现代检测技术-23时间间隔测量技术pdfx
时间间隔测量技术
时间间隔测量技术一直接计数法测量原理与直接计数法测量频率基本相同, 区别在于测量时间间隔时, 控制电子门的闸门时间等于所测的时间间隔。
内部晶振振通过倍频或分频产生时基。
在电子门打开期间, 时基脉冲进入计数条进行计数。
设所计的数值为 N ,所选的时期为τ0,则所测时间间隔为-1ττN =(5时间间隔测量的不确定度通常用绝对误差表示。
对上式进行微分得dN第一项是晶振频率不准造成的,第二项与测频时一样,仍然是 dN Nd d 00τττ+==±1。
第一项如用频率准确度表示,则有00?0τττττ±?=d N d 00ττττ±?=d (5-2其中:τ—所测时间间隔晶振周期或晶振频率准确度图 5-1ττd —时间间隔测量的直接计数法由±1计数引入的测量不确定度称为测量分辨力。
它等于测量仪所能选用的最小时基τ０。
一般最小的时基为 10ns ,最好的也只到 5ns 。
小于 10ns 的间隔用其他方法测量,目前有三种游标法、内插法和 A/D变换法。
二游标法利用长度测量中游标卡尺的原理。
可用游标法测和Δτ２和Δτ２均小于时基τ0,故测不出,此时Δτ１在图 5-1中, Δτ１的测量为例,如图 5-2所示。
量。
现以Δτ１图 5-2游标法(1但两者之差很小,原来的时基τ０称为主时基, 需要产生一个副时基τ1,用τ1>τ0,即τ１-τ0≤τ０当时间间隔起始脉冲 A 到达时,触发副时基发生器,副时基信号与信号 A 同步,。
随后两个时基同时运行,副时基起始脉冲与随后到来的主时基脉冲间隔即为Δτ１相当于副时基追赶主时基,每追过一个脉冲,两者的间隔就缩短τ１-τ0,当两由τ1>τ0,-τ0 。
此式可从图 5-2中准确得者间隔为零时,一共追过了 N 个脉冲,则Δτ1=N 1(τ１出。
由图中可得11101τττN N =?+(0111τττ-=?N (5-3的测量略有些差异,如图 5-3Δτ２所示图 5-3游标法(2故但τττ?-=?02的测量原理,此时测得值为Δτ, 即(012τττ-=?N按Δτ１-4(01202ττττ--=?N (5目前使用较普遍的美国 HP5370时间间隔计数器用的就是游标法。
《现代检测技术,》课件
声学检测技术
利用声波传播，通过检测回波分 析材料性质。
无损检测技术
使用X射线、射线、火烧等无损 手段检测材料缺陷。
质谱检测技术
利用化学方法将物质分离并分析 物质结构。
应用领域
1 医学领域
疾病检测、医疗影像等。
3 环境保护
水、空气等环保领域。
2 制造业
质量控制、产品检测等。
4 野外探测
矿产勘探、灾害救援等。
现代检测技术
现代检测技术是一种综合性的技术体系，涵盖了各种物理、化学、生物、信 息技术等领域，具有极高的精确度和稳定性，广泛应用于各行各业。
定义
涵盖广泛
包括了物理、化学、生物、信息技术等多个领域。
应用广泛
广泛应用于生产、研发、检测等领域。
特点鲜明
精度高、结果稳定、效率快。
分类
光学检测技术
通过光学原理进行观测、分析、 检测。
全面升级
市场需求将不断推动行业全 面升级，技术将更加成熟、 应用将更加广泛。
多元化
与其他领域的融合将解决更 多需求，将出现更多创新应 用方向。
行业整合
行业市场将逐步实现整合， 市场格局可能发生变化，主 流企业竞争将更为激烈。
优势和不足
优势
• 高精度、高效率 • 非破坏性检测 • 多领域应用
不足
• 高昂成本、设备复杂 • 专业性较强 • 部分技术仍处于初级阶段
市场前景
ห้องสมุดไป่ตู้
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市场需求
各个领域对于检测精度与效率不断提高，对现代检测技术的市场需求日益增长。
2
市场规模
预计2025年全球现代检测技术市场规模将超过1000亿美元，具有良好的发展前 景和广阔的市场空间。
现代检测技术
压电陶瓷在制造时如添加杂质可变化居里温度。加杂质后，晶体其他性能也变化了。
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§2.2 压电换能器－探头
§2.2.1探头旳种类
压电换能器主要由压电晶片构成。
（2）稳定性好(时间稳定性和温度稳定性)。材料进行老化处理老化。 （3）在换能过程中，波形不失真。机械Q值太大，频带宽度窄，产生波形畸变； （4）对振动方式有特殊旳要求，以便在传声媒质中得到所须波型旳超声波(如纵波、
横波、表面波、板波、弯曲波等) 。 （5）使用条件方面旳特殊要求，如防爆、防腐蚀、防辐射、 防漏、
(一) 压电应变常数(发射敏捷度) d33
施加电压 Ua，使厚度增长 ta ，则
d33
ta Ua
[米 伏]
(二) 压电应力常数(接受敏捷度) g33
厚度t 长a
施加压力 P ，晶体产生电压为 U p ，则
g33
Up P
[米 伏2 牛顿]
(三)压电形变常数 h33
施加一定压力，厚度增长ta ，
h33
Up ta
直流电场E
剩余极化强度
电场作用下旳伸长 (a)极化处理前
制作过程： 配料 混合
(b)极化处理中 粉碎 预烧
剩余伸长 (c)极化处理后 成型 烧成 上电极
极化
测试
电极：陶瓷上镀旳一层金属（银、铜、金和镍）薄膜．
极化：在压电陶瓷上加一种强直流电场，使陶瓷中旳电轴沿电场方向取向排列． 未极化旳压电陶瓷因为其中旳电轴取向杂乱排列，不具有压电效应．
如: 锆钛酸铅PZT—5值 Qm <100。
Qm∝ Ra R0
(六) 自然频率
