自動檢測技術的綜合應用.ppt

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,,第九章自動檢測技術的綜合應用,本章學習的主要內(nèi)容：,1、抗干擾技術,5、自動檢測技術的綜合應用實例,4、微機在自動檢測技術中的應用,2、自動檢測系統(tǒng)的可靠性問題,3、傳感器的標定與選擇,,,,9－1抗干擾技術,干擾的例子：,電磁信號干擾器,手機干擾器,,,,一、干擾的來源,根據(jù)產(chǎn)生干擾的物理原因，干擾有如下幾種來源：,1．機械的干擾,對于機械的干擾主要是采用減震措施來解決，例如應用減震彈簧或減震橡皮墊等。,,,,2．熱的干擾,對于熱的干擾，工程上通常采用：熱屏蔽、恒溫措施、對稱平衡結(jié)構、溫度補償元件等方法進行抑制。,,,,3．光的干擾,閃電擊中摩天樓,戰(zhàn)斗機發(fā)射曳光干擾彈,對于具有光敏作用的元件，應注意光的屏蔽問題。,,,,4．濕度變化的影響,下雨的路面,在南方潮濕地帶、船舶及鍋爐等地方，更應注意密封防潮措施。,,,,5．化學的干擾,金屬的腐蝕,銅晶界的腐蝕,良好的密封和注意清潔是十分必要的。,,,,6．電和磁的干擾,閃電是很強的電磁干擾信號,電焊也是很強的電磁干擾信號源,,,,7．射線輻射的干擾,切爾諾貝利核泄漏事故現(xiàn)場的資料照片,受到核污染的患者,,,,宇宙中超大質(zhì)量的黑洞天體發(fā)生高能離子輻射時的效果圖,用于原子能、核裝置等領域內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，尤其要注意射線輻射對傳感器系統(tǒng)的干擾。,,,,二、信噪比和電磁兼容性,1．信噪比,衡量噪聲對有用信號的影響常用信噪比（S/N）來表示，它是指在信號通道中，有用信號功率與噪聲功率之比，或有用信號電壓與噪聲電壓之比。,,（dB）,,,,電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且還不允許產(chǎn)生超過規(guī)定的電磁干擾信號。,,自然界干擾源,人為干擾源,,宇宙射電噪聲,大氣層的雷電噪聲等,太陽耀斑輻射噪聲,,有意發(fā)射干擾源,無意發(fā)射干擾源,2．電磁兼容性,電磁干擾源可分為：,,,,三、電磁干擾的途徑,電磁干擾的途徑有“路”和“場”兩種形式,1．通過“路”的干擾,（1）漏電流耦合形成的干擾,（2）傳導耦合形成的干擾,它是由于絕緣不良，由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所起的噪聲干擾。,當導線經(jīng)過具有噪聲的環(huán)境時，即拾取噪聲，并經(jīng)導線傳送到電路而造成干擾。,,,,（3）共阻抗耦合形成的干擾,共阻抗耦合是由于兩個電路共有阻抗，當一個電路中有電流流過時，通過共有阻抗便在另一個電路上產(chǎn)生干擾電壓。,2．通過“場”的干擾,（1）靜電耦合形成的干擾,電場耦合實質(zhì)上是電容性耦合，它是由于兩個電路之間存在寄生電容，可使一個電路的電荷變化影響到另一個電路。,,,,（2）電磁耦合形成的干擾,（3）輻射電磁場耦合形成的干擾,電磁耦合又稱互感耦合，它是在兩個電路之間存在互感，一個電路的電流變化，通過磁交鏈會影響到另一個電路。,輻射電磁場通常來源于大功率高頻電氣設備、廣播發(fā)射臺、電視發(fā)射臺等。如果在輻射電磁場中放置一個導體，則在導體上產(chǎn)生正比于電場強度的感應電動勢。,,,,四、抑制電磁干擾的基本措施,電磁干擾形成的三個要素為干擾源、干擾途徑以及對電磁噪聲敏感性較高的接收電路。,形成電磁干擾的三要素之間的聯(lián)系框圖,,,,抑制電磁干擾的基本措施為：,1．