第一篇：現(xiàn)代檢測技術(shù)作業(yè)概要

現(xiàn)代檢測技術(shù)

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2014年12月30日 一 現(xiàn)代檢測技術(shù)的技術(shù)特點和系統(tǒng)的構(gòu)成

1、現(xiàn)代檢測技術(shù)特點

（1）測量過程軟件控制

智能檢測系統(tǒng)可以是新建自穩(wěn)零放大，自動極性判斷，自動量程切換，自動報警，過載保護，非線性補償，多功能測試和自動巡回檢測。由于有了計算機，上述過程可采用軟件控制。測量過程的軟件控制可以簡化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，縮小體積，降低功耗，提高檢測系統(tǒng)的可靠性和自動化程度。（2）智能化數(shù)據(jù)處理

智能化數(shù)據(jù)處理是智能檢測系統(tǒng)最突出的特點。計算機可以方便、快捷地實現(xiàn)各種算法。因此，智能檢測系統(tǒng)可用軟件對測量結(jié)果進行及時、在線處理，提高測量精度。另一方面，智能檢測系統(tǒng)可以對測量結(jié)果再加工，獲得并提高更多更可靠的高質(zhì)量信息。

智能檢測系統(tǒng)中的計算機可以方便地用軟件實現(xiàn)線性化處理、算術(shù)平均值處理、數(shù)據(jù)融合計算、快速的傅里葉變換（FFT）、相關(guān)分析等各種信息處理功能。（3）高度的靈活性

智能檢測系統(tǒng)已以軟件工作為核心，生產(chǎn)、修改、復(fù)制都比較容易，功能和性能指標(biāo)更加方便。而傳統(tǒng)的硬件檢測系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，參數(shù)分散性較大，每次更改都涉及到元器件和儀器結(jié)構(gòu)的改變。（4）實現(xiàn)多參數(shù)檢測與信息融合

智能檢測系統(tǒng)設(shè)備多個測量通道，可以有計算對多路測量通進行檢測。在進行多參數(shù)檢測的基礎(chǔ)上，依據(jù)各路信息的相關(guān)特性，可以實現(xiàn)智能檢測系統(tǒng)的多傳感器信息融合，從而提高檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和容錯性。（5）測量速度快

高速測量時智能檢測系統(tǒng)追求的目標(biāo)之一。所謂高速檢測，是指從檢測開始，經(jīng)過信號放大、整流濾波、非線性補償、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出的全過程所需要的時間。目前，高速A/D轉(zhuǎn)換的采樣速度在2000MHz以上，32位PC機的時鐘頻率也在500MHz以上。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高速顯示、高速打印、高速繪圖設(shè)備也日臻完善。這些都為智能檢測系統(tǒng)的快速檢測提供了條件。（6）智能化功能強

以計算機為信息處理核心的智能檢測系統(tǒng)具有較強的智能功能，可以滿足各類用戶的需要。典型的智能功能有：

1）測量選擇功能

智能檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)量程轉(zhuǎn)換、信號通道和采樣方式的自動選擇，使系統(tǒng)具有對被測量對象的最優(yōu)化跟蹤檢測能力。

2）故障診斷功能

智能檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能較多，系統(tǒng)本身的故障診斷尤為重要，系統(tǒng)可以根據(jù)檢測通道的特性和計算機本身的自診斷能力，檢查個單元故障，顯示故障部位，故障原因和應(yīng)采取的故障排除方法。

3）其他智能功能

智能檢測系統(tǒng)還可以具備人機對話、自校準(zhǔn)、打印、繪圖、通信、專家知識查詢和控制輸出等智能功能。

2、系統(tǒng)的構(gòu)成 現(xiàn)代檢測技術(shù)的一個明顯特點就是傳感器采用電參量、電能量或數(shù)字傳感器以及微型集成傳感器，信號處理采用集成電路和微處理器。

盡管現(xiàn)代檢測儀器和檢測系統(tǒng)的種類、型號繁多，用途、性能千差萬別，但它們的作用都是用于各種物理或化學(xué)成分等參量的檢測，其組成單元按信號傳遞的流程來區(qū)分：通常由各種傳感器（變送器）將非電被測物理或化學(xué)成分參量轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)信號調(diào)理（信號轉(zhuǎn)換、信號檢波、信號濾波、信號放大等）、數(shù)據(jù)采集、信號處理后顯示并輸出（通常有4～20 mA、經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換和放大后的模擬電壓、開關(guān)量、脈寬調(diào)制PWM、串行數(shù)字通信和并行數(shù)字輸出等），由以上設(shè)備以及系統(tǒng)所需的交、直流穩(wěn)壓電源和必要的輸入設(shè)備（如撥動開關(guān)、按鈕、數(shù)字撥碼盤、數(shù)字鍵盤等）便組成了一個完整的檢測（儀器）系統(tǒng)，其各部分關(guān)系如圖0-1所示。

（1）傳感器

傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置。它的作用是感受指定被測參量的變化并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換部分組成；其中，敏感元件為傳感器直接感受被測參量變化的部分，轉(zhuǎn)換部分的作用通常是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為便于傳輸和后續(xù)環(huán)節(jié)處理的電信號。

圖0-1 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)一般組成框圖

例如，半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器能把被測對象受力后的微小變形感受出來，通過一定的橋路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號輸出。這樣，通過測量傳感器輸出電壓便可知道被測對象的受力情況。這里應(yīng)該說明，并不是所有的傳感器均可清楚、明晰地區(qū)分敏感和轉(zhuǎn)換兩部分；有的傳感器已將這兩部分合二為一，也有的僅有敏感元件（如熱電阻、熱電偶）而無轉(zhuǎn)換部分，但人們?nèi)粤?xí)慣稱其為傳感器（如人們習(xí)慣稱熱電阻、熱電偶為溫度傳感器）。

傳感器種類繁多，其分類方法也較多。主要有按被測參量分類法（如溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、荷重傳感器等），按傳感器轉(zhuǎn)換機理（工作原理）分類法（如電阻式、電容式、電感式、壓電式、超聲波式、霍爾式等）和按輸出信號分類法（分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩大類）等。采用按被測參量分類法有利于人們按照目標(biāo)對象的檢測要求選用傳感器，而采用按傳感器轉(zhuǎn)換機理分類法有利于對傳感器做研究和試驗。

傳感器作為檢測系統(tǒng)的信號源，其性能的好壞將直接影響檢測系統(tǒng)的精度和其他指標(biāo)，是檢測系統(tǒng)中十分重要的環(huán)節(jié)。本書主要介紹工程上涉及面較廣、應(yīng)用較多、需求量大的各種物理量、化學(xué)成分量常用的先進的檢測技術(shù)與實現(xiàn)方法以及如何選用合適的傳感器，對傳感器要求了解其工作原理、應(yīng)用特點，而對如何提高現(xiàn)有各種傳感器本身的技術(shù)性能，以及設(shè)計開發(fā)新的傳感器則不作深入研究。通常檢測儀器、檢測系統(tǒng)設(shè)計師對傳感器有如下要求： a.精確性

傳感器的輸出信號必須準(zhǔn)確地反應(yīng)其輸入量，即被測量的變化。因此，傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系； b.穩(wěn)定性

傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時間和溫度而變化，受外界其他因素的干擾影響亦應(yīng)很小，重復(fù)性要好； c.靈敏度

即要求被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號； d.其他

如耐腐蝕性好、低能耗、輸出阻抗小和售價相對較低等。各種傳感器輸出信號的形式也不盡相同，通常有電荷、電壓、電流、頻率等，在設(shè)計檢測系統(tǒng)及選擇傳感器時對此也應(yīng)給予重視。

(2)信號調(diào)理

信號調(diào)理在檢測系統(tǒng)中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)環(huán)節(jié)處理或顯示。例如，工程上常見的熱電阻型數(shù)字溫度檢測（控制）儀表，其傳感器Ptl00的輸出信號為熱電阻值的變化。為便于處理，通常需設(shè)計一個四臂電橋，把隨被測溫度變化的熱電阻阻值轉(zhuǎn)換成電壓信號；由于信號中往往夾雜著50 Hz工頻等噪聲電壓，故其信號調(diào)理電路通常包括濾波、放大、線性化等環(huán)節(jié)。需要遠傳的話，通常采取D／A或V／I電路將獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號后再進行遠距離傳送。檢測系統(tǒng)種類繁多，復(fù)雜程度差異很大，信號的形式也多種多樣，各系統(tǒng)的精度、性能指標(biāo)要求各不相同，它們所配置的信號調(diào)理電路的多寡也不盡一致。對信號調(diào)理電路的一般要求是：

1）能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號； 2）信噪比高，抗干擾性能要好。

（3）數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集（系統(tǒng)）在檢測系統(tǒng)中的作用是對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號進行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的一系列數(shù)值信息，同時以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時傳遞給微處理器或依次自動存儲。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常以各類模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換器為核心，輔以模擬多路開關(guān)、采樣／保持器、輸入緩沖器、輸出鎖存器等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是： 1）輸入模擬電壓信號范圍，單位 V； 2）轉(zhuǎn)換速度（率），單位 次／s；

3）分辨率，通常以模擬信號輸入為滿度時的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來表征；

4）轉(zhuǎn)換誤差，通常指實際轉(zhuǎn)換數(shù)值與理想A／D轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值之差。

（4）信號處理

信號處理模塊是現(xiàn)代檢測儀表、檢測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用和人的大腦相類似?，F(xiàn)代檢測儀表、檢測系統(tǒng)中的信號處理模塊通常以各種型號的單片機、微處理器為核心來構(gòu)建，對高頻信號和復(fù)雜信號的處理有時需增加數(shù)據(jù)傳輸和運算速度快、處理精度高的專用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）或直接采用工業(yè)控制計算機。

當(dāng)然，由于檢測儀表、檢測系統(tǒng)種類和型號繁多，被測參量不同，檢測對象和應(yīng)用場合各異，用戶對各檢測儀表的測量范圍、測量精度、功能的要求差別也很大。對檢測儀表、檢測系統(tǒng)的信號處理環(huán)節(jié)來說，只要能滿足用戶對信號處理的要求，則是愈簡單愈可靠，成本愈低愈好。對一些容易實現(xiàn)且傳感器輸出信號大，用戶對檢測精度要求不高，只要求被測量不要超過某一上限值，一旦越限，送出聲（喇叭或蜂鳴器）、光（指示燈）信號即可的檢測儀表的信號處理模塊，往往只需設(shè)計一個可靠的比較電路，該電路的一端為被測信號，另一端為表示上限值的固定電平；當(dāng)被測信號小于設(shè)定的固定電平值，比較器輸出為低電平，聲、光報警器不動作，一旦被測信號電平大于固定電平值，比較器翻轉(zhuǎn)，經(jīng)功率放大驅(qū)動揚聲器、指示燈動作。這種簡單系統(tǒng)的信號處理就很簡單，只要一片集成比較器芯片和幾個分立元件即可。但對于熱處理和爐溫檢測、控制系統(tǒng)來說，其信號處理電路將大大復(fù)雜化。因為對熱處理爐爐溫測控系統(tǒng)，用戶不僅要求系統(tǒng)高精度地實時測量爐溫，而且需要系統(tǒng)根據(jù)熱處理工件的熱處理工藝制定的時間-溫度曲線進行實時控制（調(diào)節(jié)）。如果采用一般通用的中小規(guī)模集成電路來構(gòu)建這一類較復(fù)雜的檢測系統(tǒng)的信號處理模塊，則不僅構(gòu)建技術(shù)難度很大，而且所設(shè)計的信號處理模塊必然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，性能和可靠性差。

