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,,第九章自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用,本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：,1、抗干擾技術(shù),5、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用實(shí)例,4、微機(jī)在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用,2、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題,3、傳感器的標(biāo)定與選擇,,,,9－1抗干擾技術(shù),干擾的例子：,電磁信號(hào)干擾器,手機(jī)干擾器,,,,一、干擾的來(lái)源,根據(jù)產(chǎn)生干擾的物理原因，干擾有如下幾種來(lái)源：,1．機(jī)械的干擾,對(duì)于機(jī)械的干擾主要是采用減震措施來(lái)解決，例如應(yīng)用減震彈簧或減震橡皮墊等。,,,,2．熱的干擾,對(duì)于熱的干擾，工程上通常采用：熱屏蔽、恒溫措施、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)、溫度補(bǔ)償元件等方法進(jìn)行抑制。,,,,3．光的干擾,閃電擊中摩天樓,戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射曳光干擾彈,對(duì)于具有光敏作用的元件，應(yīng)注意光的屏蔽問(wèn)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(yīng)注意密封防潮措施。,,,,5．化學(xué)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(qiáng)的電磁干擾信號(hào),電焊也是很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)源,,,,7．射線輻射的干擾,切爾諾貝利核泄漏事故現(xiàn)場(chǎng)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(shí)的效果圖,用于原子能、核裝置等領(lǐng)域內(nèi)的傳感器系統(tǒng)，尤其要注意射線輻射對(duì)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(duì)有用信號(hào)的影響常用信噪比（S/N）來(lái)表示，它是指在信號(hào)通道中，有用信號(hào)功率與噪聲功率之比，或有用信號(hào)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(guò)規(guī)定的電磁干擾信號(hào)。,,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(yáng)耀斑輻射噪聲,,有意發(fā)射干擾源,無(wú)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(chǎng)”兩種形式,1．通過(guò)“路”的干擾,（1）漏電流耦合形成的干擾,（2）傳導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)具有噪聲的環(huán)境時(shí)，即拾取噪聲，并經(jīng)導(dǎo)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(gè)電路共有阻抗，當(dāng)一個(gè)電路中有電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)共有阻抗便在另一個(gè)電路上產(chǎn)生干擾電壓。,2．通過(guò)“場(chǎng)”的干擾,（1）靜電耦合形成的干擾,電場(chǎng)耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合，它是由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容，可使一個(gè)電路的電荷變化影響到另一個(gè)電路。,,,,（2）電磁耦合形成的干擾,（3）輻射電磁場(chǎng)耦合形成的干擾,電磁耦合又稱互感耦合，它是在兩個(gè)電路之間存在互感，一個(gè)電路的電流變化，通過(guò)磁交鏈會(huì)影響到另一個(gè)電路。,輻射電磁場(chǎng)通常來(lái)源于大功率高頻電氣設(shè)備、廣播發(fā)射臺(tái)、電視發(fā)射臺(tái)等。如果在輻射電磁場(chǎng)中放置一個(gè)導(dǎo)體，則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,,,,四、抑制電磁干擾的基本措施,電磁干擾形成的三個(gè)要素為干擾源、干擾途徑以及對(duì)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(duì)電磁干擾的敏感性,以上三個(gè)方面的措施可用疾病的預(yù)防來(lái)比喻，即消滅病菌來(lái)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(shù)（電磁兼容控制技術(shù)）,1．屏蔽技術(shù),（1）靜電屏蔽,靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)圖,,,,（2）電磁屏蔽,收音機(jī)－屏蔽網(wǎng)房,防電腦顯示器輻射的屏蔽罩,,,,程控交換機(jī)屏蔽機(jī)柜,若將電磁屏蔽層接地，則同時(shí)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(shí)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(dá)到雙重屏蔽的目的。,低頻磁屏蔽材料,,,,2．接地技術(shù),（1）地線的種類,,模擬信號(hào)地線,數(shù)字信號(hào)地線,信號(hào)源地線,負(fù)載地線,,,,（2）一點(diǎn)接地原則,①單級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則,單極電路的一點(diǎn)接地,,,,②多級(jí)電路的一點(diǎn)接地原則,多級(jí)電路的一點(diǎn)接地,,,,③傳感器系統(tǒng)的一點(diǎn)接地原則,,,,,,,3．