消除或抑制干擾源,2．破壞干擾途徑,3．削弱接收電路對電磁干擾的敏感性,以上三個方面的措施可用疾病的預防來比喻，即消滅病菌來源，阻止病菌傳播和提高人體的抵抗能力。,,,,五、抗電磁干擾技術（電磁兼容控制技術）,1．屏蔽技術,（1）靜電屏蔽,靜電屏蔽實驗圖,,,,（2）電磁屏蔽,收音機－屏蔽網(wǎng)房,防電腦顯示器輻射的屏蔽罩,,,,程控交換機屏蔽機柜,若將電磁屏蔽層接地，則同時兼有靜電屏蔽作用。通常使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜就能同時起電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。,,,,（3）低頻磁屏蔽,在工業(yè)中常用的辦法是將屏蔽線穿在鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，以達到雙重屏蔽的目的。,低頻磁屏蔽材料,,,,2．接地技術,（1）地線的種類,,模擬信號地線,數(shù)字信號地線,信號源地線,負載地線,,,,（2）一點接地原則,①單級電路的一點接地原則,單極電路的一點接地,,,,②多級電路的一點接地原則,多級電路的一點接地,,,,③傳感器系統(tǒng)的一點接地原則,,,,,,,3．浮置技術,浮置與屏蔽接地相反，是阻斷干擾電流的通路，檢測系統(tǒng)被浮置后能大大減小共模干擾電流。,4．平衡電路,平衡電路又稱對稱電路。例如，電橋電路和差分放大器等電路就屬于平衡電路。采用平衡電路可以使對稱電路結(jié)構所獲得噪聲相等，并可以在負載上自行抵消。,,,,5．濾波技術,濾波器是抑制噪聲干擾的重要手段之一。常用的是RC型、LC型及雙T型等形成的無源濾波器或有源濾波器。,濾波器抑制檢測系統(tǒng)干擾的原理框圖,,,,6．光電耦合技術,光電耦合器是一種電→光→電耦合器件，目前檢測系統(tǒng)越來越多地采用光電耦合器來提高抗干擾能力。光電耦合器有如下特點：,（1）輸入、輸出回路絕緣電阻高（大于1010Ω）、耐壓超過1kV；,（3）輸入輸出回路完全是隔離的，能很好地解決不同電位、不同邏輯電路之間的隔離和傳輸?shù)拿堋?（2）因為光的傳輸是單向的，所以輸出信號不會反饋影響輸入端；,,,,9－2自動檢測系統(tǒng)的可靠性問題,美國“挑戰(zhàn)者號”航天飛機爆炸瞬間,,,,1．可靠性問題的提出,一、可靠性的基本概念,1957年美國發(fā)表了“軍用電子設備可靠性”的重要報告，被公認為是可靠性的奠基文獻?，F(xiàn)今已發(fā)展成為一門新興的工程學科。,2．可靠性的基本概念,（1）可靠性的定義,自動檢測系統(tǒng)或機電產(chǎn)品的可靠性，是指在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。,,,,（2）可靠度,產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的概率，稱為產(chǎn)品的可靠度。顯然，可靠度是對產(chǎn)品可靠性的概率度量。,（3）失效率,產(chǎn)品的失效率是指產(chǎn)品工作到某一時間后的單位時間內(nèi)產(chǎn)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、提高工藝質(zhì)量外，還可可靠性的規(guī)律來提高產(chǎn)品可靠性。,1．利用失效的規(guī)律來提高可靠性,（2）偶然失效期,（1）早期失效期,（3）損耗失效期,失效曲線（浴盆曲線）,,,,2．