信号检测理论与技术-第一章

1信号检测理论与技术东南大学自动化学院2绪论1检测技术的地位与作用2现代检测系统的组成3现代检测系统的分类4检测技术的发展趋势5课程主要内容31检测技术的地位与作用定义：检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量。4石化行业的自动控制：液位、温度、压力、流量等检测。5生产加工过程参数监测切削力测量机床振动测量转速、扭矩测量温度测量机架及受力件的应力测量电机参数测量等。6扭距测量7尺寸测量Chameleon7107三坐标测量机美国布朗·夏普公司制造测量范围:650×1000×6508零件的识别与定位自动连接引线、对准芯片和封装；自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。9芯片管脚检测芯片定位10据统计：大型发电机组需要3000只传感器及其配套监测仪表；大型石油化工厂需要6000只传感器及其配套监测仪表；一个钢铁厂需要20000只传感器及其配套监测仪表；一个电站需要5000只传感器及其配套监测仪表；一架飞机需要3600只传感器及其配套监测仪表；一辆汽车需要30～100只传感器及其配套监测仪表。11飞行器状况、姿态、轨迹监测“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器神州飞船：185台（套）仪器装置检测参数——坐标、速度、加速度、温度、压力、振动、应变、航天员的生理参数等。12神州6号成功发射1314酸碱血气分析仪15生活中化学成分的检测酒精检测仪空气质量检测仪16防火和电器安全检测漏电报警器烟雾报警器17主要有流量检测和成分量检测。城市生活污水处理182检测系统的组成191.传感器传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置。感受指定被测参量的变化并按照一定规律转换成一个相应的便于传递的输出信号。20传感器的分类•按被测参量分类：温度传感器等•按工作原理分类：电阻式、电容式等•按输出信号分类：模拟式、数字式21传感器的要求•准确性•稳定性•灵敏度•其他要求222.信号调理对传感器输出的微弱信号进行放大、调制解调、转换、滤波等，以方便检测系统后续处理或显示。23信号调理电路的一般要求•准确转换、稳定放大、可靠地传输信号；•信噪比高，抗干扰性能好。243.数据采集对信号调理后的模拟信号进行采样、量化，将模拟信号转换为数字信号，对转换数据进行存储或传递给微处理器处理。25性能指标•输入模拟电压信号范围；•转换速度（率）；•分辨率，通常以模拟信号输入为满度时的转换值的倒数来表征；•转换误差，通常指实际转换数值与理想A/D转换器理论转换值之差。264.信号处理信号处理模块是现代检测仪表、检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用与功能和人的大脑相类似。信号处理算法：数字滤波器，谱分析信号处理器：单片机、专用高速信号处理器。275.信号显示显示被测参量的瞬时值、累积值或其随时间的变化情况；分类：指示式、数字式和屏幕式。286.信号输出通常把测量值及时传送给监控计算机、可编程控制器（PLC）或其他智能化终端。输出信号通常有4～20mA的电流模拟信号；脉宽调制PWM信号；串行数字通信信号。297.输入设备输入设备是操作人员和检测仪表或检测系统联系的环节，用于输入设置参数、下达有关命令等。最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、条码阅读器等。通过网络或各种通信总线，利用其他计算机或数字化智能终端，实现远程信息和数据输入的方式将会得到更多的应用。308.稳压电源一个检测仪表或检测系统往往既有模拟电路部分，又有数字电路部分，通常需要多组幅值大小各异且稳定的电源。这类电源在检测系统使用现场一般无法直接提供（通常只能提供交流220V工频电源或+24V直流电源），需要设计者根据情况自行设计。31323检测系统的分类1.按被测参量分类：•电工量：电压、电流、功率等。•热工量：温度、热量、流量等。•机械量：位移、力、振动等。•物性和成分量：气体成分、酸碱度等•光学量：光强、辐射能量等•状态量：颜色、透明度等。332.按被测参量的检测转换方法分类•电磁转换:电阻式、压阻式、电感式等•光电转换：光电式、激光式、红外式等•其它能/电转换：声/电转换（超声波式）、辐射能/电转换（X射线式）、化学能/电转换（电化学）等343.按使用性质分类检测仪表按使用性质通常可分为：（1）标准表（2）实验室表（3）工业用表354检测技术的发展趋势•拓展测量范围，提高检测精度•研究集成化、微型化与智能化传感器•重视非接触式检测技术研究•检测系统智能化•虚拟仪器技术36•突破超高温、超低温度、混相流量、脉动流量的实时检测、微差压、超高压在线检测、高温高压下物质成分的实时检测等难题。拓展测量范围，提高检测精度373839•把同一功能敏感器件微型化、多敏感器件阵列化，排成一维的构成线型阵列传感器，排成二维的构成面型阵列传感器。如：电荷耦合器件（CCD）•把不同功能敏感器件微型化再组合构成能检测两个以上参量的集成传感器。如：测量血液中各种成分的多功能传感器•把传感器功能延伸至信号放大、滤波、线性化、电压/电流信号转换电路等。研究集成化、微型化与智能化传感器40•微型化指：应用微米/纳米技术和微机械加工技术，制造微米级敏感元件。•智能化指：制作带微处理器传感器，除具有检测、转换和信息处理功能外，还具有存储、记忆、自补偿、自诊断和双向通信功能。41重视非接触式检测技术研究•光电式传感器•电涡流式传感器•超声波检测仪表•红外检测与红外成像仪器42•检测系统智能化具有系统故障自测、自诊断、自调零、自校准、自选量程、自动测试等功能，强大的数据处理功能，远距离数据通信，可方便接入不同规模的自动检测、控制与管理信息网络系统。43虚拟仪器技术•用PC机＋仪器板卡代替传统仪器•用计算机软件代替硬件分析电路我们的工作445本课程的主要内容检测技术基础知识信号获取•典型参量的检测技术信号调理技术•放大、滤波、调制解调信号处理•数字信号处理45参考书目[1]周杏鹏.现代检测技术，高等教育出版社，2010[2]范云霄等.测试技术与信号处理，中国计量出版社，2006年[3]吴正毅.测试技术与测试信号处理，清华大学出版社1991年[4]张毅等.自动检测技术及仪表控制系统，化学工业出版社2005[5]卢文祥等．工程测试与信息处理(第二版)，华中科技大学出版社，2006年[6]蔡共宣等．工程测试与信号处理，华中科技大学出版社，2006年[7]孟立凡．传感器原理及应用，电子工业出版社，2009