浮置技術(shù),浮置與屏蔽接地相反，是阻斷干擾電流的通路，檢測(cè)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(duì)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(duì)稱電路結(jié)構(gòu)所獲得噪聲相等，并可以在負(fù)載上自行抵消。,,,,5．濾波技術(shù),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(wú)源濾波器或有源濾波器。,濾波器抑制檢測(cè)系統(tǒng)干擾的原理框圖,,,,6．光電耦合技術(shù),光電耦合器是一種電→光→電耦合器件，目前檢測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越多地采用光電耦合器來(lái)提高抗干擾能力。光電耦合器有如下特點(diǎn)：,（1）輸入、輸出回路絕緣電阻高（大于1010Ω）、耐壓超過(guò)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?yàn)楣獾膫鬏斒菃蜗虻模暂敵鲂盘?hào)不會(huì)反饋影響輸入端；,,,,9－2自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題,美國(guó)“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)爆炸瞬間,,,,1．可靠性問(wèn)題的提出,一、可靠性的基本概念,1957年美國(guó)發(fā)表了“軍用電子設(shè)備可靠性”的重要報(bào)告，被公認(rèn)為是可靠性的奠基文獻(xiàn)。現(xiàn)今已發(fā)展成為一門新興的工程學(xué)科。,2．可靠性的基本概念,（1）可靠性的定義,自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)或機(jī)電產(chǎn)品的可靠性，是指在規(guī)定的時(shí)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(shí)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(duì)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(shí)間后的單位時(shí)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(lái)提高產(chǎn)品可靠性。,1．利用失效的規(guī)律來(lái)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(fù)備用系統(tǒng)來(lái)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(gè)相同單元并聯(lián),,,,（3）串并聯(lián)系統(tǒng),總可靠度,m個(gè)串聯(lián)后n個(gè)并聯(lián),,,,（4）并串聯(lián)系統(tǒng),總可靠度,n個(gè)并聯(lián)后m個(gè)串聯(lián),另外還有等待備用系統(tǒng),,,,【例題】設(shè)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(fù)備用系統(tǒng)的可靠度；③并串聯(lián)重復(fù)備用系統(tǒng)的可靠度。,【解】①,②,③,,,,9－3傳感器的標(biāo)定與選擇,一、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn),用試驗(yàn)方法確定傳感器性能參數(shù)的過(guò)程稱為標(biāo)定。標(biāo)定實(shí)際上就是利用某種標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行刻度。,振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)標(biāo)定器,,,,二、傳感器的選擇,1．選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的條件,（1）與測(cè)量條件有關(guān)的因素,（2）與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo),（3）與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素,（4）與購(gòu)買和維修有關(guān)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(duì)傳感器所有技術(shù)要求情況下，成本低廉、工作可靠和容易維修，即所謂性能價(jià)格比要大。,選擇傳感器的一般原則可按下列步驟進(jìn)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(gòu)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(hào)和性能、尺寸。,,,,9－4微機(jī)在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用,微機(jī)與測(cè)量?jī)x器有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成新型的、功能極強(qiáng)、性能可靠的儀器，被稱為智能化儀器。,智能化測(cè)量控制儀,智能化臺(tái)式激光采血儀,,,,一、智能檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成,1．硬件系統(tǒng),智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)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(yàn),（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(shí)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(shí)在屏幕上顯示故障部位。,,,,（4）線性化處理,（5）溫度的補(bǔ)償,（6）數(shù)據(jù)運(yùn)算、比較與處理,（7）數(shù)據(jù)輸出,對(duì)傳感器的非線性可以運(yùn)用軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)非線性校正。