由于微處理器、單片機和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和這類芯片價格不斷降低，對稍復(fù)雜一點的檢測系統(tǒng)（儀器）其信號處理環(huán)節(jié)都應(yīng)考慮選用合適型號的單片機、微處理器、DSP或新近開始推廣的嵌入式模塊為核心來設(shè)計和構(gòu)建（或者由工控機兼任），從而使所設(shè)計的檢測系統(tǒng)獲得更高的性能價格比。

（5）信號顯示

通常人們都希望及時知道被測參量的瞬時值、累積值或其隨時間的變化情況，因此，各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計算出被測參量的當(dāng)前值后通常均需送至各自的顯示器作實時顯示。顯示器是檢測系統(tǒng)與人聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)之一，顯示器一般可分為指示式、數(shù)字式和屏幕式三種。

1）指示式顯示又稱模擬式顯示。被測參量數(shù)值大小由光指示器或指針在標(biāo)尺上的相對位置來表示。用有形的指針位移模擬無形的被測量是較方便、直觀的。指示式儀表有動圈式和動磁式等多種形式，但均有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、顯示直觀的特點，在檢測精度要求不高的單參量測量顯示場合應(yīng)用較多。指針式儀表存在指針驅(qū)動誤差和標(biāo)尺刻度誤差，這種儀表的讀數(shù)精度和儀器的靈敏度等受標(biāo)尺最小分度的限制，如果操作者讀儀表示值時，站位不當(dāng)就會引入主觀讀數(shù)誤差。

2）數(shù)字式顯示以數(shù)字形式直接顯示出被測參量數(shù)值的大小。在正常情況下，數(shù)字式顯示徹底消除了顯示驅(qū)動誤差，能有效地克服讀數(shù)的主觀誤差，（相對指示式儀表）可提高顯示和讀數(shù)的精度，還能方便地與計算機連接并進行數(shù)據(jù)傳輸。因此，各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)正越來越多地采用數(shù)字式顯示方式。

3）屏幕顯示實際上是一種類似電視顯示方法，具有形象性和易于讀數(shù)的優(yōu)點，又能同時在同一屏幕上顯示一個被測量或多個被測量的（大量數(shù)據(jù)式）變化曲線，有利于對它們進行比較、分析。屏幕顯示器一般體積較大，價格與普通指示式顯示和數(shù)字式顯示相比要高得多，其顯示通常需由計算機控制，對環(huán)境溫度、濕度等指標(biāo)要求較高，在儀表控制室、監(jiān)控中心等環(huán)境條件較好的場合使用較多。

（6）輸出 在許多情況下，檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計算出被測參量的瞬時值后除送顯示器進行實時顯示外，通常還需把測量值及時傳送給控制計算機、可編程控制器（PLC）或其他執(zhí)行器、打印機、記錄儀等，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)打印（記錄）輸出。檢測儀表和檢測系統(tǒng)的信號輸出通常有4～20 mA的電流信號，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換和放大后的模擬電壓、開關(guān)量、脈寬調(diào)制PWM、串行數(shù)字通信和并行數(shù)字輸出等多種形式，需根據(jù)測控系統(tǒng)的具體要求確定。

（7）設(shè)備

輸入設(shè)備是操作人員和檢測儀表或檢測系統(tǒng)聯(lián)系的另一主要環(huán)節(jié)，用于輸入設(shè)置參數(shù)，下達有關(guān)命令等。最常用的輸入設(shè)備是各種鍵盤、撥碼盤、條碼閱讀器等。近年來，隨著工業(yè)自動化、辦公自動化和信息化程度的不斷提高，通過網(wǎng)絡(luò)或各種通信總線利用其他計算機或數(shù)字化智能終端，實現(xiàn)遠程信息和數(shù)據(jù)輸入的方式愈來愈普遍。最簡單的輸入設(shè)備是各種開關(guān)、按鈕，模擬量的輸入、設(shè)置，往往借助電位器進行。

（8）穩(wěn)壓電源

一個檢測儀表或檢測系統(tǒng)往往既有模擬電路部分，又有數(shù)字電路部分，通常需要多組幅值大小要求各異但穩(wěn)定的電源。這類電源在檢測系統(tǒng)使用現(xiàn)場一般無法直接提供，通常只能提供交流220 V工頻電源或+24 V直流電源。檢測系統(tǒng)的設(shè)計者需要根據(jù)使用現(xiàn)場的供電電源情況及檢測系統(tǒng)內(nèi)部電路的實際需要，統(tǒng)一設(shè)計各組穩(wěn)壓電源，給系統(tǒng)各部分電路和器件分別提供它們所需的穩(wěn)定電源。

最后，值得一提的是，以上七個部分不是所有的檢測系統(tǒng)（儀表）都具備的，而且對有些簡單的檢測系統(tǒng)，其各環(huán)節(jié)之間的界線也不是十分清楚，需根據(jù)具體情況進行分析。

另外，在進行檢測系統(tǒng)設(shè)計時，對于把以上各環(huán)節(jié)具體相連的傳輸通道，也應(yīng)給予足夠的重視。傳輸通道的作用是聯(lián)系儀表的各個環(huán)節(jié)，給各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號提供通路。它可以是導(dǎo)線、管路（如光導(dǎo)纖維）以及信號所通過的空間等。信號傳輸通道比較簡單，易被人們忽視，如果不按規(guī)定的要求布置及選擇，則易造成信號的損失、失真或引入干擾等，影響檢測系統(tǒng)的精度。二 簡述現(xiàn)代檢測技術(shù)中數(shù)據(jù)處理內(nèi)容和處理的方法

1、數(shù)據(jù)處理內(nèi)容

主要是測量誤差的分析。

而測量誤差有可以分為隨機誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差。在同一測量條件下，多次重復(fù)測量同一量值時，測量誤差的大小和正負(fù)符號以不可預(yù)知的方式變化，這種誤差叫做隨機誤差，又稱偶然誤差。隨機誤差是由很多復(fù)雜因素的微小變化的總和所引起的，因此分析比較困難。（1）系統(tǒng)誤差

當(dāng)在一定的相同條件下，對同一物理量進行多次測量時，誤差的大小和正負(fù)總保持不變或者誤差按一定的規(guī)律變化，這種誤差叫做系統(tǒng)誤差。引起系統(tǒng)誤差的因素主要有：材料、零部件及工藝缺陷；環(huán)境溫度、濕度、壓力的變化以及其它外界干擾等?？梢岳眯拚祦頊p小或消除系統(tǒng)誤差（2）粗大誤差

在相同的條件下，多次重復(fù)測量同一量時，明顯地歪曲了測量結(jié)果的誤差，稱為粗大誤差，簡稱粗差。粗差是由于疏忽大意，操作不當(dāng)，或測量條件的超常變化而引起的。含有粗大誤差的測量值稱為壞值，所有的壞值都應(yīng)去除，但不是主觀或隨便去除，必須科學(xué)地舍棄。正確的實驗結(jié)果不應(yīng)該包含有粗大誤差。

2、數(shù)據(jù)處理方法

（1）有效數(shù)字和數(shù)據(jù)舍入規(guī)則

1）有效數(shù)字

測量結(jié)果和數(shù)據(jù)處理中，確保幾位有效數(shù)字是很重要的問題，測量結(jié)果既然包含誤差，說明測量值實際就是一個近似值，在記錄測量結(jié)果或者是數(shù)據(jù)運算時取多少有效數(shù)字，應(yīng)該以測量能達到的準(zhǔn)確度為依據(jù)，如果認(rèn)為測量結(jié)果中小數(shù)點后的位數(shù)越多，數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確這是片面的。

2）數(shù)據(jù)舍入規(guī)則

對于位數(shù)很多的的近似數(shù)，當(dāng)有效位數(shù)確定以后，其后面多余的數(shù)組應(yīng)舍去，而保留的有效數(shù)字最末以為數(shù)字應(yīng)按下面的舍入規(guī)則進行湊整。

① 若舍去部分的數(shù)值小于保留部分末位的半個單元，則末位不變。②若舍去部分的數(shù)值大于保留部分末位的半個單元，則末位加1。

③若舍去部分的數(shù)值等于保留部分末位的半個單元，則末位湊成偶數(shù)，即末位為偶數(shù)時不變，末位為奇數(shù)時加1。

（2）數(shù)據(jù)運算規(guī)則

在近似運算中，為保證最后結(jié)果又盡可能公安的準(zhǔn)確度，所有參與運算的數(shù)據(jù)，在有效數(shù)字后可多保留一位數(shù)組作為參考數(shù)字，或稱為安全數(shù)字。

1）在加減運算時，各運算數(shù)據(jù)以小數(shù)位數(shù)最少的數(shù)據(jù)位數(shù)為準(zhǔn)，其余各數(shù)據(jù)可多取一位小數(shù)，單最后結(jié)果應(yīng)與小數(shù)位數(shù)最少的數(shù)據(jù)小數(shù)位相同。

2）在乘除運算時，個運算數(shù)據(jù)應(yīng)以有效位數(shù)最少的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，其余各數(shù)據(jù)要比有效位數(shù)最少的數(shù)據(jù)位數(shù)多取一位數(shù)字，而最后結(jié)果應(yīng)與有效位數(shù)最少的數(shù)據(jù)位數(shù)相同。3）在平方或開平方運算時，平方相當(dāng)于乘法運算，開方是平方的逆運算，故可以按照乘除法運算處理。

4）在對數(shù)運算時，n位有效數(shù)字的數(shù)據(jù)應(yīng)該是用n位對數(shù)表，或用n+1位對數(shù)表，以免損失精度。）三角函數(shù)運算中，所取函數(shù)值得位數(shù)應(yīng)隨角度誤差的減小而增多。

