第一章 检测技术概述

1土木工程测试与分析技术2学习本课程的目的了解土木工程领域中结构与地下工程领域实验技术、检测技术、监测技术及其发展趋势掌握有关土木工程领域中一般物理、力学参量的检测原理、监测方法和分析技术、常用检测仪器的原理及使用方法掌握误差分析、数据处理的的基本理论和基本方法了解并掌握声发射、微震、超声波等现代检测与监测技术及其应用

3本课主要内容（1）测试技术及其发展趋势（2）测试系统及其性能特征分析。包括：精度、准确度、线性特征、灵敏度、误差、漂移等特征。（3）误差分析与数据处理。包括：误差分类及其原因分析、误差识别及其调整、常用数据处理方法、非线性方法等。（4）测力计、位移计工作原理及其应用。包括：测力计、位移计工作原理、刚性实验机、司服实验机工作原理等。（5）常用传感器工作原理及其性能。包括电磁式、压感式、磁弹性等传感器工作原理、工作特性及其应用范围。（6）土木工程无损检测技术简介。包括：混凝土性能检测、钢筋应力检测、岩体应力与完整性检测等技术。（7）结构检测方法USTB4本课主要内容（续）（8）超声波检测原理及其应用。主要介绍超声波检测技术的工作原理、适用领域及其发展动态。（9）声发射检测技术及其应用。重点介绍声发射技术的基本原理、应用领域、分析技术及其发展动态。（10）实验与常用仪器操作技术（11）课堂讨论USTB5考核方式平时成绩（20％）文献阅读报告（30％）专项测试与试验方案设计（50％）USTB6参考书目（1）工程测试技术，孔德仁，朱蕴璞，狄长安编著，科学出版社，2004年2月。（2）土木工程监测技术，夏才初，潘国荣编著，中国建筑工业出版社，2001年7月第一版。（3）岩体测试技术，李造鼎编著，冶金工业出版社。（4）岩石声发射技术概论，秦四清等著，西南交通大学出版社，1993年12月。（5）混凝土声发射性能研究及应用，纪洪广著，煤炭工业出版社，2004年9月。（6）地应力测试原理和技术，蔡美峰著，科学出版社2000年。USTB7第一章检测技术及其发展趋势一、检测的作用与意义二、检测的基本概念三、检测系统构成四、检测方法分类五、现在检测技术的发展趋势六、试验注意事项

USTB8历史时代手工机械化自动化信息化检测方式人与简单工具动力机与机械自动测量控制智能机械装置第一章检测技术概述一、检测的地位和作用1.

信息化是科学技术发展的必然……USTB9

人与机器的机能对应关系：一、检测的地位和作用USTB102.信息流是客观世界的一个主流

物料流能流信息流客观世界一、检测的地位和作用USTB11信息流组成信息流获取传输处理控制…信息获取是信息流的一环一、检测的地位和作用USTB12

获取信息是仪器科学的基本任务仪器仪表是信息获取的重要手段仪器仪表是信息工业的源头测试：测量技术和试验技术检测与监测一、检测的地位和作用USTB133检测仪器仪表的作用一、检测的地位和作用

工业生产倍增器

科学研究先行官

社会物化法官

军事战斗力

土木工程效果预知、结果检验、质量控制、灾害、事故评判USTB14一、检测的地位和作用工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%USTB15检测技术在工业生产领域的应用一、检测的地位和作用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….USTB16一、检测技术的作用和地位检测技术在工业生产领域的应用离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数作用：现代工程装备中，

检测环节的成本约占50~70%USTB17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发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）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：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，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。

底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等USTB18USTB19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

家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测---压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪---离子传感器USTB20一、检测技术的作用和地位科学研究的先行官

诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”

俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”

近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人USTB21一、检测技术的作用和地位军事战斗力1991年海湾战争精确制导炸弹和导弹占8%2003年伊拉克战争90%1994年美国防部建立自动测试系统执行局立体作战USTB22一、检测技术的作用和地位检测技术在军事上的应用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激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20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间。USTB23美国国家导弹防御计划---NMD一、检测技术的作用和地位检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达）4.管理与控制系统5.卫星红外线监测系统

监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；

拦截器：能识别真假弹头，敌友方USTB24检测技术在航天领域举足轻重一、检测技术的作用和地位飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵

火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹

USTB25一、检测技术的作用和地位“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器，检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学、神州飞船：185台（套）仪器装置USTB26一、检测技术的作用和地位“物化法官”

检查产品质量

监测环境污染

识别指纹假钞

查服违禁药物

侦破刑事案件USTB27一、检测技术的作用和地位……教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、……涵盖吃穿用、农轻重、海陆空USTB28定义：被测信息传感器、检测仪器、检测装置、检测系统全部操作检测过程以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作二、检测的基本概念信号采集、信号处理、信号显示、信号输出物理量（光、电、力、热、磁、声、…）被测对象宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体……）检测器具化学量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……USTB29例：空调机测量控制室温二、检测的基本概念空气被测对象被测信息检测器具操作过程室内空气温度温度传感器---热电阻、热电偶热敏电阻电信号处理显示空调机USTB30信号获取信号放大、预滤波量程切换、分时采样、A/D转换等控制中枢智能传感器集成仪器三、检测系统的构成USTB31三、检测系统的构成接口总线存储显示分析监控判断决策一般构成：信号检出┇信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换处理显示处理显示处理显示信号检出：功能---将被测信号的转换为电信号的变化（detection）器件---传感器（sensor,transducer）信号转换：功能---将传感器的输出信号转换为便于处理的形式（conversion）器件---信号调理电路（signalconditioningcircuit）处理显示：功能---分析（analysis）、处理（processing）、显示（display）通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)