采用重復備用系統(tǒng)來提高可靠性,（1）串聯(lián)系統(tǒng),總可靠度,,,,（2）并聯(lián)系統(tǒng),總可靠度,n個相同單元并聯(lián),,,,（3）串并聯(lián)系統(tǒng),總可靠度,m個串聯(lián)后n個并聯(lián),,,,（4）并串聯(lián)系統(tǒng),總可靠度,n個并聯(lián)后m個串聯(lián),另外還有等待備用系統(tǒng),,,,【例題】設兩單元的可靠度分別為P1＝0.8，P2＝0.9，求：①兩單元串聯(lián)組成系統(tǒng)的可靠度；②串并聯(lián)重復備用系統(tǒng)的可靠度；③并串聯(lián)重復備用系統(tǒng)的可靠度。,【解】①,②,③,,,,9－3傳感器的標定與選擇,一、傳感器的標定與校準,用試驗方法確定傳感器性能參數(shù)的過程稱為標定。標定實際上就是利用某種標準或標準器具對傳感器進行刻度。,振動傳感器校準標定器,,,,二、傳感器的選擇,1．選擇傳感器時應考慮的條件,（1）與測量條件有關的因素,（2）與傳感器有關的技術指標,（3）與使用環(huán)境條件有關的因素,（4）與購買和維修有關的因素,,,,2．傳感器選擇的一般原則,選擇傳感器總的原則是：在滿足對傳感器所有技術要求情況下，成本低廉、工作可靠和容易維修，即所謂性能價格比要大。,選擇傳感器的一般原則可按下列步驟進行：,（1）初步確定幾種可供選用的傳感器類別；,（2）確定傳感器的結(jié)構形式和傳感器的最后類別；,（3）最后查出傳感器的規(guī)格型號和性能、尺寸。,,,,9－4微機在自動檢測技術中的應用,微機與測量儀器有機結(jié)合而構成新型的、功能極強、性能可靠的儀器，被稱為智能化儀器。,智能化測量控制儀,智能化臺式激光采血儀,,,,一、智能檢測系統(tǒng)的構成,1．硬件系統(tǒng),智能檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構原理框圖,,,,2.軟件系統(tǒng),軟件包括執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件。執(zhí)行軟件各模塊的功能如下：,（1）數(shù)據(jù)采集,（2）故障自診斷及自校驗,（3）數(shù)字濾波,數(shù)據(jù)采集軟件要根據(jù)要求確定采樣時間及采樣次數(shù)。,從一系列數(shù)據(jù)中提取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法。,系統(tǒng)出現(xiàn)故障時在屏幕上顯示故障部位。,,,,（4）線性化處理,（5）溫度的補償,（6）數(shù)據(jù)運算、比較與處理,（7）數(shù)據(jù)輸出,對傳感器的非線性可以運用軟件技術來實現(xiàn)非線性校正。,系統(tǒng)受溫度的影響可用軟件來補償。,測量數(shù)據(jù)的輸出包括輸出顯示、打印、通訊等，控制數(shù)據(jù)的輸出包括報警、控制執(zhí)行元件來調(diào)整被測量等。,,,,二、智能檢測系統(tǒng)的特點,1．改善了性能,減少誤差、溫度補償、提高抗干擾能力等。,2．增加了功能,記憶、數(shù)據(jù)處理、提高分辨率、譯碼等。,3．提高了自動化程度,誤差自補償、操作自動化、自報警、自診斷。,,,,9－5自動檢測與轉(zhuǎn)換技術綜合應用實例,一、電阻爐微機自動程序溫度控制系統(tǒng),1．系統(tǒng)完成的測控任務,自動程序溫度控制系統(tǒng)動畫演示,,,,2．系統(tǒng)硬件部分,電阻爐微機自動程序溫度控制系統(tǒng)硬件原理框圖,,,,（1）電阻爐加熱系統(tǒng),（2）溫度檢測與轉(zhuǎn)換,采用雙向晶閘管控制加熱電阻加熱。