（3）最小二乘法

最小二乘算法的基本原理是將輸入數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)計好的含有非周期分量和某些諧波分量的函數(shù)按最小二乘法原理進行擬合,從中求出輸入信號中所包含的基頻分量和各種諧波分量的幅值和相角。為便于下面的分析和計算,假設(shè)系統(tǒng)故障的暫態(tài)電流包含有衰減性直流分量和小于6次諧波的各種整數(shù)次諧波分量,則可給定電流表達式: 在我們研究兩個變量(x, y)之間的相互關(guān)系時，通常可以得到一系列成對的數(shù)據(jù)(x1, y1、x2, y2...xm , ym)；將這些數(shù)據(jù)描繪在x-y直角坐標(biāo)系中(如圖1), 若發(fā)現(xiàn)這些點在一條直線附近，可以令這條直線方程如(式1-1)。

Y計= a0 + a1 X(式1-1)其中：a0、a1 是任意實數(shù)

為建立這直線方程就要確定a0和a1，應(yīng)用《最小二乘法原理》，將實測值Yi與利用(式1-1)計算值(Y計=a0+a1X)的離差(Yi-Y計)的平方和〔∑(YiY計)2(式1-2)

把(式1-1)代入(式1-2)中得:

φ = ∑(Yia1 Xi)2(式1-3)

當(dāng)∑(Yi-Y計)平方最小時，可用函數(shù) φ 對a0、a1求偏導(dǎo)數(shù)，令這兩個偏導(dǎo)數(shù)等于零。

亦即：

m a0 +(∑Xi)a1 = ∑Yi(式1-6)

(∑Xi)a0 +(∑Xi2)a1 = ∑(Xi, Yi)(式1-7)

得到的兩個關(guān)于a0、a1為未知數(shù)的兩個方程組，解這兩個方程組得出：

a0 =(∑Yi)/ m(∑Xi ∑Yi)] / [n∑Xi2-(∑Xi)2)](式1-9)這時把a0、a1代入(式1-1)中, 此時的(式1-1)就是我們回歸的元線性方程即：數(shù)學(xué)模型。

反映了除y與x存在直線關(guān)系以外的一切因素（包括x對y的非線性影響及其他一切未加控制的隨機因素）所引起的y的變異程度，稱為離回歸平方和或剩余平方和，所以要求它最小，即其它影響因素最小。

反映了y的總變異程度，稱為y的總變異平方和。

最小二乘法是處理各種觀測數(shù)據(jù)進行測量平差的一種基本方法。

如果以不同精度多次觀測一個或多個未知量，為了求定各未知量的最可靠值，各觀測量必須加改正數(shù)，使其各改正數(shù)的平方乘以觀測值的權(quán)數(shù)的總和為最小。因此稱最小二乘法。

一般線性情況

若含有更多不相關(guān)模型變量t1,...,tq，可如組成線性函數(shù)的形式

即線性方程組

通常人們將tij記作數(shù)據(jù)矩陣 A，參數(shù)xj記做參數(shù)矢量x，觀測值yi記作b，則線性方程組又可寫成：

即 Ax = b 上述方程運用最小二乘法導(dǎo)出為線性平差計算的形式為：

三 簡述信息處理的內(nèi)容和算法

對信息處理實質(zhì)就是對信號處理

為了深入了解信號的物理實質(zhì)，將其進行分類研究是非常必要的。以不同的角度來看待信號，我們可以將信號分為

1.確定性信號與非確定性信號

2.能量信號與功率信號

3.時限信號與頻限信號

4.連續(xù)時間信號與離散時間信號

5.物理可實現(xiàn)信號

1.1確定性信號與非確定性信號 a)確定性信號

可以用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述的信號稱為確定性信號。它可以進一步分為周期信號、非周期信號與準(zhǔn)周期信號等，如下圖所示。

周期信號是經(jīng)過一定時間可以重復(fù)出現(xiàn)的信號，滿足條件：

x(t)= x(t + nT)式中，T——周期，T=2π/ω0；ω0——基頻；n=0,±1, …。

非周期信號是不會重復(fù)出現(xiàn)的信號。例如，錘子的敲擊力；承載纜繩斷裂時應(yīng)力變化；熱電偶插入加熱爐中溫度的變化過程等，這些信號都屬于瞬變非周期信號，并且可用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述。例如，下圖是單自由度振動模型在脈沖力作用下的響應(yīng)。

準(zhǔn)周期信號是周期與非周期的邊緣情況，是由有限個周期信號合成的，但各周期信號的頻率相互間不是公倍關(guān)系，其合成信號不滿足周期條件，例如 是兩個正弦信號的合成，其頻率比不是有理數(shù)，不成諧波關(guān)系。

這種信號往往出現(xiàn)于通信、振動系統(tǒng)，應(yīng)用于機械轉(zhuǎn)子振動分析，齒輪噪聲分析，語音分析等場合

b)非確定性信號

非確定性信號不能用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述，其幅值、相位變化是不可預(yù)知的，所描述的物理現(xiàn)象是一種隨機過程。例如，汽車奔馳時所產(chǎn)生的振動；飛機在大氣流中的浮動；樹葉隨風(fēng)飄蕩；環(huán)境噪聲等。

1.1 信號的時域分析

信號時域分析又稱之為波形分析或時域統(tǒng)計分析，它是通過信號的時域波形計算信號的均值、均方值、方差等統(tǒng)計參數(shù)。信號的時域分析很簡單，用示波器、萬用表等普通儀器就可以進行分析。1.信號類型確定

信號時域分析(波形分析)的一個重要功能是根據(jù)信號的分類和各類信號的特點 確定信號的類型。然后再根據(jù)信號類型選用合適的信號分析方法。

2.周期T

對周期信號來說，可以用時域分析來確定信號的周期，也就是計算相鄰的兩個信號波峰的時間差。

3.均值

均值E[x(t)]表示集合平均值或數(shù)學(xué)期望值．基于隨機過程的特性，可用時間間隔T內(nèi)的幅值平均值表示，即

4.均方值

信號x(t)的均方值E[x2(t)]，或稱為平均功率，其表達式為：

值表達了信號的強度，其正平方根值，又稱為有效值，也是信號的平均能量的一種表達。在工程信號測量中一般儀器的表頭示值顯示的就是信號的均方值。

5.方差

信號x(t)的方差定義為：

稱為均方差或標(biāo)準(zhǔn)差?？梢宰C明，描述了信號的波動量；

描述了信號的靜態(tài)量。

方差反映了信號繞均值的波動程度。

1.3 信號的相關(guān)分析 1.3.1 相關(guān)的概念 相關(guān)是指客觀事物變化量之間的相依關(guān)系，在統(tǒng)計學(xué)中是用相關(guān)系數(shù)來描述兩個變量x，y之間的相關(guān)性的，即：

式中pxy是兩個隨機變量波動量之積的數(shù)學(xué)期望，稱之為協(xié)方差或相關(guān)性，表征了x、y之間的關(guān)聯(lián)程度；、分別為隨機變量x、y的均方差，是隨機變量波動量平方的數(shù)學(xué)期望。

自然界中的事物變化規(guī)律的表現(xiàn)，總有互相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象，不一定是線形相關(guān)，也不一定是完全無關(guān)，如：人的身高與體重，吸煙與壽命的關(guān)系。

2.4 信號的幅值分析

信號的幅值分析包括信號的幅值概率密度函數(shù)和幅值概率分布函數(shù)，它反映了幅值信號落在不同強度區(qū)域的概率情況。

a)概率密度函數(shù)

隨機信號的概率密度函數(shù)定義為：

對于各態(tài)歷經(jīng)過程：

b)概率分布函數(shù)

概率分布函數(shù)是信號幅值小于或等于某值R的概率，其定義為：

概率分布函數(shù)又稱之為累積概率，表示了落在某一區(qū)間的概率，亦可寫為：

典型信號的概率密度函數(shù)和概率分布函數(shù)如下圖所示：

1.5 信號的表述

1.5.1 周期信號的表述

一般周期信號可以利用傅里葉級數(shù)展開成多個乃至無窮多個不同頻率的諧波信號的線性疊加。傅里葉級數(shù)展開式包含三角函數(shù)展開式、復(fù)指數(shù)展開式。

1三角函數(shù)展開式

.對于滿足狄里赫勒條件：函數(shù)在(-T/2，T/2)區(qū)間連續(xù)或只有有限個第一類間斷點，且只有有限個極值點的周期信號，均可展開成：

式中常值分量、余弦分量幅值、正弦分量幅值分別為

式中：a0，an，bn為傅里葉系數(shù)；T0 為信號的周期，也是信號基波成份的周期；

ω0=2π/T0為信號的基頻, nω0為n次諧頻。由三角函數(shù)變換，可將式中的正、余弦同頻項合并

式中：常值分量 A0=a0 各諧波分量的幅值

各諧波分量的初相角

2、復(fù)指數(shù)展開式 利用歐拉公式

2.6 信號的頻譜分析

信號頻譜分析是采用傅立葉變換將時域信號x(t)變換為頻域信號X(f)，從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征。時域信號x(t)的傅氏變換為：

式中X(f)為信號的頻域表示，x(t)為信號的時域表示，f為頻率。傅里葉變換的主要性質(zhì)

傅里葉變換是信號分析與處理中，時域與頻域之間轉(zhuǎn)換的基本數(shù)學(xué)工具。掌握傅里葉變換的主要性質(zhì)，有助于了解信號在某一域中變化時，在另一域中相應(yīng)的變化規(guī)律，從而使復(fù)雜信號的計算分析得以簡化。四 應(yīng)用實例---天然氣管道腐蝕檢測技術(shù)

天然氣管道腐蝕檢測技術(shù) 在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，人們認(rèn)為鋼質(zhì)管道傳輸送危險液體和氣體被認(rèn)為是安全有效的方式，但是隨著時間的推移和管道自身以及周圍環(huán)境的變化，管道會出現(xiàn)不可避免的缺陷，這種隨時間的的積累的缺陷很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生，其表現(xiàn)的形式主要是腐蝕穿孔，鋼制管道腐蝕有內(nèi)腐蝕和外輸入介質(zhì)含有的腐蝕性雜質(zhì)引起管壁均勻減薄等一系列問題。管道外腐蝕是指在外防腐層破壞，陰極保護不完全，被屏蔽情況下放生的。發(fā)生后腐蝕速度與土壤腐蝕性，陰極保護度等因相關(guān)。防腐層失效的主要原因是土壤環(huán)境中含有的化學(xué)，物理破壞，運行條件造成的圖層老化，陰極保護副作用造成圖層剝離，以及外界活動破壞的防腐層。

鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)

鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)是通過裝有無損檢測設(shè)備及數(shù)據(jù)采集、處理和存儲數(shù)據(jù)系統(tǒng)的智能清理管道器，完成對管體的逐級掃描，達到對缺陷檢測的目的。

（1）漏磁法智能清管器

它是通過檢測器是目前應(yīng)用歷史較長、技術(shù)較為完善的設(shè)備，其主要通途在管道穿孔之前確定或掃描因內(nèi)、外腐蝕引起的壁厚變化情況，同時也能檢測出管壁的凹痕等缺陷。