,系統(tǒng)受溫度的影響可用軟件來(lái)補(bǔ)償。,測(cè)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(bào)警、控制執(zhí)行元件來(lái)調(diào)整被測(cè)量等。,,,,二、智能檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn),1．改善了性能,減少誤差、溫度補(bǔ)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(dòng)化程度,誤差自補(bǔ)償、操作自動(dòng)化、自報(bào)警、自診斷。,,,,9－5自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)綜合應(yīng)用實(shí)例,一、電阻爐微機(jī)自動(dòng)程序溫度控制系統(tǒng),1．系統(tǒng)完成的測(cè)控任務(wù),自動(dòng)程序溫度控制系統(tǒng)動(dòng)畫演示,,,,2．系統(tǒng)硬件部分,電阻爐微機(jī)自動(dòng)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(cè)與轉(zhuǎn)換,采用雙向晶閘管控制加熱電阻加熱。,,,,（3）單片機(jī)硬件系統(tǒng),（4）鍵盤及顯示,單片機(jī)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(jī)硬件系統(tǒng)。,鍵盤根據(jù)需要只設(shè)置七個(gè)鍵；顯示分兩部分：6位LED顯示器用于運(yùn)行狀態(tài)及溫度、時(shí)間顯示，通過(guò)SB鍵進(jìn)行溫度、時(shí)間顯示轉(zhuǎn)換；6個(gè)發(fā)光二極管分別用于升溫、降溫、恒溫、運(yùn)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(yùn)行程序,運(yùn)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(jī)械式防盜裝置,,汽車防盜種類,芯片式防盜系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng),電子式防盜系統(tǒng),,,,機(jī)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(dòng)、油門或轉(zhuǎn)向盤、變速擋來(lái)達(dá)到防盜的目的，但只防盜不報(bào)警。,優(yōu)點(diǎn)：是價(jià)格便宜，安裝簡(jiǎn)便。,缺點(diǎn)：防盜不徹底，每次拆裝比較麻煩，不用時(shí)還得找地方放置。,（1）機(jī)械式防盜器,,,,電子式（遙控）防盜器,,特點(diǎn)：可遙控防盜器的全部功能，可靠方便，可帶有振動(dòng)偵測(cè)門控保護(hù)及微波或紅外探頭等功能。,原理：主要靠鎖定點(diǎn)火或起動(dòng)來(lái)達(dá)到防盜的目的，同時(shí)具有防盜和聲音報(bào)警功能。,（2）電子式防盜器,,,,無(wú)匙進(jìn)入汽車防盜系統(tǒng),1、無(wú)匙進(jìn)入－感應(yīng)式自動(dòng)開(kāi)關(guān)門鎖,2、身份識(shí)別系統(tǒng)－芯片感應(yīng)啟動(dòng)車輛,3、完備的密碼身份識(shí)別器（電子鑰匙）加密系統(tǒng)－無(wú)法復(fù)制,4、可實(shí)現(xiàn)油路或啟動(dòng)鎖定,5、絕不誤報(bào)警－最先進(jìn)的防沖突技術(shù),6、支持多種觸發(fā)方式,無(wú)匙進(jìn)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(bào)警器,停止車輛運(yùn)行，禁止車輛運(yùn)行等功能，而且車輛還能將自身狀態(tài)傳送給車主，如：語(yǔ)音提示到手機(jī)“震動(dòng)報(bào)警”“車門打開(kāi)”“車已非法啟動(dòng)”，以便車主及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，及時(shí)處理。,通過(guò)手機(jī)和防盜主機(jī)的雙向通訊，不僅可以對(duì)車輛進(jìn)行全球遙控，全球監(jiān)聽(tīng)，全球監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)防搶、尋車、反劫持，還可以及時(shí)鎖死引擎，,（4）網(wǎng)絡(luò)式防盜器,,,,2．汽車防盜裝置的構(gòu)思和工作原理,（1）基本構(gòu)思,當(dāng)利用非正常的手續(xù)侵入車廂，進(jìn)行車輛移動(dòng)時(shí)，能立即進(jìn)行檢測(cè)與報(bào)警并阻止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和行駛。,汽車進(jìn)行驗(yàn)明身份的鑒定，當(dāng)與驗(yàn)明身份不相符合時(shí)，會(huì)禁止操縱控制發(fā)動(dòng)機(jī)，這種裝置簡(jiǎn)稱“阻行器”（Immobiliser）,,,,（2）防盜報(bào)警裝置的調(diào)置方法,調(diào)置方法可分為主動(dòng)式與被動(dòng)式兩種。,主動(dòng)式是指用于裝置起動(dòng)（set）需要駕車者進(jìn)行特別的操作方式,被動(dòng)方式則是對(duì)駕車者不要求特別操作，當(dāng)車門關(guān)閉后，防盜報(bào)警裝置能自動(dòng)進(jìn)行工作，不會(huì)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(gòu)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(guó)外市場(chǎng)上的阻行器可分為4種：,①采用鍵開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(shù)發(fā)展動(dòng)向,由于車輛的維修、防盜裝置的構(gòu)造逐漸被公開(kāi)，盜車者又會(huì)使用新的盜車手段，因此必須不斷開(kāi)發(fā)新型防盜裝置。,可以預(yù)見(jiàn)，防盜裝置正在向高智能、更安全方向發(fā)展，特別是開(kāi)發(fā)被動(dòng)式、無(wú)誤動(dòng)作、低成本、可靠性高的防盜裝置。,