第1章+检测技术概述

1、检测技术基础检测技术基础Fundamentals of Test & Measurement Technology 08/courses/jcjshjch/index.htmhttp:/ 测试与传感技术传感技术重点讲授常见传感器的原理、结构、特性及典型应用，并介绍传感器技术的发展趋势及最新动态。通过该课程的学习，重点使学习者对传感器自身的原理和传感器应用有较为系统和全面的了解，为以后设计测控系统打下良好的基础。传感器课程实践主要内容是进行多种传感测量方法设计和实践，完成若干综合实验，并完成综合实践报告。目的是让学生及时掌握和巩固“传感技术”课程所学的常用传感

2、器的原理及使用方法，并建立构建测试系统的基本概念。检测技术重点讲授检测技术的基本理论和不同被测量的典型测量方法，使学生了解测量方案及系统整体设计的基本过程与步骤，具有检测系统软硬件总体构架方案设计的能力；使学生掌握常用仪器的使用方法和测量数据分析处理方法，能够完成常规的检测任务。测控电路重点讲授测量与控制系统中常见功能电路的工作原理、性能要求及构建方法，再辅以仪表放大系统、光栅信号细分电路、步进电机驱动电路等实用系统的课堂设计，使学生具有基本的测控电路设计能力。3第一章第一章 检测技术概述检测技术概述一、检测的作用与意义一、检测的作用与意义二、检测的基本概念二、检测的基本概念三、检测的本质和前

3、提三、检测的本质和前提四、标准及单位制四、标准及单位制五、五、检测方法和检测系统构成检测方法和检测系统构成六、六、量值传递与溯源量值传递与溯源http:/ 学时学时4历史时代：历史时代：手工化手工化机械化机械化自动化自动化信息化信息化生产方式：生产方式：人与简人与简单工具单工具动力机动力机与机械与机械自动测自动测量控制量控制智能机智能机械装置械装置第一章第一章 检测技术概述检测技术概述一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用1. 信息化是科学技术发展的必然信息化是科学技术发展的必然5 人与机器的机能对应关系人与机器的机能对应关系：一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用62. 信息流是客观世界

4、的一个主流信息流是客观世界的一个主流 物料流物料流 能流能流 信息流信息流客观世界客观世界一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用7信息流组成信息流组成信息流信息流获取传输处理控制信息获取是信息流的一环信息获取是信息流的一环一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用8 获取信息获取信息是仪器科学的基本任务是仪器科学的基本任务 仪器仪表是信息产业的仪器仪表是信息产业的重要组成部分重要组成部分 仪器仪表是信息工业的仪器仪表是信息工业的源头源头一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用93 检测仪器仪表的作用检测仪器仪表的作用一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用 工业生产工业生产 倍增器倍增器 科学

5、研究科学研究 先行官先行官 社社 会会 物化法官物化法官 军军 事事 战斗力战斗力10一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用n工业生产倍增器工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域关键领域在美国：检测技术占在美国：检测技术占4%，拉动经济增长，拉动经济增长66%11检测技术在工业生产领域的应用检测技术在工业生产领域的应用一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.12一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位检测技术在工业生产领域的应用检测技术在工业生产领域的应用离

6、线检测：零件参数、离线检测：零件参数、 尺寸与形位公差、尺寸与形位公差、 品质参数品质参数作作 用：现代工程装备中，用：现代工程装备中， 检测环节的成本约占检测环节的成本约占 5070%13检测技术在汽车中的应用日新月异检测技术在汽车中的应用日新月异一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 汽车传感器

7、：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器，普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 底底 盘：盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车车 身：身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加

8、速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 1415检测技术在日常生活中的应用与日俱增检测技术在日常生活中的应用与日俱增一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位 家用电器：家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器红外测距传感器数字体温计：接触式数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红外传感器红外传感器自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换电话、麦克风：话音转换

9、-驻极电容传感器驻极电容传感器遥控接收：红外检测遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管办公商务：办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取可视对讲、可视电话：图像获取-面阵面阵CCDCCD扫描仪：文档扫描扫描仪：文档扫描-线阵线阵CCDCCD红外传输数据：红外检测红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：医疗卫生：电子血压计：血压检测电子血压计：血压检测 - - 压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 - - 离子传感器离子传感器16一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位n科学研究的先行官科学研究

