第一章检测技术(修改)

检测技术概述一、检测的基本概念1、检测与测量：测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作检测技术：检测过程：测量+信号检出（极为重要）信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理检测技术：检测方法、检测结构、检测信号处理2、检测的分类*按被测量值的物理属性分类：电量、非电量*按检测原理分类（物理的、化学的、生物学的）：*按检测方法分类：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等检测是意义更为广泛的测量---综合性技术例一、确定某人的身高通常采用标准长度的米尺(一个预定标准)对其进行测量，通过被测量与预定标准之间的定量比较，从而得到此人实际的身高(被测对象的数值结果)。

例二、汽车乘坐舒适性的台架试验

3、测量单位被测量基准量国际单位制（SI）长度质量时间电流热力学温度物质的量光量实物单位----千克标准原器米----光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485能量（J）=力距离大得多/小得多----词头：mm、m、nm（10-9m）；

kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）单位测量：比较SI基本单位：倍数（结果）SI

组合单位：七个物理量单位---相互独立由基本单位导出=质量

加速度距离J=kg（m/s2）m=m2·kg/s2能量---焦（耳）：长度、质量、时间（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）（科学家）1、产品检验和质量控制的重要手段二、检测技术的作用与意义被动检测主动检测（在线检测）质量控制领域2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用故障监测系统动态监测保证设备和人员安全提高经济效益3、自动化系统中不可缺少的组成部分生产过程：“物流”“信息流”控制管理数量状态趋向检测获取信息分析判断自动控制自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步检测手段水平决定科学研究的深度和广度理论研究成果离不开必要的检测手段检测技术的作用

工业生产的倍增器

科学研究的先行官

社会上的物化法官二、检测技术的地位和作用a）机械手、机器人中的传感器转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。

在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型机器狗

检测技术在工业生产领域的应用二、检测技术的地位和作用

b)生产加工过程参数监测

切削力测量，机床振动测量、加工噪声传感器，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。密歇根大学数字化工厂c)流程工业设备运行状态监控

在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。

基于设备的检查和检测，通过计算机处理数据，掌握和评估设备状态、预测故障。

检测技术在日常生活中的应用与日俱增

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---离子传感器科学研究的先行官许多重要的科学分支的确立和发展归功于重要的科学仪器装置的研制成功。色谱仪的发明产生了色谱学，光谱仪的发明产生了光谱学。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”。科学仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障；

约有三分之一的诺贝尔物理和化学奖授予了那些在测试仪器方面有创新的科学家。

检测技术在航天领域举足轻重“神舟七号”载人航天工程由测控通信系统、着陆场系统、发射场系统、航天员系统、飞船系统、火箭系统、空间应用系统七大部分组成。

测控通信系统主要任务是跟踪和获取航天器的各种信息，进行计算、处理和分析，从而对航天器进行控制和管理。要负责运载火箭和神舟七号载人飞船的轨道测量、图像及遥测监视、遥控操作、话音通信、飞行控制等。如果没有测控通信系统，飞船就会像断线的风筝一样失去控制，后果将不堪设想。因此可以说，测控通信系统是对飞船进行指挥控制的灵魂，在载人航天工程中起着举足轻重的作用。

“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——坐标、速度、加速度、温度、压力、振动、流量、应变、航天员的生理参数等。神州飞船：185台（套）仪器装置飞行器测控---飞船飞行轨道及姿态的计算与控制、设备的工作状态监测火箭测控---检测火箭飞行状况、姿态、轨迹

社会的“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总结：检测技术广泛应用于工农业生产、科学研究、航空航天、交通运输、医疗卫生及日常生活的每一个领域，是人类科学认知客观世界的手段，起着人的感官的作用。三、检测系统构成信息获取转换显示和处理（信号检出部分）（信号变换部分）（分析处理部分、通信接口及总线）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

信号显示及记录装置

信号处理分析装置

激发装置

典型测试系统框图检测系统：包含对被测量进行检出、变换、传输、分析、处理、判断和显示等不同功能环节所构成的一个总体。1、信号检出部分传感器（Sensor）----检出功能的器件信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）特点：1）输出量为电压、电流、频率2）输出的电信号一般较微弱：电压----毫伏级、微伏级；电流----毫安级、纳安级3）输出信号与噪声混杂在一起----传感器内部噪声传感器的信噪比小、输出信号弱----信号淹没在噪声中4）传感器的输出特性呈线性或非线性选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制电阻、电容、电感两种：数字量、模拟量5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分2、信号变换部分检出信号适合于分析和处理的信号信号调理电路阻抗变换----输出阻抗很高时；电压/电流（V/A）转换----需要电流输出时；目的：4）简化后续系统的组成2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号3）提高测量、分析的准确度信号放大----输出信号微弱时；噪声抑制----信号淹没在噪声中；模拟/数字（A/D）转换----需要输出数字信号时1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量3、分析处理部分功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换不断注入新内容----检测系统的研究中心通用标准接口---不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联4、通信接口与总线部分计算机系统----强大问题分析能力、复杂系统的实时控制自动化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行总线：传送数字信号的公共通道----信号线的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系统）（规范、结构形式）接口---分系统和上位机之间/分系统之间交换信息四、检测方法选择：被测量的性质、特点和测量任务要求分类：（1）按测量手续：直接测量、间接测量（2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、差分式测量（3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、非接触式测量（4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量1、直接测量与间接测量直接测量----与同类基准进行简单的比较以得到被测量线纹尺----物体尺寸、天平----物体重量间接测量----被测量无法或不易进行直接测量自变量目标变量负载电阻功率=电压电流（关系）（直接测量）2、偏移法与零位法测量

1）偏移法---完全从被测量中获得信号转换所需能量例：弹簧秤

2）零位法---不从信号源获得能量作用：测量原理线性化、提高灵敏度结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上（常见检测结构形式）高精度测量例：天平称量物体测量误差3、差分式测量消除干扰的影响24、随动跟踪测量---基于零位法的测量例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器自学习能力---神经网络模拟某种非线性映射

---智能化检测的标志之一高精度测量5、主动探索与信息反馈型检测自适应能力改变传感器的工作温度传感器的灵敏度被测对象传感器信息处理检测结果通过学习不断调整连接强度问题最优解调整对象的位置、姿态使检测结果具有确定性信号特征辨析五、检测技术的发展趋势检测技术重要手段相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等新的检测理论、方法和技术手段1、传感器水平的提高光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件）化学传感器、

微生物传感器、仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器1）新原理、新材料、新工艺新功能传感器2）新领域、新需求新型传感器科学研究形成推动实验研究和发展3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展微电子技术---多个同类型传感器集成在一个芯片或阵列上②一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体③微型化：微米/纳米技术、MEMS技术体积微小、重量轻微特点：点测量平面/空间测量例：电荷耦合器件（CCD）----光敏元阵列数码相机多功能传感----不同功能的传感器集成化①集成化：特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数例：测量血液中各种成分的多功能传感器特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用；可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成