其它环节：存储、监控、决策

USTB32检测系统构成力位移

速度

加速度

压力流量温度电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥

放大器滤波器调制器解调器运算器

阻抗变换器

笔式记录仪光线示波器磁带记录仪电子示波器半导体存储器显示器磁卡数据处理器

频谱分析仪

FFT

实时信号分析仪

电子计算机

被测对象

传感器

中间变换测量装置

显示及记录装置

实验结果处理装置

激发装置

某种效应

物理效应化学效应生物效应被测特征和被测量灵敏性、准确性测试环境USTB33四、检测方法分类1.

直接测量（绝对测量、相对测量）间接测量2.

开环测量与闭环测量3.

偏差法、零位法、微差法USTB34四、检测方法分类1、直接测量与间接测量

直接测量：直接将被测量与标准量进行比较标准量标准计量单位（如米尺、光栅尺、激光、……）

绝对测量定值标准量（如某一固定尺寸）

相对测量USTB35四、检测方法分类--绝对测量采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值测量结果：20.1mm--相对测量将被测量直接与基准量比较，得到偏差值特点：简单、直观、明了；测量精度不高基准量：20.00mm测量值：+0.08mm结果：20.08mm特点：精度高；复杂、成本高、要求高USTB36四、检测方法分类

间接测量如测导线的导电率ρ：测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量由计算获得USTB37四、检测方法分类2、开环测量与闭环测量开环测量闭环测量（反馈测量）特点：简单、直观、明了；测量精度不高特点：精度高；复杂、成本高、要求高传感器输入量x输出量y传感器输入量x输出量y放大反响传感器USTB38闭环控制系统:实时数据采集，实时判断决策，实时控制对象感知器件信号调理模数转换

控制器

执行机构功率放大数模转换通信接口

USTB四、检测方法分类39四、检测方法分类3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值微差法：偏差法和零位法的结合补偿测量被测量余数被偿测量的值与标准量大体平衡USTB40四、检测方法分类思考：杆秤、磅称和天平分别属于何种检测方法？USTB41五、现代检测技术发展趋势智能化虚拟化网络化微型化软测量技术421、传感器向新型、微型、智能型方向发展

利用新材料（半导体、陶瓷、有机材料等）、新原理（生物、物理、化学效应等）、新工艺开发出的新型传感器。现代测试技术的发展趋势USTB石墨烯43现代测试技术的发展趋势USTB44现代测试技术的发展趋势USTB45现代测试技术的发展趋势2、测试仪器向高精度、集成化、多功能、在线监测、性能标准化和低价格发展USTB46现代测试技术的发展趋势USTB47现代测试技术的发展趋势3、测量数据处理以计算机为核心，使测量、分析处理、显示及故障预报向自动化、网络化发展USTB48实验中需要注意的五个细节1、记录USTB

人的记忆力是有限的，在做实验的时候，不可能记住做过的每一步。例如实验记录如果不及时写，第二天就会忘记很多，一周之后就完全忘记了。所以做实验一定要做好实验记录。（1）一要及时，否则就会忘记，最好是随时记录。（2）二要详细，因为一个很小的细节可能就是实验失败或者成功的原因，如果没有记下这个细节，实验出问题了就难以找到原因。（3）三要整洁，如果过于潦草，看起来很不方便，需要找相关信息的时候就难以找到。标签一定要详细：包括试剂名称、配置日期、配置者及其它必要信息。在配试剂的时候，为了防止忘记贴标签的情况，应该先贴标签，再加试剂。电子记录有易于检索的优点，对于某些重要信息，可以记录到电子文档（例如word文档）里面。

49测试实验需要注意的五个环节2、核查USTB

很多时候，我实验失败的原因是没有仔细核查。每一个小错误都可能导致实验失败，所以一定要养成仔细核查的习惯。具体来说，在加试剂的时候，一定要仔细核查标签（包括试剂名称、配置日期），是否有沉淀，颜色是否改变等；使用仪器的时候，要核查设置，例如温度、转速、时间设置等。50测试实验需要注意的五个环节3、分装

USTB

谚语说：不要把所有鸡蛋都放到同一个篮子里。同样，在做实验的时候，有时也不要把所有试剂、试样都放到同一个容器里。分装有很多好处。第一，保险。可以防止损失全部试剂或者样品。第二，容易管理。第三，延长保质期。很多试剂都要低温保存。如果不分装，每次使用的时候都全部受热一次，变质就会很快。分装之后，每次使用只有少量试剂受热，其它的还可以继续保持于低温，可以延长使用寿命。抗体、体积较大的酶、热不稳定的其它试剂等最好分装保存于-20度或者更低的温度。51测试实验需要注意的五个环节4、备份USTB

在