10、的先行官 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说说“现代科学的进现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展步越来越依靠尖端仪器的发展” 俄国化学家门捷列夫指出俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始科学是从测量开始的的” 近近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达者达38人人17一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位n军事战斗力军事战斗力 1991年海湾战争年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占精确制导炸弹和导弹占8% 2003年伊拉克战争年伊拉克战争 90% 1994年美国防部建立自动测试系统执行局年美国防部建立自动测试系统执行局立

11、体作战立体作战18一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。在发射激光测距仪：可精确的定位目标。在发射2020毫米高爆弹时，激光测距仪可毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。间。19美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD一、检测技术的作用和地位一、检测技

12、术的作用和地位检测技术在国防领域的应用检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统 监测系统监测系统: 探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假弹头，敌友方弹头，敌友方20检测技术在航天领域举足轻重检测技术在航天领域举足轻重一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位飞行器测控飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵检测飞行器姿态、发电机工况，控

13、制与操纵 火箭测控火箭测控 - 检测火箭状况、姿态、轨迹检测火箭状况、姿态、轨迹 21一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器，个传感器，检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应变、 声学、声学、神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置22一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位n“物化法官物化法官” 检查产品质量检查产品质量 监测环境污染监测环境污染 识别指纹假钞识别指纹假钞 查服违禁药物查服违禁药物 侦破刑事

14、案件侦破刑事案件23一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位教学实验、气象预报、大地测教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、绘、灾情预报、交通指挥、涵盖涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空吃穿用、农轻重、海陆空24定义定义：被测信息被测信息：传感器、检测仪器、检测装置、检测系统传感器、检测仪器、检测装置、检测系统全部操作全部操作：检测过程：检测过程：确定被测对象的确定被测对象的属性属性和和量值量值为目的的全部操作为目的的全部操作二、检测的基本概念二、检测的基本概念信号采集、信号处理、信号显示、信号输出信号采集、信号处理、信号显示、信号输出物理量（光、电、力、热、磁、声、物理量（光、

15、电、力、热、磁、声、）被测对象被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ）检测器具：检测器具：化学量（化学量（PH、成份、成份）生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、） 25二、检测的基本概念二、检测的基本概念n检测技术n计量：检定，校准，精确，法制，溯源，标准.n产品检测：认证检测，质量鉴定，合格检测，检测标准.n工程测试：n科学研究：26我们的方向？我们的方向？检测设备研发检测设备研发企业，检测机构，企业，检测机构，研究所研究所检测方法研究检测方法研究计量测试，产品计量测试，产品检测，科学研究检测，科学研究检测数据处理检测数据处理质量认证，体系

16、认证质量认证，体系认证27一、几个网站nhttp:/ 测量的本质和前提 n测量的本质：n采集和表达被测物理量 ；n与标准作比较。 n将度量数字X作为比较量N（标准）的倍数赋予被测量x则有 ：X=xN（1.1）n从量纲上考虑对应上式有下述公式成立 ：d=- d（1.2）d表示量纲。 31n测量的前提：n被测的量必须有明确的定义； n测量标准必须事先通过协议确定。 n没有明确定义 （如：气候的“舒适度”或人的“智力”等 ）的量，在上述的意义上是不可测的。 n基本标准（绝对标准）：彼此相互独立的标准 。n在国际度量衡大会（CGPM：Confrence Gnrale des Poids et Msur

17、es ）上定义了七个基本标准：长度、质量、时间、温度、电流、光强和原子物理中的物质量。 32四、标准及其单位n各国在商业及其它涉及公众利益的范围内都制定有法定计量学的规定条例，这些条例涉及法定计量学的三大范畴：n确定单位和单位制； n确定国家施加影响的范围（测量仪表的校准义务，官方监督职能和校准能力）； n实施校准和官方监督。 n目的：n保证正当竞争 ； n保护公民免遭不公平对待或由不正确计量结果所带来的损害； n保护消费者利益。 33n国际单位制（SI） ：n国际度量衡大会在1960年将大会以前确定的七个基本单位的系统命名为“国际单位制”，国 际 上 统 一 缩 写 为 S I （ S y

18、s t m e International dUnits）。n基本单位：n七个基本单位分别赋于七个基本量，经协议规定认为是彼此独立的 。34国际单位的基本量和基本单位 35SI基本单位的定义n1米被定义为真空中的光在（1/299792458）秒时间内所经过的距离的长度（1983年）。该标准的复制精度可达 10-9 。 n1千克定义为国际千克原型器的质量（1889年），该国际千克原型器是保存在法国巴黎塞夫勒博物馆中的一根铂铱合金圆柱体。其复制精度可达10-9数量级。 n1秒被定义为铯133原子基本态的两个超精细结构能级间跃迁所对应的周期时间的9192631770倍（1967年）。n安培定义为流经