,,,,（3）單片機硬件系統(tǒng),（4）鍵盤及顯示,單片機CPU選用8031芯片，外加EPROM2764芯片、8155芯片、74LS373地址鎖存器組成單片機硬件系統(tǒng)。,鍵盤根據(jù)需要只設置七個鍵；顯示分兩部分：6位LED顯示器用于運行狀態(tài)及溫度、時間顯示，通過SB鍵進行溫度、時間顯示轉(zhuǎn)換；6個發(fā)光二極管分別用于升溫、降溫、恒溫、運行、超溫及故障顯示。,,,,3．系統(tǒng)軟件部分,（1）主程序,主程序框圖,,,,（2）運行程序,運行程序框圖,,,,二、汽車電子防盜系統(tǒng),1．汽車防盜裝置日趨重要,機械式防盜裝置,,汽車防盜種類,芯片式防盜系統(tǒng),網(wǎng)絡式防盜系統(tǒng),電子式防盜系統(tǒng),,,,機械式防盜器,,主要分為：方向盤鎖和排擋鎖兩大類,原理：靠鎖定離合、制動、油門或轉(zhuǎn)向盤、變速擋來達到防盜的目的，但只防盜不報警。,優(yōu)點：是價格便宜，安裝簡便。,缺點：防盜不徹底，每次拆裝比較麻煩，不用時還得找地方放置。,（1）機械式防盜器,,,,電子式（遙控）防盜器,,特點：可遙控防盜器的全部功能，可靠方便，可帶有振動偵測門控保護及微波或紅外探頭等功能。,原理：主要靠鎖定點火或起動來達到防盜的目的，同時具有防盜和聲音報警功能。,（2）電子式防盜器,,,,無匙進入汽車防盜系統(tǒng),1、無匙進入－感應式自動開關門鎖,2、身份識別系統(tǒng)－芯片感應啟動車輛,3、完備的密碼身份識別器（電子鑰匙）加密系統(tǒng)－無法復制,4、可實現(xiàn)油路或啟動鎖定,5、絕不誤報警－最先進的防沖突技術,6、支持多種觸發(fā)方式,無匙進入汽車防盜系統(tǒng)（芯片式）功能：,（3）芯片式防盜器,,,,GSM汽車防盜報警器,停止車輛運行，禁止車輛運行等功能，而且車輛還能將自身狀態(tài)傳送給車主，如：語音提示到手機“震動報警”“車門打開”“車已非法啟動”，以便車主及時發(fā)現(xiàn)險情，及時處理。,通過手機和防盜主機的雙向通訊，不僅可以對車輛進行全球遙控，全球監(jiān)聽，全球監(jiān)控，實現(xiàn)防搶、尋車、反劫持，還可以及時鎖死引擎，,（4）網(wǎng)絡式防盜器,,,,2．汽車防盜裝置的構思和工作原理,（1）基本構思,當利用非正常的手續(xù)侵入車廂，進行車輛移動時，能立即進行檢測與報警并阻止發(fā)動機起動和行駛。,汽車進行驗明身份的鑒定，當與驗明身份不相符合時，會禁止操縱控制發(fā)動機，這種裝置簡稱“阻行器”（Immobiliser）,,,,（2）防盜報警裝置的調(diào)置方法,調(diào)置方法可分為主動式與被動式兩種。,主動式是指用于裝置起動（set）需要駕車者進行特別的操作方式,被動方式則是對駕車者不要求特別操作，當車門關閉后，防盜報警裝置能自動進行工作，不會發(fā)生忘記調(diào)置的偏漏。,,,,3．防盜裝置的功能和車上布置,防盜裝置的功能構成圖,,,,防盜裝置在車輛上布置圖,,,,4．防止被盜車輛自走行駛裝置——阻行器（Immobiliser）,國外市場上的阻行器可分為4種：,①采用鍵開關方式（ON／OFF）的阻行器；②使用電波遙控鍵方式阻行器；③電阻鍵方式的阻行器；④繼電器（Transponder）方式的阻行器。,,,,鍵開關方式阻行器,,,,遙控鍵方式阻行器,,,,電阻鍵方式阻行器,,,,繼電器方式阻行器,,,,5．汽車防盜裝置的技術發(fā)展動向,由于車輛的維修、防盜裝置的構造逐漸被公開，盜車者又會使用新的盜車手段，因此必須不斷開發(fā)新型防盜裝置。,可以預見，防盜裝置正在向高智能、更安全方向發(fā)展，特別是開發(fā)被動式、無誤動作、低成本、可靠性高的防盜裝置。,