磁通法檢測器一般由三個模塊組成各模塊之間由聯(lián)軸節(jié)連接，而其表現(xiàn)形式主要為腐蝕穿如圖l所示：鋼質(zhì)管道腐蝕有內(nèi)腐蝕

圖1 漏磁通法檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖

第一個模塊為電池模塊，中間為探測漏磁的傳感器模塊，第三個為儀器模塊。漏磁通法檢測的基本原理是建立在鐵磁料的高磁導(dǎo)率這一特性之上的。其檢測的基本原理如圖2所示：

鋼管中因腐蝕而產(chǎn)生缺陷處的磁導(dǎo)率遠小于鋼管的磁導(dǎo)率，鋼管在外加磁場作用下被磁化，當(dāng)鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，此時磁力線均勻分布；當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，并且有一部分磁力線泄漏出鋼管表面，檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁通，就可判斷缺陷是否存在。

漏磁通法適用于檢測中小型管道，可以對各種管壁缺陷進行檢驗，檢測的管壁不能太厚，干擾因素多，空間分辨力低，另外，小而深的管壁缺陷處的漏磁信號要比形狀平滑但很嚴(yán)重的缺陷處的信號大得多，所以漏磁檢測數(shù)據(jù)往往需要經(jīng)過校驗才能使用。檢測過程中當(dāng)管道所采用的材料混有雜質(zhì)時，還會出現(xiàn)虛假數(shù)據(jù)。使用漏磁法檢測管壁厚度時，檢測信號易受到管壁腐蝕缺陷的長度，深度和缺陷形等因素的影響。當(dāng)腐蝕缺陷的面積大于探頭的靈敏區(qū)時，管壁厚度的檢測精度高。但是，當(dāng)腐蝕缺陷的面積小于探頭的靈敏區(qū)時，管壁厚度的檢測精度難以得到保證。

因此，漏磁檢測裝置分為高分辨率和低分辨率兩種。高，低分辨率漏磁檢測裝置的劃分以所用探頭數(shù)的多少或各探頭間的周向間距而定。探頭數(shù)愈多，各探頭之間的周向間距愈小，分辨率愈高，則檢測精度愈高。高分辨率漏磁檢測裝置對槽型缺陷具有良好的檢測效果，對長寬比大于2，寬度小于探頭周向間距的槽型缺陷而言，當(dāng)采用探頭周向間距為30 40mm的漏磁檢測裝置檢測時，壁厚的檢測值明顯偏小。而采用探頭周向間距為8ram的漏磁檢測裝置再次對這種缺陷進行檢測時，則能精確測量壁厚。

(2)超聲波裂紋檢測儀。

管內(nèi)超聲波在役檢測原理見圖3／多i：示。垂直于管道壁的超聲波探頭對管道壁發(fā)出一組超聲波脈沖后，探頭首先接收到由管道壁內(nèi)表面反射的回波(前波)，隨后接收到由管道壁缺陷或管道壁外表面反射的回波(缺陷波或底波)。于是，探頭至管道壁內(nèi)表面的距離A與管道壁厚度T可以通過前波時間以及前波和缺陷波(或底波)的時間差來確定：

A--tA／2(1)T----tbn,／2(2)式中，t，為第一次反射回波(前波)時間，t。為第二次反射回波(底波或缺陷波)時間，n，為超聲波在介質(zhì)中的聲速，n。為超聲波在管道中的聲速。不過，僅僅根據(jù)管道壁厚度T曲線尚無法判別管道屬內(nèi)壁缺陷還是外壁缺陷，還需要根據(jù)探頭至管道壁內(nèi)表面的距離A曲線來判別。當(dāng)外壁腐蝕減薄時，距離A曲線不變·而當(dāng)內(nèi)壁腐蝕減薄時，距離A曲線與壁厚T曲線呈反對稱。于是，根據(jù)距離A和壁厚T兩條曲線，即可確定管道壁缺陷，并判別管道是內(nèi)壁腐蝕減薄缺陷還是外壁腐蝕減薄缺陷。

(3)渦流檢測技術(shù)。渦流檢測技術(shù)的原理是：在渦流式檢測器的兩個初級線圈內(nèi)通以微弱的電流，使鋼管表面因

圖3管內(nèi)超聲波檢測原理示意圈

電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流，用次級線圈進行檢測。若管壁沒有缺陷，每個初級線圈上的磁通量均與次級線圈上的磁通量相等，由于反相連接，次級線圈上不產(chǎn)生電壓。有缺陷時，磁通發(fā)生紊亂，磁力線扭曲，使次級線圈的磁失去平衡而產(chǎn)生電壓。通過對該電壓的分析，檢測出腐蝕情況。2．2鋼質(zhì)管道外腐蝕檢測技術(shù)國內(nèi)外埋地鋼質(zhì)管道外防腐層檢測技術(shù)方法很多，但就其信號源來說，都可歸納為直流法和交流法兩種。當(dāng)今防腐層狀況檢測技術(shù)大多是通過管道上方地面測量或防腐層性能的間接測試而完成，這里主要介紹兩種地面常用的檢測技術(shù)。

1）Pearson(PS)(皮爾遜)檢測法

Pearson檢測法由美國人Pear-SOn提出。該方法需要在管道與大地之間施加1000 Hz的交流信號，該交流電會在管道防腐層的破損處流向大地，從而在破損點的上方形成交流電壓梯度，其電流密度隨著離防腐層破損點距離的增加而減小。兩名操作者相距3 6m沿管線上方(與探管機配合使用)檢測地面電壓梯度。檢測電極可分別由兩個操作人員的人體代替，用人體對地的耦合電容來檢測電壓梯度信號，并通過鏈?zhǔn)诫娎|傳送到接受裝置，經(jīng)過濾波放大后，由指示儀表指示檢測結(jié)果，故該方法又稱為“人體阻容法”。這種方法具有較高的檢測效率，但鋇9量結(jié)果與操作人員技術(shù)和經(jīng)驗有很大關(guān)系。這時不同的土壤和涂層電阻都能引起信號改變，可能被誤認(rèn)為是涂層缺陷，沒有現(xiàn)場經(jīng)驗的人不易確定涂層缺陷的位置，或者不能確定是否存在有涂層缺陷。該方法具有識別破損點大小的功能，在長輸管道的檢測與運行維護中使用效果較好。

2）多頻管中電流法a℃A母 多頻管中電流法應(yīng)用較為簡便。檢測時將發(fā)射機發(fā)射的檢測信號供入管道如圖4所示，在地面上沿管道記錄管道中各測點流過的電流值，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理即得出檢測結(jié)果。圖形結(jié)果可直接顯示破損點位置，也可定性地判斷各段防腐層的老化狀況。若要定量地測量防腐層的狀況，則可用不同頻率的信號電流進行類似測量，將測量數(shù)據(jù)通過GD．FFW軟件，便算出各段防腐層的絕緣電阻值Rg。參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即可判定防腐層的狀態(tài)級別，檢測的原始數(shù)據(jù)及分析結(jié)果可以作為防腐數(shù)據(jù)庫的原始資料。多頻管中電流法其原理為：當(dāng)

檢測信號從管道某一點供入后，電流會通過管道經(jīng)大地流回發(fā)射機，并在管道流動中隨距離增加而衰減。對于有一定長度的管道，電流 I隨距離x成指數(shù)衰減。

在進行同一組觀測時，頻率是不變的。如果儀器的發(fā)射機及接收機都能提供幾種測試頻率，則可以用幾個不同的頻率對同一管段進行測定，然后解算出所需要的結(jié)果。如果管道內(nèi)的第n點與n+l點之間防腐層出現(xiàn)破損，則部分信號電流將從破損處流人土壤中。因此Idb曲線在這兩點間將有異常的衰減，同時在Y曲線上會出現(xiàn)一個明顯的脈沖形躍變。這就是利用電流的異常衰變確定防腐層破損點的原理。多頻管中電流法就是在不同情況下，以Rg、L、c作為待定變量，以不同頻率耐相同昝道上的不測結(jié)果YI、Y2、Y3等進行反演求解，進而推算出防腐層的絕電阻Rg。參照石油天然氣的行標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)，即可判定防腐狀態(tài)級別。

第二篇：現(xiàn)代檢測技術(shù)總結(jié)報告

現(xiàn)代檢測技術(shù)總結(jié)報告

檢測最基本的作用是延伸、擴展、補充或代替人的視覺、聽覺、觸覺等器官的功能。檢測技術(shù)服務(wù)的領(lǐng)域非常廣泛，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程、國防軍事、環(huán)境保護等方面都有極大的應(yīng)用?？梢哉f只要是自動化的就有檢測技術(shù)。檢測技術(shù)是自動化和信息化的基礎(chǔ)與前提。

從這門課程學(xué)習(xí)內(nèi)容來看，包括傳感器技術(shù)、誤差理論、測量技術(shù)、抗干擾技術(shù)還有電量轉(zhuǎn)換的技術(shù)。在現(xiàn)代檢測儀器和檢測系統(tǒng)的種類、型號、性能千差萬別，但作用都是用于各種物理或化學(xué)成分等參量的檢測。傳感器是檢測系統(tǒng)的起點。傳感器的作用是感受指定被測參量的變化并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號。一般都轉(zhuǎn)換成電信號，這樣信號容易傳輸。

在檢測系統(tǒng)中，測量肯定存在誤差，所以誤差理論的學(xué)習(xí)必不可少。正確認(rèn)識誤差的性質(zhì)，分析誤差的產(chǎn)生原因，以減少甚至消除誤差。正確的處理測量到的數(shù)據(jù)，合理的計算所得結(jié)果，以便在一定條件下得到更接近與真值的數(shù)據(jù)。這樣對于監(jiān)測的量可以的到更精確的值，對于控制系統(tǒng)，可以更好地控制被控對象。

不同的被測對象有不同的測量方法，就算是同一種對象在不同的情況下也有不同的方法。測量技術(shù)的學(xué)習(xí)也不可少。根據(jù)被測對象的特性可以研究出不同的測量方法，以便滿足不同的實際需求。信號在傳輸?shù)臅r候，難免會有各種干擾，抗干擾的技術(shù)的學(xué)習(xí)也很重要。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代檢測系統(tǒng)越來越數(shù)字化、自動化、智能化。特別是在信號處理這一塊，通常以各種單片機、微處理器甚至是工業(yè)控制計算機為核心來構(gòu)建。所以熟悉一些芯片、單片機或者微處理器的功能，并學(xué)會使用，就變得很重要了。