19、在真空中两根平行且相距1m的无限长直导线（其圆横截面可忽略不计）上并能在其每米长导线之间产生0.210-6N的电动力的不随时间变化的电流量（1948年）。 36SI基本单位的定义（续）n1开尔文被定义为水的三态点的热力学温度的273.16分之一（1967年）。 n1坎德拉被定义为在101325N/m2的气压和铂开始凝固的温度下垂直照射在表面积为1/600000m2辐射黑体上的光强（1967年）。 n1摩尔的定义是：一个由确定成份组成的系统。如果它含有粒子的个数等于碳12原子核的（12/1000）kg重量中所含原子的个数，则该系统的物质量为一摩尔（1971年），此处所述的粒子可以是原子、分子、离

20、子和电子等。 37国际单位制的导出单位 导出单位从基本单位出发，用乘、除符号以代数式表达。不同的导出单位有各自专门的各称和专门的单位符号，这些单位名称和单位符号可单独使用。还能和基本单位一起合成进一步的导出单位 。38用基本单位表示的SI导出单位 39五、检测方法及检测系统的构成五、检测方法及检测系统的构成接接口口总总线线存储存储显示显示分析分析监控监控判断判断决策决策一般构成：一般构成：信号检出信号检出信号检出信号检出信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换信号转换信号转换信号转换处理显示处理显示处理显示处理显示处理显示处理显示信号检出：信号检出：功能功能 - 将被测信号的转换为电信号的变化

21、（将被测信号的转换为电信号的变化（detection）器件器件 - 传感器（传感器（sensor, transducer）信号转换：信号转换：功能功能 - 将传感器的输出信号转换为便于处理的形式（将传感器的输出信号转换为便于处理的形式（conversion）器件器件 - 信号调理电路（信号调理电路（signal conditioning circuit）处理显示：处理显示：功能功能 - 分析（分析（analysis）、处理（）、处理（processing）、显示（）、显示（display）通讯接口通讯接口/总线接口总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、 ) 其它环节：其它环节：存

22、储、监控、决策存储、监控、决策 40检测系统构成力力位移位移 速度速度 加速度加速度 压力压力流量流量温度温度电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式 压电式压电式热电式热电式 光电式光电式磁电式磁电式电桥电桥 放大器放大器滤波器滤波器调制器调制器解调器解调器运算器运算器 阻抗变换器阻抗变换器 笔式记录仪笔式记录仪光线示波器光线示波器 磁带记录仪磁带记录仪 电子示波器电子示波器 半导体存储器半导体存储器 显示器显示器 磁卡磁卡 数据处理器数据处理器 频谱分析仪频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪实时信号分析仪 电子计算机电子计算机 被测对象被测对象 传感器传感器 中间变换中间变换测量装置测量装置 显

23、示及显示及 记录装置记录装置 实验结果实验结果处理装置处理装置 激发装置激发装置 41检测方法分类n1. 直接测量直接测量 （绝对测量、相对测量）（绝对测量、相对测量） 间接测量间接测量n2. 开环测量与闭环测量开环测量与闭环测量n3. 偏差法、零位法、微差法偏差法、零位法、微差法n4. 接触测量与非接触测量接触测量与非接触测量n5. 在线测量与离线测量在线测量与离线测量42检测方法分类n1、直接测量与间接测量 直接测量：直接将直接测量：直接将被测量被测量与与标准量标准量进行比较进行比较标准量标准量标准计量单位（如米尺、光栅尺、标准计量单位（如米尺、光栅尺、激光、激光、） 绝对测量绝对测量定值

24、标准量（如某一固定尺寸）定值标准量（如某一固定尺寸） 相对测量相对测量43检测方法分类检测方法分类- 绝对测量：绝对测量：采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值测量结果：测量结果：20.1 mm- 相对测量：相对测量：将被测量直接与基准量比较，得到偏差值将被测量直接与基准量比较，得到偏差值特点：特点：简单、直观、明了；简单、直观、明了； 测量精度不高测量精度不高基准量：基准量：20.00 mm测量值：测量值：+0.08 mm结结 果：果：20.08 mm特点：特点：精度高；复杂、成本高、要求高精度高；复杂、成本高、要求高44检测方法分类 间接测量间接测量如测导线的导电率如测导线的导电率：测量与被测