} Ra
R0
：压电体反谐振时旳阻抗 ：谐振时旳阻抗
相差愈大， Qm 愈高。
现代检测技术
《现代检测技术》综述前言:随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步，现代化生产的规模越来越大，管理的形式和方式趋于多样性，管理也更加科学，人们对产品的产量和质量的要求也越来越高，这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。
从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测，从一般的参数的量值测量到参数的状态估计，从确定性的测量到模糊的判断等等，已成为当前检测领域中的发展趋势，正受到越来越广泛的关注，从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法，这些技术和方法统称为现代检测技术。
检测的发展和现代检测技术：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，而工业化的发展则对传统的检测提出了更高的要求，为了保证生产过过程能正常、高效、经济的运行，严格控制生产过程中某些重要的工艺参数（如温度、压力、流量等）进行严格的控制，基于这样的理念现代检测呼之欲出。
1 检测的发展：检测技术是20世纪六十年代发展起来的一门具有广泛应运价值的交叉学科，发展过程经历了三个阶段。
(1)第一阶段是依靠人工为主。
通过专家现场获取设备运行时的感观状态，感知异常的震动、噪声、温度等信息，凭经验确定可能存在何种故障或故障隐患。
(2)第二阶段是信号分析监测与诊断阶段。
随着传感器技术、测量技术以及分析技术的发展，状态监测逐步发展为依靠传感器和测量仪器获取设备的工作参数(如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数)，通过与正常工作状态下的参数进行对比，确定故障点或故障隐患点。
(3)第三阶段是现代化状态监测与故障诊断阶段。
随着信号处理技术、软测量技术、计算机技术和网络技术的发展，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，数据采集工作站采集现场的各种传感器信号，通过计算机网络将数据发送到远程的监测与诊断工作站，利用各种信号处理技术和分析软件对设备状态进行监测。
现代检测技术1
测量中存在累进性系统误差。
用阿卑－赫梅特准则判断，得：
＝0.485
求出均方根误差的平均值：
≈0.076
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1.4.3 随机误差
1）随机误差的统计特性
随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的 基础上，运用统计学方法得出统计规律
变差型系统误差。
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1 系统误差的发现
1）恒定系统误差
校准和对比 改变测量条件 理论计算及分析
2）变值系统误差
累进性系统误差的特点是其数值随着某种因素的变化而不断 增加或减小
累进性系统误差的检查：马利科夫准则，适用于判断、发
现和确定线性系统误差。此准则的实际操作方法是将在同一条
件下顺序重复测量得到的一组测量值
，按序排
列，求得：
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式中：Xi——第i次测量值； n——测量次数； ——全部n次测量值的算术平均值，简称测量均值； νi——第i次测量的残差。
求出它们相应的残差ν1,ν2,…νn, 并将这些残差序列以中 间νk为界分为前后两组分别求和，然后把两组残差和相减， 即
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教学大纲
1.绪论（2学时） 2.先进传感技术（8学时） 3.红外检测技术（10学时） 4.专家系统（4学时） 5.软测量技术（4学时） 6.计算机视觉检测技术（8学时）
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第一章 绪论
1.1 检测的概念
定义：检测是指利用敏感元件或其他获取 手段得到被测量的信息。
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①由被测对象本身引起的误差：性质、状态、条件以及被测
现代检测技术
偿电路、基准电源电路等在内的各个单元它使传感器和集成电路融为一体。
热电偶、热电阻的典型应用
金属表面温度的测量 热电偶炉温控制系统 钢水漏钢预报系统 采用集成温度传感器的数字式温度计 电动机保护器
强度随物质的厚度而变,I=I0e-μΗ，Ｉ、Ｉ０射入介质前和通过介质后的射线强度,μ为介质对 射线的吸收系数,H为介质厚度,I0、μ为常数，只要能测知穿过介质后的射线强度I，则介质的 厚度即物位的高度，可求出。放射源和接收器放置在被测容器旁，由放射源放射出的射线强 度I0 穿过设备和被测介质，由探测器接收并把探测出的射线强度I转换成电信号，经放大器放 大送入显示仪表进行显示
光电高温计
热辐射:任何物体,其温度超过绝对零度,以电磁波的形式向周围辐射能量,其中与物体本身温度有关的 传播热能那部分辐射.