第三篇：作業(yè)環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求 GB 12358概要

作業(yè)環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求 GB 12358-9 國家技術(shù)監(jiān)督局1990-10-11批準(zhǔn)1991-05-01實施 主題內(nèi)容及適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了作業(yè)環(huán)境用氣體檢測報警儀的術(shù)語、分類、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則與標(biāo)志等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于作業(yè)環(huán)境可燃性氣體(含甲烷)、有毒氣體和氧氣檢測報警儀。2 引用標(biāo)準(zhǔn)

GB 2421 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 總則

GB 3836.1 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 通用要求

GB 3836.2 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 隔爆型電氣設(shè)備“d”

GB 3836.4 爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)備“i”

GB 4798.10 電工電子產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件 導(dǎo)言

GB 4857.5 運輸包裝件基本試驗 垂直沖擊跌落試驗條件

GB 5274 氣體分析 校準(zhǔn)用混合氣體的制備 稱量法

GB 5275 氣體分析 校準(zhǔn)用混合氣體的制備 滲透法

術(shù)語

3.1 檢測器

由采樣裝置、傳感器和前置放大電路組成的部件。

3.2 傳感器

將樣品氣體的濃度轉(zhuǎn)換為測量信號的部件。

3.3 指示器

指示氣體濃度測量結(jié)果的部件。

3.4 報警器

氣體濃度達到或超過報警設(shè)定值時發(fā)出報警信號的部件，常用有蜂鳴器、指示燈。

3.5 檢測范圍

報警儀在試驗條件下能夠測出被測氣體的濃度范圍。

3.6 檢測誤差

在試驗條件下，報警儀用標(biāo)準(zhǔn)氣體校正時，指示值與標(biāo)準(zhǔn)值之間允許出現(xiàn)的最大誤差。

3.7 報警誤差

在試驗條件下，報警儀用標(biāo)準(zhǔn)氣體校正時，報警指示值與報警設(shè)定值之間允許出現(xiàn)的最大誤差。

3.8 報警設(shè)定值

根據(jù)有關(guān)法令或標(biāo)準(zhǔn)或現(xiàn)場狀況，報警儀預(yù)先設(shè)定的報警濃度值。

3.9 重復(fù)性

同一報警儀在相同條件下，對同一檢測對象在短時間內(nèi)重復(fù)測定，各指示值間的重合程度。

3.10 穩(wěn)定性

在試驗條件下，報警儀保持一定時間的工作狀態(tài)后性能變化的程度。

3.11 響應(yīng)時間

在試驗條件下，從檢測器接觸被測氣體至達到穩(wěn)定指示值的時間。通常，讀取達到穩(wěn)定指示值90%的時間作為響應(yīng)時間。

3.12 恢復(fù)時間

在試驗條件下，從檢測器脫離被測氣體至恢復(fù)監(jiān)視狀態(tài)的時間。通常，讀取恢復(fù)到穩(wěn)定指示值10%的時間作為恢復(fù)時間。

3.13 監(jiān)視狀態(tài)

報警儀發(fā)出報警前的工作狀態(tài)。

3.14 報警狀態(tài)

報警儀發(fā)出報警時的工作狀態(tài)。

3.15 故障狀態(tài)

報警儀發(fā)生故障不能正常工作的狀態(tài)。

3.16 零氣體

不含被測氣體或其他干擾氣體的清潔的空氣或氮氣。

3.17 標(biāo)準(zhǔn)氣體

成分、濃度和精度均為已知的氣體。4 分類

4.1 按檢測對象分類，有可燃性氣體(含甲烷)檢測報警儀、有毒氣體檢測報警儀、氧氣檢測報警儀。

4.2 按檢測原理分類，可燃性氣體檢測有催化燃燒型、半導(dǎo)體型、熱導(dǎo)型和紅外線吸收型等；有毒氣體檢測有電化學(xué)型、半導(dǎo)體型等；氧氣檢測有電化學(xué)型等。

4.3 按使用方式分類，有便攜式和固定式。

4.4 按使用場所分類，有常規(guī)型和防爆型。

4.5 按功能分類，有氣體檢測儀、氣體報警儀和氣體檢測報警儀。

4.6 按采樣方式分類，有擴散式和泵吸式。5 技術(shù)要求

5.1 結(jié)構(gòu)要求

5.1.1 氣體檢測儀應(yīng)由檢測器和指示器兩部分組成；氣體報警儀應(yīng)由檢測器和報警器兩部分組成； 氣體檢測報警儀應(yīng)由檢測器、指示器和報警器三部分組成。

5.1.2 可燃性氣體檢測報警儀的檢測范圍下限為零，上限應(yīng)大于或等于爆炸下限；有毒氣體檢測報警儀的檢測范圍下限為零，上限應(yīng)大于3倍最高容許濃度；氧氣檢測報警儀用于缺氧檢測，檢測范圍下限為零，上限應(yīng)大于25%體積百分濃度，對于氧氣泄漏檢測，下限為零，上限應(yīng)大于40%體積百分濃度。

5.1.3 便攜式和移動式報警儀，應(yīng)體積小，重量輕、便于攜帶或移動。

5.1.4 固定式報警儀，檢測器應(yīng)具有防風(fēng)雨、防沙、防蟲結(jié)構(gòu)，安裝方便。指示報警器應(yīng)便于安裝、操作和監(jiān)視。

5.1.5 應(yīng)使用耐腐蝕材料制造儀器或在儀器表面進行防腐蝕處理，其涂裝與著色不易脫落。

5.1.6 儀器處于工作狀態(tài)時應(yīng)易于識別。

5.1.7 儀器應(yīng)易于校正。

5.1.8 用于存在易燃、易爆氣體的場所時，應(yīng)具有防爆性能，符合GB 3836.1、GB 3836.2和GB 3836.4，并取得防爆檢驗合格證。

5.1.9 報警儀和檢測報警儀應(yīng)具有有效的報警裝置。

5.2 性能要求

5.2.1 檢測誤差應(yīng)符合表1的要求：

表 1 檢測誤差

檢測對象 指示范圍 檢 測 誤 差 可燃?xì)怏w爆炸下限 爆炸下限±10%以內(nèi)

高于爆炸下限的讀數(shù)

低于爆炸下限的讀數(shù) 讀數(shù)值±25%以內(nèi)

有毒氣體最高容許濃度3倍 ±10%(讀數(shù))以內(nèi)

高于最高容許濃度3倍的讀數(shù) ±10%(F.S.)以內(nèi)

低于最高容許濃度3倍的讀數(shù)±30%(讀數(shù))以內(nèi) 氧 氣缺氧儀0-25% ±0.7(vol.)%(氧含量)以內(nèi)

檢漏儀全刻度范圍±5%(氧含量)以內(nèi)

5.2.2 報警誤差應(yīng)符合表2的要求：

表2 報警誤差

檢測對象報 警 范 圍報 警 誤 差

可燃?xì)怏w在爆炸下限的1/4以下

在測量范圍內(nèi)設(shè)定的任設(shè)定值±25%以內(nèi)

意報警值(1/4-3/4)有毒氣體在容許濃度以下報警

在測量范圍內(nèi)設(shè)定的任意設(shè)定值±25%以內(nèi)

報警值

氧 氣缺氧儀在測量范圍內(nèi)設(shè)定任意報警值 ±1(vol.)%(氧含量)以內(nèi)

檢漏儀任意設(shè)定的報警值±5%(設(shè)定值)以內(nèi)

5.2.3 重復(fù)性應(yīng)符合表3的要求：

表3 重復(fù)性

檢測對象檢測原理誤差

可燃?xì)怏w接觸燃燒型±5%以內(nèi)

有毒氣體電化學(xué)型±5%以內(nèi)

氧 氣電化學(xué)型±3%以內(nèi)

5.2.4 穩(wěn)定性

按6.5進行試驗時，儀器必須符合5.2.1-5.2.2的要求。

5.2.5 儀器使用姿勢的影響

按6.6進行試驗時儀器應(yīng)符合5.2.1-5.2.2的要求。

5.2.6 振動的影響

按6.7進行試驗時儀器應(yīng)符合5.2.1-5.2.2的要求。

5.2.7 檢測響應(yīng)時間與報警響應(yīng)時間

a.可燃?xì)怏w檢測報警儀在進行6.9和6.10中規(guī)定的試驗時，檢測與報警響應(yīng)時間必須在30s以內(nèi)；

b.有害氣體檢測報警儀在進行6.9和6.10中規(guī)定的試驗時，檢測與報警響應(yīng)時間必須在60s以內(nèi)；

c.缺氧檢測報警儀在按6.9和6.10中的規(guī)定進行試驗時，檢測響應(yīng)時間必須在20s以內(nèi)，報警響應(yīng)時間必須在5s以內(nèi)。

氧氣檢漏報警儀在按6.9和6.10中的規(guī)定進行試驗時，其檢測與報警響應(yīng)時間必須在20s以內(nèi)。

5.2.8 溫度的影響

a.按6.11.1中的規(guī)定進行試驗時，檢測報警儀的檢測誤差與報警誤差應(yīng)符合5.2.1-5.2.2的要求；

b.按6.11.2中的規(guī)定進行試驗時，檢測報警儀的檢測響應(yīng)時間和報警響應(yīng)時間應(yīng)在5.2.7中規(guī)定的時間內(nèi)。

5.2.9 電源電壓的影響

檢測報警儀進行6.12中規(guī)定的試驗時，其檢測誤差與報警誤差應(yīng)在5.2.1-5.2.2中規(guī)定的誤差范圍以內(nèi)。

5.2.10 有毒氣體檢測報警儀應(yīng)試驗并說明干擾氣體的影響。6 試驗方法

6.1 試驗條件

除特殊規(guī)定者外，試驗場所的條件按GB 2421實行，即試驗大氣的溫度為15-35℃，相對濕度為45%-75%，氣壓為86-106kPa。

當(dāng)檢測報警儀進入工作狀態(tài)并經(jīng)過廠家指定的穩(wěn)定時間后即可開始試驗。校正儀器時，使用零氣體和標(biāo)準(zhǔn)氣。標(biāo)準(zhǔn)氣配制按GB 5274-5275實際。

6.2 檢測誤差試驗

按廠家規(guī)定對儀器或裝置進行校正。然后，將濃度分別為滿刻度值的60%、1.6倍、3倍容許濃度值或報警設(shè)定值的試驗氣體通入檢測器，記錄指示值并計算出指示值與試驗氣體濃度的差值。

6.3 報警誤差試驗

6.3.1 檢驗缺氧檢測報警儀與氧氣檢漏報警儀時，在與設(shè)定報警相同條件下，將高于設(shè)定報警濃度的氧氣通入檢測器，然后逐漸降低氧氣的濃度，直至發(fā)出警報，計算此時試驗氧氣的濃度與設(shè)定氧氣報警濃度的誤差。

