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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,根據產生干擾的物理原因，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場的資料照片,受到核污染的患者,,,,宇宙中超大質量的黑洞天體發(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，由流經絕緣電阻的漏電流所起的噪聲干擾。,當導線經過具有噪聲的環(huán)境時，即拾取噪聲，并經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。通常使用的銅質網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蛇皮管或普通鐵管內，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的矛盾。,（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。現今已發(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)或機電產品的可靠性，是指在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。,,,,（2）可靠度,產品在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的概率，稱為產品的可靠度。顯然，可靠度是對產品可靠性的概率度量。,（3）失效率,產品的失效率是指產品工作到某一時間后的單位時間內產生失效的概率。,,,,二、提高可靠性的措施,除采用可靠性更高的元器件、提高工藝質量外，還可可靠性的規(guī)律來提高產品可靠性。,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）數據采集,（2）故障自診斷及自校驗,（3）數字濾波,數據采集軟件要根據要求確定采樣時間及采樣次數。,從一系列數據中提取逼近真值數據的軟件算法。,系統(tǒng)出現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）數據運算、比較與處理,（7）數據輸出,對傳感器的非線性可以運用軟件技術來實現非線性校正。,系統(tǒng)受溫度的影響可用軟件來補償。,測量數據的輸出包括輸出顯示、打印、通訊等，控制數據的輸出包括報警、控制執(zhí)行元件來調整被測量等。,,,,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、數據處理、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，實現防搶、尋車、反劫持，還可以及時鎖死引擎，,（4）網絡式防盜器,,,,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）防盜報警裝置的調置方法,調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。,