辐射式温度计:把能对被测物体热辐射能量进行检测,来确定被测物体温度的仪表. 光电高温计工作原理:
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压力传感器
弹性式压力传感器：当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件就产生相应变形，根据变形的 大小，可以知道被测压力的数值。如：弹簧管式压力表。霍尔片式远传压力传感器。
声速受到介质的温度、压力影响，造价高。
探头
电容式液位计
将液位的变化转换成电容量的变化，通过测量电容量的大小，来间接测量液位高低的液位测 量仪表。
电极
绝缘套 管
在液体中插入一根带绝缘套管的电极，金属电极作为一个电极， 容器和液体可视为另一个电极，绝缘套管为中间介质，三者组 成圆筒形电容器
《现代检测技术》课件
电学检测技术如电导率法、伏安 法等，可以检测出食品中的农药 残留、重金属含量等有害物质， 保障食品安全。
化学检测技术在环境监测中的应用
化学检测技术利用化学反应原理，可以对环境中的污染物 进行定性和定量分析。
化学检测技术如分光光度法、色谱法等，可以对大气、水 体、土壤等环境中的有害物质进行监测，为环境保护提供 科学依据。
质勘探等领域。
声学检测技术包括超声检测、声发 射检测和次声检测等。
声学检测技术的发展趋势是高精度 、高分辨率和高灵敏度，如超声相 控阵技术和激光超声技术的应用。
电学检测技术
01
电学检测技术是指利用电学原 理对被检测对象进行测量和检
验的技术。
02
电学检测技术具有测量精度高 、稳定性好和可靠性高等优点 ，广泛应用于电子元器件和集 成电路的缺陷检测等领域。
总结词
现代检测技术的应用涉及数据安全、设备安全和人身安全等问题。
详细描述
数据泄露、设备损坏和人身伤害等安全问题给现代检测技术的应用 带来了风险和挑战。
解决方案
建立完善的安全管理制度，加强数据加密、设备维护和人员安全培 训等工作，确保技术应用的安全可靠。
技术人才培养问题
总结词
现代检测技术需要高素质的技术人才进行研发和应用。
技术应用成本问题
总结词
现代检测技术的应用成本较高，给企 业带来经济压力。
详细描述
解决方案
政府和企业可以共同投资研发，降低 技术应用成本；同时，可以通过租赁 、共享设备等方式降低企业一次性投 入成本。
高昂的设备购置成本、维护成本和人 员培训成本使得一些企业在应用现代 检测技术时犹豫不决。
技术应用安全问题
详细描述
目前市场上高素质的技术人才供不应求，成为制约现代检 测技术发展的瓶颈。
《现代检测技术》课程教学大纲(2022版)
1、课程基本信息2、毕业要求与课程目标的关系2.1本课程支撑的毕业要求指标点自动化专业培养方案为本课程设置了3个毕业指标观测点，具体如下：（1）毕业要求观测点1-3：工程知识能够理解和掌握自动化学科相关的基本理论与工程基础知识，用于解决自动化相关领域的复杂工程问题。
（2）毕业要求观测点4-1：研究能够基于科学原理和科学方法在自动化相关领域进行实验设计。
（3）毕业要求观测点6-1：工程与社会熟悉自动化领域相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，能客观分析和评价自动化专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
2.2课程目标根据自动化专业毕业要求指标观测点安排，本课程设置了5个课程知识能力目标（简称：JC-X）。
JC-1目标1：检测技术的基本概念和基础知识了解检测技术在自动化系统中的作用，理解检测系统静态特性指标和动态特性指标的涵义，了解检测系统静动态特性标定过程，熟悉典型传感器的检测原理、接口电路、应用特点和适用条件。
JC-2目标2：掌握基本的检测数据误差分析方法了解系统误差、随机误差、粗大误差的特点和判别方法，掌握绝对误差、相对误差、残差、标准差、标准不确定度、扩展不确定度等不同误差表示形式及计算方法，能够利用计算工具对测量数据进行基本的误差分析。
JC-3目标3：检测系统的架构和设计熟悉检测系统模块组成及模块功能，了解现代检测系统的基本架构形式（独立式、总线式、微机扩展式、虚拟仪器式等）、架构优缺点和系统设计方法。