6.3.2 除缺氧檢測報警儀外，檢驗其他氣體報警儀和氣體檢測報警儀時，在與設(shè)定報警相同條件下，應(yīng)將低于設(shè)定報警濃度的被測氣體通入檢測器，然后將試驗氣體的濃度逐漸升高，直至發(fā)生警報，計算此時試驗氣體的濃度與報警設(shè)定值的誤差。

6.4 重復(fù)性試驗

6.4.1 進行氧氣檢測儀和氧氣檢測報警儀的重復(fù)性試驗時，用濃度近似為報警設(shè)定值的氧氣試驗氣體與常規(guī)空氣在同一條件下，交換三次，通入檢測器，計算氧氣試驗濃度與平均指示值的誤差。

6.4.2 進行可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測儀和檢測報警儀的重復(fù)性試驗時，將濃度約為設(shè)定報警值或全量程60%的試驗氣體與常規(guī)空氣或零氣體在同一條件下，交換三次，通入檢測器，計算試驗氣體濃度指示值與其平均值的誤差以及相對平均值。

6.5 穩(wěn)定性試驗

先校正檢測報警儀的指示，設(shè)定報警值，在完成6.2檢測誤差試驗與6.3報警誤差試驗之后分別進行6.5.1與6.5.2的試驗。

6.5.1 使儀器保持工作狀況1h以上，然后，按6.2中規(guī)定的方法檢查檢測誤差。

6.5.2 使儀器保持工作狀況1h以上，然后，按6.3中規(guī)定的方法檢查報警誤差。

6.6 儀器使用姿勢的影響試驗

使儀器處于工作狀態(tài)，以標(biāo)準(zhǔn)使用姿勢為準(zhǔn)，分別前后左右傾斜30°，檢查試驗氣體濃度值與指示濃度值、報警設(shè)定濃度值與實際報警濃度值的誤差。6.7 振動的影響試驗

將儀器固定在振動臺上，以10-55Hz的頻率、0.15mm的振幅、每次3min的掃頻時間進行振動試驗，在垂直方向和水平方向各振動30min。然后按6.2-6.3條進行試驗

6.8 耐沖擊性試驗

在混凝土地面上放置30mm厚的松木板，將檢測報警儀置于板的上方0.1m高處，除保護指示與報警部分外，使處于工作狀態(tài)的儀器下落。然后，檢查試驗氣體的濃度值與指示濃度值，報警設(shè)定濃度值與實際報警濃度差的誤差。

6.9 檢測響應(yīng)時間試驗

對采用吸入式采樣的檢測報警儀，試驗在不接導(dǎo)管的情況下進行。

6.9.1 可燃?xì)鈾z測報警儀，將檢測器暴露在濃度為全量程60%的試驗氣體中，同時記時，測出達到儀器指示出試驗氣體濃度的90%的時間。

6.9.2 有害氣體檢測報警儀，將檢測器暴露在濃度為全量程60%的試驗氣體中，同時記時，測出達到儀器指示出試驗氣體濃度的90%的時間。

6.9.3 氧氣檢測報警儀

a.缺氧檢測報警儀，將檢測器暴露于純氮氣中或在空氣導(dǎo)入口吸入氮氣，測出達到90%的響應(yīng)時間；

b.氧氣檢漏報警儀，將檢測部分暴露于純氮氣中或在空氣導(dǎo)入口吸入氮氣，測出達到90%的響應(yīng)時間。

6.10 報警響應(yīng)時間試驗

6.10.1 可燃?xì)鈾z測報警儀，將檢測器暴露在濃度為報警設(shè)定值1.6倍的試驗氣體中，同時記時，測出發(fā)出警報的時間。

6.10.2 有毒氣體檢測報警儀，將檢測器暴露在濃度為報警設(shè)定值1.6倍的試驗氣體中，同時記時，測出發(fā)出警報的時間。

6.10.3 氧氣檢測報警儀

a.缺氧檢測報警儀，報警濃度設(shè)定值定為18(vol.)%，將檢測器暴露于10(vol.)%的試驗氣體中，同時記時，測出發(fā)出警報的時間；

b.氧檢漏報警儀，報警設(shè)定值定為25(vol.)%，將檢測器暴露于濃度為28(vol.)%的試驗氣體中，同時記時，測出發(fā)出警報的時間；

6.11 溫度變化的影響試驗

6.11.1 檢測誤差試驗和報警誤差試驗在20±2℃下，校正儀器的指示濃度值和報警濃度值。然后將儀器置于40℃的恒溫槽中，1h后，測出在此溫度下的試驗氣體濃度值與指示濃度值，設(shè)定報警濃度值與實際報警濃度值的誤差。再用同樣的方法將儀器置于0℃恒溫槽中，1h后，測出在此溫度下試驗氣體濃度值與指示濃度值，設(shè)定報警濃度值與實際報警值的誤差。

6.11.2 檢測與報警響應(yīng)時間試驗

在進行6.11.1中試驗的同時進行。溫度分別取35℃和15℃，測出對試驗氣體的檢測響應(yīng)時間和報警響應(yīng)時間的變化。

6.12 電源電壓變化的影響試驗

在校正檢測報警儀的指示濃度和報警設(shè)定值后，將主電源的預(yù)定電壓改變±10%，測出試驗氣體濃度值與指示濃度值，報警設(shè)定值與實際報警值之間的誤差。7 檢測規(guī)則

7.1 檢驗分為出廠檢驗和型式檢驗。

7.2 出廠檢驗

7.2.1 出廠檢驗按本標(biāo)準(zhǔn)的5.2.1、5.2.2和5.2.7各項和相應(yīng)的試驗方法逐臺進行。7.2.2 在出廠檢驗中，全部項目均合格的產(chǎn)品為合格產(chǎn)品，有一項不合格者，即為不合格產(chǎn)品。

7.3 型式檢驗

7.3.1 有下列情況之一時，應(yīng)進行型式檢驗：

a.新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定型鑒定；

b.正式生產(chǎn)后，如結(jié)構(gòu)、材料、工藝有較大改變，可能影響產(chǎn)品性能時；

c.正常生產(chǎn)時，定期或積累一定產(chǎn)量后，應(yīng)周期性進行一次檢驗；

d.產(chǎn)品長期停產(chǎn)后，恢復(fù)生產(chǎn)時；

e.出廠檢驗結(jié)果與上次型式檢驗有較大差異時；

f.國家質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出進行型式檢驗的要求時。

7.3.2 型式檢驗應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的逐項進行。

7.3.3 型式檢驗從出廠檢驗的合格品中隨機抽取，樣機不少于3臺。試驗中，檢驗項目全部合格者其型式檢驗合格，有一項不合格者其型式檢驗為不合格。

7.3.4 復(fù)檢規(guī)則

在型檢驗中，如有一臺一項指標(biāo)不合格，對該不合格項應(yīng)加倍抽樣試驗，如該項指標(biāo)仍不合格，則該批產(chǎn)品型式檢驗不合格。對型式檢驗不合格的產(chǎn)品必須在消除缺陷并通過第二次型式檢驗后方可繼續(xù)生產(chǎn)。8 標(biāo)志、包裝、運輸及貯存

8.1 標(biāo)志

8.1.1 每臺檢測報警儀應(yīng)在適當(dāng)位置固定銘牌，其內(nèi)容包括：

a.產(chǎn)品名稱及型號；

b.制造廠廠名或商標(biāo)；

c.測量范圍；

d.制造廠產(chǎn)品編號；

e.出廠日期。

8.1.2 每臺檢測報警儀應(yīng)在適當(dāng)部位印有使用說明及注意事項(如使用期限等)。

8.1.3 包裝箱外部必須注明下列標(biāo)志：

a.制造廠廠名、廠址；

b.產(chǎn)品名稱及型號；

c.產(chǎn)品數(shù)量及凈重、毛重；

d.包裝箱外型尺寸；

e.包裝日期。

8.2 包裝

8.2.1 產(chǎn)品包裝應(yīng)符合GB 4857.5的規(guī)定，必須保證儀器在運輸、存放過程中不受機械損傷，并防潮、防塵。

8.2.2 包裝箱內(nèi)還應(yīng)有下列技術(shù)文件：

a.產(chǎn)品合格證；

b.產(chǎn)品使用說明書；

c.產(chǎn)品備件和附件一覽表。

8.3 運輸

產(chǎn)品在運輸中應(yīng)防雨、防潮、避免強烈的振動與撞擊。

8.4 貯存

產(chǎn)品應(yīng)存放在通風(fēng)、干燥、不含腐蝕性氣體的室內(nèi)。貯存溫度為0-40℃，相對濕度低于85%。

第四篇：現(xiàn)代檢測技術(shù)論文（共）

電磁兼容現(xiàn)場測試中干擾源的自動辨識

姓名： 學(xué)號：

專業(yè)：控制科學(xué)與工程 指導(dǎo)老師：摘 要: 復(fù)雜系統(tǒng)由于上裝設(shè)備眾多，空間狹小，導(dǎo)致電磁兼容(EMC)問題突出。電磁兼容現(xiàn)場測試是解決系統(tǒng)性電磁兼容問題的有效手段，但在國內(nèi)針對電磁兼容現(xiàn)場測試的研究還處于起步階段，對于電磁兼容現(xiàn)場測試中干擾源的自動辨識研究更是少之又少。因此研究電磁兼容現(xiàn)場測試中的干擾源辨識技術(shù)具有重要的意義和工程應(yīng)用價值。本文把電磁兼容現(xiàn)場測試中的干擾源的自動辨識作為研究目標(biāo)。首先對電磁兼容現(xiàn)場測試的需求及特點進行分析，然后借鑒模式識別理論并將其應(yīng)用于電磁兼容現(xiàn)場測試的干擾源辨識，設(shè)計了電磁兼容現(xiàn)場測試干擾源辨識方案。論文結(jié)合電磁兼容現(xiàn)場測試的實際情況，研究了小波消噪、曲線包絡(luò)和曲線延拓等數(shù)據(jù)預(yù)處理算法，提出了峰值、包絡(luò)和諧波等特征的提取方法，形成了原始相關(guān)系數(shù)、峰值相關(guān)系數(shù)和相似離度等相似度評價指標(biāo)。最后構(gòu)建了辨識系統(tǒng)并建立了辨識系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)的管理和共享提供了便利的條件。關(guān)鍵詞： 電磁兼容 現(xiàn)場測試 干擾源辨識 模式識別 1 研究背景和意義

