 歸一化處理歸一化處理頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)幅頻、相頻特性幅頻、相頻特性- - 決定系統(tǒng)工作頻率范圍決定系統(tǒng)工作頻率范圍 二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)微分方程微分方程歸一化歸一化- 系統(tǒng)固有頻率系

16、統(tǒng)固有頻率- 系統(tǒng)阻尼比系統(tǒng)阻尼比標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)- 決定系統(tǒng)帶寬決定系統(tǒng)帶寬幅頻、相頻特性幅頻、相頻特性 分辨力分辨力 系統(tǒng)的性能指標(biāo)、價(jià)格系統(tǒng)的性能指標(biāo)、價(jià)格 - 性能性能/價(jià)格比價(jià)格比1、檢測(cè)系統(tǒng)性能的綜合評(píng)估、檢測(cè)系統(tǒng)性能的綜合評(píng)估重視指標(biāo)：重視指標(biāo)：能干些什么？能在什么程度上干些什么？能干些什么？能在什么程度上干些什么？二、檢測(cè)系統(tǒng)性能的綜合評(píng)價(jià)與標(biāo)定二、檢測(cè)系統(tǒng)性能的綜合評(píng)價(jià)與標(biāo)定 工作工作/ /檢測(cè)范圍檢測(cè)范圍 工作頻率工作頻率 精度精度/重復(fù)性重復(fù)性 工作環(huán)境與壽命工作環(huán)境與壽命 成本與價(jià)格成本與價(jià)格寬工作范圍寬工作范圍 - 大的跨度和高分辨力（動(dòng)態(tài)范圍）大的跨度和高分

17、辨力（動(dòng)態(tài)范圍）一階系統(tǒng)一階系統(tǒng) - 時(shí)間常數(shù)；二階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)；二階系統(tǒng) - 固有頻率固有頻率精度高、重復(fù)性誤差小精度高、重復(fù)性誤差小 - 結(jié)果可靠結(jié)果可靠系統(tǒng)正常運(yùn)行的工作條件系統(tǒng)正常運(yùn)行的工作條件 - 溫度、相對(duì)濕度、振動(dòng)、噪聲環(huán)境等溫度、相對(duì)濕度、振動(dòng)、噪聲環(huán)境等滿足檢測(cè)要求滿足檢測(cè)要求 - 價(jià)格越低越好價(jià)格越低越好其他其他 - 軟硬件操作方便；軟件分析處理功能；接口；安全；容錯(cuò)能力；軟硬件操作方便；軟件分析處理功能；接口；安全；容錯(cuò)能力；兼容性；延續(xù)性；售后服務(wù)兼容性；延續(xù)性；售后服務(wù) 確定檢測(cè)系統(tǒng)誤差確定檢測(cè)系統(tǒng)誤差/確定檢測(cè)特性的所有操作確定檢測(cè)特性的所有操作檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) - 定量的數(shù)據(jù)或描述定量的數(shù)據(jù)或描述標(biāo)定標(biāo)定 - 定量描述的誤差定量描述的誤差2、檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定、檢測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)比較式標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)比較式 標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)量比較式標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)量比較式1）標(biāo)定方式：）標(biāo)定方式：相同條件下相同條件下 - 被標(biāo)定系統(tǒng)與已知的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)被標(biāo)定系統(tǒng)與已知的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng) - 同一被測(cè)量同一被測(cè)量 - 比較比較輸出結(jié)果輸出結(jié)果 - 確定被標(biāo)定系統(tǒng)誤差確定被標(biāo)定系統(tǒng)誤差被標(biāo)定系統(tǒng)被標(biāo)定系統(tǒng) - 已知的標(biāo)準(zhǔn)量（長(zhǎng)度已知的標(biāo)準(zhǔn)量（長(zhǎng)度/ /重量等）檢測(cè)結(jié)果比較重量等）檢測(cè)結(jié)果比較 - 偏差偏差為系統(tǒng)誤差為系統(tǒng)誤差標(biāo)準(zhǔn)儀器標(biāo)準(zhǔn)儀器/ /標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)量 -