JC-4目标4：检测技术相关的行业标准和国家/国际标准了解检测仪器仪表相关的行业标准、国家标准和国际标准，能够根据实际应用特点及环境、成本、社会等因素选择合适的检测系统方案，并能客观地分析和评价检测方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
JC-5目标5：培养实事求是的科学态度，树立科学发展观结合课程思政要求，培养学生实事求是的科学态度，树立科学发展观。
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现代检测技术
电子科技大学自动化学院
授课教师：詹惠琴
3.1.2 时间间隔的数字测量
1、时间间隔测量基本方法
2、模拟内插法
3、电压数字转换的内插法
4、时延法
5、等效采样时间扩展法
6、游标法
时间间隔测量意义
•测量脉冲信号宽度和上升时间
•测量2个信号的相位差
•测量集成电路的传输时延
•雷达测距、激光测距：发射信号与接收信号的时间差
•电磁波测量液位、超声波测量流速
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1、时间间隔的数字测量的基本方法•时间间隔和周期的测量方案基本相同
•不同的是此处的门控电路要求根据测量时间间隔，给出起始计数和终止计数两个触发信号。
若时间间隔即门控信号的宽度(闸门时间)为 ，选用时标周期为 ，则计数结果为c
x c x f t T t N .==x t c T
提高测量的分辨率和精度
•量化误差：计数值±1
•分辨率：1/N， N=测量时间×时钟频率•方法（1）提高参考时钟频率
•（2）增加测量时间
2、模拟内插法
2）时间扩展电路
◆
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模拟内插法的时间扩展倍率越大，测时分辨力越高。
但是：K越大，充放电电流相差越大，内插扩时的稳定性、线性度及精度均越难保证，且内插时间也越长。
怎么办？
3、电压数字转换的内插法
用高速A/D转换过程代替了放电过程，极大的减少了转换时间和非线性。
4、时延法
•时延法是一种使用时间延迟技术进行时间测量的方法。
•由于延时法用的延迟线被分成了多个串联的延时单元，各个延时单元按抽头方式输出，故又称为抽头延迟线法。
•由延迟线L1—L N和D触发器DF1—DF N组成。
每个延时单元的延迟时间为τ，D触发器去锁存每个延时单元输出端的状态。
•被测时间间隔的起始信号start加到延时线的输入端，停止信号stop加到每个D触发器的锁存端CK，即用stop信号的上升沿时刻去锁存（采集）start 信号在延迟线中传输的状态。
4、时延法
•延迟线的级数越多，且每级延时越小，则对它插值的分辨力越高。
•这不仅对延迟线提出了要求，而且对D触发器的响应速度也提出了要求。
•目前，采用FPGA实现时延法的分辨力达到100ps量级；
•采用ASIC实现的时延法的分辨力可达20ps量级。
5、等效采样时间扩展法
应用实例：导波雷达液位计利用电磁波的传播来实现液位测量的仪表
6、游标法
游标法的原理
◆数字式游标法实现的原理和游标卡尺的原理相似，是利用相差很微小的两个量，对其量化单位以下的差值进行多次的叠加，直到叠加的值达到一个量化单位为止，通过相关的计算便可以获得较精确的差值。
◆设主时钟频率F 01＝1/T 01和游标时钟F 02＝1/T 02。
F 01>F 02 (T 01<T 02)且F 01和F 02非常接近。
即差值ΔT 0=T 02－T 01很小。
如T 01=10ns ， T 02=11ns ，则ΔT 0=T 02－T 01=1ns 。
•①.时钟频率f01和f02的稳定度要求极高。
•②.当分辨力很高时，f01和f02非常接近，因此两个时钟电路必须进行严格屏蔽，否则可能因为频率牵引而不能正常工作。
•③.要实现高精度和高分辨力，符合电路的工作速度也应该很高。
•由于存在上述一些技术上的难点，因此游标法长期以来未得到实际应用。
•近年来提出的相位锁定型同步触发振荡器解决了上述的一些困难，巧妙地把触发振荡器与锁相环结合起来，使冲击振荡器的信号既能与外触发信号同步又有很高的频率稳定度。