在科學(xué)發(fā)達的今天，廣播、電視、通信、導(dǎo)航、雷達、遙測測控及計算機等迅速發(fā)展，尤其是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以爆炸性方式增長，電磁波利用的快速擴張，產(chǎn)了不斷增長的電磁污染，帶來了嚴(yán)重的電磁干擾。各種電磁能量通過輻射和傳導(dǎo)的途徑，以電波、電場和電流的形式，影響著敏感電子設(shè)備，嚴(yán)重時甚至使電子設(shè)備無法正常工作。上述情況對電子設(shè)備及系統(tǒng)的正常工作構(gòu)成了很大的威脅，因此加強電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計，使之能在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作已成為當(dāng)務(wù)之急。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility, EMC)是設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中，能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。它包括電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)和電磁敏感度(Electromagnetic Susceptibility, EMS)兩個方面。電磁兼容測試是驗證電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計的合理性以及最終評價、解決電子設(shè)備電磁兼容問題的主要手段。通過定量的測量，可以鑒別產(chǎn)品是否符合 EMC 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范，找出產(chǎn)品在 EMC方面的薄弱環(huán)節(jié)。

目前很多國家和組織都制定了相關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，只有符合相關(guān)指標(biāo)要求的電子和電氣產(chǎn)品才能進入市場。要判斷某電子產(chǎn)品是否存在電磁兼容性問題，就需要依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對該產(chǎn)品進行具體的電磁兼容測試

在目前電磁兼容測試中，針對設(shè)備或分系統(tǒng)級的電磁兼容測試與評價有著較為完備的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范體系，不僅規(guī)定了測試所使用的儀器設(shè)備的具體指標(biāo)要求，同時還規(guī)范了測量方案的組成和環(huán)境要求，這是其他標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中所少見的。然而針對系統(tǒng)測試，目前還沒有詳細(xì)具體的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。已經(jīng)了解的標(biāo)準(zhǔn)有美軍標(biāo) MIL-E-6051D《系統(tǒng)電磁兼容性要求》（已等效成國軍標(biāo) GJB1389《系統(tǒng)電磁兼容性要求》），又如美軍標(biāo) MIL-STD-1541A《對航天系統(tǒng)的電磁兼容性要求》等。在這些標(biāo)準(zhǔn)中給出了一些應(yīng)該遵從的原則，但如何將這些原則用于工程，還需要一個實踐的過程。2 電磁兼容現(xiàn)場測試分析及測試方法研究

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子設(shè)備間的電磁兼容問題也日益突出，為了掌握和高這些電子設(shè)備的電磁兼容性，最直接的方法就是對它們進行電磁兼容測試?，F(xiàn)場系統(tǒng)電磁兼容測試作為最能反映系統(tǒng)真實任務(wù)執(zhí)行能力的電磁兼容測試起著非常重要的作用。本章從標(biāo)準(zhǔn)測試和現(xiàn)場測試的區(qū)別、微弱信號測試關(guān)鍵技術(shù)和近場抗飽和測試技術(shù)等方面分析了現(xiàn)場測試的特點和測試方法。2.1 標(biāo)準(zhǔn)測試

在電磁兼容測試中，場地對測試結(jié)果的影響非常明顯。主要原因是場地的差異，即空間直射波與地面反射波的反射影響和接收點不同，造成相互疊加的場強不一致。早期的 CISPR 標(biāo)準(zhǔn)要求電磁兼容測試應(yīng)該在開闊測試場地(OATS)中進行。開闊試驗場的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)是周圍空曠，無反射物體，地面為平坦而導(dǎo)電率均勻的金屬接地表面。場地按橢圓形設(shè)計，場地長度不小于橢圓焦點之間距離的 2倍，寬度不小于橢圓焦點之間距離的 1.73 倍，具體尺寸的大小一般視測試頻率下限的波長而定。實際電磁輻射干擾測試時，EUT 和接收天線分別置于橢圓場地的兩個焦點位置?？紤]到開闊試驗場及屏蔽暗室的建造成本和環(huán)境的限值，國內(nèi)外電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)將 EUT 到接收天線的距離定為 3m 和 10m，俗稱 3m 法和 10m 法。如要滿足 3m 法測量，場地長度不小于 6m 距離，寬度不小于 5.2m 距離；如要滿足 10m 法測量，場地長度不小于 20m 距離，寬度不小于 17.3m 距離。

標(biāo)準(zhǔn) RE102 測試示意圖

2.2 現(xiàn)場測試

標(biāo)準(zhǔn)測試在針對部件級或者設(shè)備級的電磁兼容測試方面具有無可比擬的優(yōu)勢，但是在反映任務(wù)系統(tǒng)的系統(tǒng)性能方面卻有一定的局限性。主要體現(xiàn)在： 1)標(biāo)準(zhǔn)實驗室的測試是針對單個設(shè)備的測試，無法體現(xiàn)上裝環(huán)境下成組設(shè)備工作時的成組特性。

2)標(biāo)準(zhǔn)實驗室內(nèi)的測試由于空間及連接限制，無法體現(xiàn)設(shè)備的實際工作模式。3)標(biāo)準(zhǔn)實驗室中電源采用 LISN 供電，LISN 的阻抗為 50 歐姆標(biāo)準(zhǔn)阻抗，能夠與設(shè)備實現(xiàn)較好的阻抗匹配，無法體現(xiàn)上裝環(huán)境下設(shè)備實際的阻抗特性。2.3近場抗飽和測試技術(shù)

在電磁兼容現(xiàn)場測試中，經(jīng)常會遇到大信號的測量，如針對車載通信系統(tǒng)的無線設(shè)備輻射發(fā)射特性測試。由于電臺的發(fā)射功率較大，測試距離近，很容易導(dǎo)致頻譜儀出現(xiàn)飽和和失真問題，導(dǎo)致測試結(jié)果出現(xiàn)誤差。這主要由于以下兩個原因：（1）測量信號超過頻譜儀的測試動態(tài)范圍，而導(dǎo)致測試結(jié)果的不正確，出現(xiàn)頻譜儀飽和現(xiàn)象；（2）測量信號功率位于頻譜儀非線性失真區(qū)，使測試結(jié)果出現(xiàn)非線性失真的現(xiàn)象。所以需要研究近場抗飽和測試技術(shù)，來減小飽和帶來的誤差。在測試過程中可以使用衰減器防止接收到大功率的信號使得頻譜儀混頻器飽和，給測試帶來誤差。但是使用了寬帶的衰減器引起的問題是：衰減器不僅將大信號進行了衰減，小信號也被衰減以至于小信號可能被噪聲淹沒。為了解決該問題，在測試過程中使用了中心頻率可調(diào)的帶通或帶阻濾波器，該濾波器的功能就是實現(xiàn) EMC 接收機的前端預(yù)選器的功能，使用該濾波器可以防止大功率信號進入頻譜儀，只要在測試過程中將帶阻濾波器的中心頻率調(diào)節(jié)到電臺的發(fā)射頻率即可。2.4 濾波器補償技術(shù)

補償?shù)倪^程首先通過無線設(shè)備發(fā)射特性信息庫讀取電臺發(fā)射特性的測試數(shù)據(jù)、測試的頻率和使用濾波器的情況，然后在濾波器插入損耗庫中查找該頻率使用的濾波器的插入損耗數(shù)據(jù)，通過差值算法將濾波器特性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點和發(fā)射特性的數(shù)據(jù)點相同，然后在經(jīng)過計算獲得最終的結(jié)果。測試中的接收端使用了帶通/帶阻濾波器和寬帶衰減器。在進行寬帶測試時使用寬帶衰減器；在進行電臺基波特性測試時使用帶阻濾波器；在進行電臺諧波測試時使用帶通濾波器。

抗飽和輻射發(fā)射特性測試示意圖 干擾源辨識方案設(shè)計

頻譜測試曲線在電磁兼容故障診斷中發(fā)揮著舉足輕重的地位。在部件級或者設(shè)備級的電磁兼容分析中，經(jīng)驗豐富的電磁兼容工程師往往通過不同頻段的 EUT發(fā)射特性曲線判斷 EUT 出現(xiàn)電磁兼容問題的根源，然后制定抑制方案，最后解決電磁兼容問題。在電子通信系統(tǒng)中，電磁兼容問題日益突出，對系統(tǒng)級的干擾源定位技術(shù)的需求日益迫切。3.1 需求分析

隨著現(xiàn)代通信電子科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電子通信系統(tǒng)正在向集成化、多任務(wù)化、微型化發(fā)展。各種各樣的電子設(shè)備或系統(tǒng)以及其他的電子、電氣設(shè)備越來越密集導(dǎo)致的系統(tǒng)內(nèi)電磁環(huán)境及其復(fù)雜，高密度、寬頻譜的電磁信號充滿整個空間，使電子通信系統(tǒng)受到了嚴(yán)重的考驗，電磁兼容性問題日益突出。以車載通信系統(tǒng)舉例來說，由于車輛的車內(nèi)、車頂空間都非常狹小，在這樣狹小的空間內(nèi)安裝了多部不同頻帶及功能的電臺、計算機、數(shù)字化車通等各種數(shù)字化設(shè)備，存在著多種導(dǎo)致系統(tǒng)電磁兼容（EMC）性能惡化的因素，如：有限頻帶內(nèi)密集的工作頻率，單位體積內(nèi)較大的電磁功率密度，高低電平器件或裝置的混合使用，高靈敏度設(shè)備的使用以及設(shè)備通過供電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、互連系統(tǒng)以及空間輻射產(chǎn)生電磁干擾耦合等。而若干類型的單車系統(tǒng)又可組成一個龐大的、復(fù)雜的電子系統(tǒng)，構(gòu)成靜止?fàn)顟B(tài)的有線與無線通信局域網(wǎng)、運動狀態(tài)的無線通信互連局域網(wǎng)，存在多類通訊天線，會引起頻域和時域的混合干擾，這將使電磁環(huán)境已經(jīng)比較惡劣的有限空間內(nèi)的電磁頻譜更加擁擠、電磁環(huán)境更加惡化，致使系統(tǒng)電磁兼容問題更加復(fù)雜。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，越來越多的工作已經(jīng)能夠使用計算機語言實現(xiàn)。計算機軟件實現(xiàn)的優(yōu)勢在于能夠有效的控制因人員差異造成的評價誤差、運行速度快且穩(wěn)定等優(yōu)點。現(xiàn)代智能模式識別技術(shù)在近些年得到了快速的發(fā)展，在各個領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。在電磁兼容領(lǐng)域，目前自動化測試已經(jīng)較為普及，但是在測試中得到大量的測試數(shù)據(jù)卻難以得到很好的利用，靠人眼分辨測試數(shù)據(jù)效率低下，迫切的需要自動化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。正是在這種需求背景下，本文借鑒模式識別理論提出了適合于計算機實現(xiàn)的干擾源自動辨識技術(shù)。3.2 干擾源辨識方案設(shè)計 3.2.1 模式識別的方法

模式識別(pattern recognition)是當(dāng)前科學(xué)發(fā)展中的一門前沿科學(xué)，也是一門典型的交叉科學(xué)，它的發(fā)展與人工智能、計算機科學(xué)、傳感技術(shù)、信息論、語言學(xué)等科學(xué)的研究水平息息相關(guān)，相輔相成。所謂模式識別是根據(jù)研究對象的特征或?qū)傩?，利用計算機為中心的機器系統(tǒng)運用一定的分析算法認(rèn)定它的類別，系統(tǒng)應(yīng)使分類識別的結(jié)果盡可能地符合真實。模式識別涉及的理論與技術(shù)相當(dāng)廣泛，涉及多種數(shù)學(xué)理論、神經(jīng)心理學(xué)、計算機科學(xué)、信號處理等等。從本質(zhì)上講，模式識別實際上是數(shù)據(jù)處理及信息分析，而從功能上講，可以認(rèn)為它是人工智能的一個分支。針對不同的對象和目的，可以用不同的模式識別理論方法。目前主流的技術(shù)是：統(tǒng)計模式識別、句法模式識別、模糊數(shù)學(xué)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、人工智能方法。

3.2.2 干擾源辨識方案

大型電子通信系統(tǒng)有許多的電子設(shè)備組成，這些設(shè)備在功能上的互補使得系統(tǒng)能夠很好的完成設(shè)計任務(wù)。但是這些設(shè)備在完成任務(wù)的時候又會互相產(chǎn)生電磁干擾，嚴(yán)重的甚至影響到系統(tǒng)完成任務(wù)的能力。電磁兼容測試能夠發(fā)現(xiàn)問題，找尋相關(guān)的干擾源。本文立足于以往的測試數(shù)據(jù)，以模式識別過程為基本導(dǎo)向，研究了一套適用于電磁兼容測試的干擾源辨別方案?；舅枷胧窍冉㈥P(guān)鍵設(shè)備的模板數(shù)據(jù)庫，然后將受擾設(shè)備端的測試結(jié)果作為待辨識數(shù)據(jù)，將其通過干擾源辨識算法和模板庫中的數(shù)據(jù)進行比較，最后辨識出干擾源。

干擾源辨識算法 干擾源辨識關(guān)鍵技術(shù)分析 4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

在使用頻譜儀進行現(xiàn)場測試的過程中，儀器會采集到三種信號的數(shù)據(jù)：有用信號、儀器內(nèi)部噪聲和外界環(huán)境噪聲。數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)的作用正是用于消除噪聲的影響。從信號處理的角度看，小波消噪是一個信號濾波的問題，盡管在很大程度上小波消噪可視為低通濾波，但是由于消噪后，還能成功的保留信號的特征，所以在這一點上，小波消噪方法又優(yōu)于傳統(tǒng)的低通濾波器。由此可見，小波消噪實際上是特征提取和低通濾波的綜合。4.2 特征提取

在電磁兼容測試中，峰值信號是最為關(guān)心的信號。峰值信號所在頻率和相應(yīng)幅值是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的關(guān)鍵信息。峰值的判別可以根據(jù)測試數(shù)據(jù)的單調(diào)性確定。對測試點左右兩側(cè)進行單調(diào)性判斷，如果該測試點的左側(cè)為單調(diào)遞增并且右側(cè)為單調(diào)遞減，則認(rèn)定其為峰值點，否則不是峰值點。但是由實際的測試曲線可知，環(huán)境信號的測試結(jié)果中大部分都不是有用信號，而是頻譜儀的底部噪聲。頻譜儀底噪是在一定范圍內(nèi)波動的隨機數(shù)，若按單調(diào)性的方法進行峰值提取，必然會提取出很多的底噪數(shù)據(jù)，達不到提取干擾信號峰值的效果。所以在進行峰值提取前需要進行噪聲閾值判斷，對于大于該閾值的信號才進行峰值提取。

峰值提取流程圖

4.3 相似度評價

現(xiàn)場電磁兼容的測試能夠通過自動測試軟件得到頻譜特性曲線。干擾源的辨識即是對頻譜特性曲線的辨識。頻譜特性曲線具有整體特性和局部特性，上節(jié)的特征提取技術(shù)已經(jīng)對特征進行了提取，本節(jié)提出相應(yīng)的相似度評價指標(biāo)以滿足干擾源辨識的判別需求。

衡量相似度前，首先需要對電磁兼容測試曲線的特性進行分析。電磁兼容測試曲線辨識最重要特征在于相同頻點或頻段的趨勢一致，而曲線幅值可以具有一定的差異。這是由于測試本身的可重復(fù)性差決定的，例如受試設(shè)備工作條件的微弱改變，測試距離的微弱改變，外界環(huán)境的變化等都可能導(dǎo)致測試的幅值發(fā)生一定的變化。如果采用單一的評價指標(biāo)來衡量電磁兼容測試中的測試曲線的特性，則具有相當(dāng)?shù)木窒扌浴＿@是因為無論是采用相關(guān)系數(shù)、相似離度、包絡(luò)特征或峰值特征等單一特性都不能完整表現(xiàn)測試曲線的特性。所以需要一個綜合的相似指標(biāo)對干擾源辨識結(jié)果進行評價。5 小結(jié)

本文主要研究了電磁兼容現(xiàn)場測試中的干擾源辨識技術(shù)。本文著眼于實際的工程應(yīng)用，首先對電磁兼容現(xiàn)場測試的背景及國內(nèi)外在該項技術(shù)上的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行了研究，指出了進行電磁兼容現(xiàn)場測試的干擾源辨識的重要性和必性。在此基礎(chǔ)上對電磁兼容現(xiàn)場測試的測試方法進行了研究，重點和電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試作比較，闡述了現(xiàn)場測試相對于標(biāo)準(zhǔn)測試的不同點和復(fù)雜性。針對現(xiàn)場測試的特點，提出了微弱信號測試和現(xiàn)場抗飽和測試的測試方法。在對干擾源辨識的需求分析后，借鑒模式識別理論設(shè)計了一套干擾源自動辨識的辨識方案并提出干擾源辨識算法。對于干擾源模板的建立，本文給出了詳細(xì)的測試方法和約束條件。在構(gòu)建干擾源自動辨識系統(tǒng)的過程中突破了以下關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、特征提取技術(shù)和相似度評價技術(shù)。另外本文還存在一些問題有待進一步完善和研究：對干擾源模板的建立，還需要大量測試結(jié)果的驗證并根據(jù)測試結(jié)果對模板的建立方法進行改善和優(yōu)化；干擾源辨識技術(shù)中的特征提取方法還可做進一步研究，以找到其它合適的特征；對于綜合評價指標(biāo)的權(quán)重選擇需要通過大量辨識結(jié)果的驗證和優(yōu)化等。參考文獻

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第五篇：現(xiàn)代檢測技術(shù)論文

學(xué)習(xí)報告

經(jīng)過這學(xué)期現(xiàn)代檢測技術(shù)的學(xué)習(xí)，讓我對檢測技術(shù)有了一個全新的認(rèn)識和理解?，F(xiàn)代檢測技術(shù)的快速發(fā)展，讓我們在軍事、航天、醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、食品等很多領(lǐng)域也取得了巨大的進步。這讓我以前對現(xiàn)代檢測技術(shù)淺薄的認(rèn)識發(fā)生很 大的變化，讓我對現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展充滿信心！

檢測是指在各類生產(chǎn)、科研、試驗及服務(wù)等各個領(lǐng)域，為及時獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實時或非實時地對一些參量進行定性檢查和定量測量。對工業(yè)生產(chǎn)而言，采用各種先進的檢測技術(shù)對生產(chǎn)全過程進行檢查、監(jiān)測，對確保安全生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率，降低能源和原材料消耗，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益是必不可少的。在軍工生產(chǎn)和新型武器、裝備研制過程中更離不開現(xiàn)代檢測技術(shù)，對檢測的需求更多，要求更高。在醫(yī)療領(lǐng)域，用各種先進的醫(yī)療檢測儀器可大大提高疾病的檢查、診斷速度和準(zhǔn)確性，有利于爭取時間，對癥治療，增加患者戰(zhàn)勝疾病的機會。而食品檢測技術(shù)的發(fā)展，讓地溝油、三聚氰胺等不健康物質(zhì)無所遁形。

中國有句古話：“工欲善其事，必先利其器”，用這句話來說明檢測技術(shù)在我國現(xiàn)代化建設(shè)中的重要性是非常恰當(dāng)?shù)?，今天我們所進行的“事”就是現(xiàn)代化建設(shè)大業(yè)，而“器”則是先進的檢測手段?？茖W(xué)技術(shù)的進步、制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展軍隊現(xiàn)代化建設(shè)的大量需求，促進了檢測技術(shù)的發(fā)展，而先進的檢測手段也可提高制造業(yè)、服務(wù)業(yè)的自動化、信息化水平和勞動生產(chǎn)率，促進科學(xué)研究和國防建設(shè)的進步，提高人民的生活水平。

從以上幾點我們可以看出，現(xiàn)代檢測技術(shù)具有非常好的發(fā)展前景。對個人來說，檢測技術(shù)的發(fā)展會給我們提供非常好的就業(yè)機會和發(fā)展前景，尤其對我們測控技術(shù)與儀器這個專業(yè)的作用更大。對社會來說，檢測技術(shù)促進了人類的發(fā)展和進步。

現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展幾乎是與計算機技術(shù)同步、協(xié)調(diào)向前發(fā)展的，計算機技術(shù)是檢測技術(shù)的核心，若脫離開計算機、軟件、網(wǎng)絡(luò)、通信發(fā)展的軌道，檢測技術(shù)產(chǎn)業(yè)就不可能壯大。檢測技術(shù)的發(fā)展主要包括傳感器的發(fā)展、檢測手段的發(fā)展、測量信號處理的發(fā)展。第一、傳感器的發(fā)展：傳感器的作用主要是獲取信息，是信息技術(shù)的源頭。主要發(fā)展方向是面向智能化傳感器、多傳感器、多功能化和高精度化及傳感器的融合。第二、檢測手段的發(fā)展：主要面向硬件功能軟件化、集成模塊化、參數(shù)整定與修改實時化、硬件平臺通用化。第三、測量信號處理的發(fā)展：主要是面向信號處理芯片方向。這些都與我們專業(yè)息息相關(guān)，所以我們更要學(xué)好現(xiàn)代檢測技術(shù)。

當(dāng)然，現(xiàn)代檢測技術(shù)也并不完美，它也有自己的缺點和局限性。在很多領(lǐng)域檢測的誤差還比較大，靈敏度和精確度還需要提高！同時，一些落后的、對人類健康有害的檢測技術(shù)應(yīng)該被更加智能化、人性化的檢測技術(shù)所取代。

在以后的學(xué)習(xí)的生活中，現(xiàn)代檢測技術(shù)對未來各行各業(yè)發(fā)展具有有很大作用。對我們以后的發(fā)展尤為重要，讓我以后對檢測技術(shù)更加的重視。也希望以后能從事這方面的工作并在這個行業(yè)做出自己的貢獻。