《现代检测技术》课件第1章-绪论

第1章绪论1.11.21.31.4检测技术概述传感器概述现代检测系统检测技术发展趋势1.1检测技术概论被测参数（物理量、化学量、生物量）参数检测：检查、测量、测试的总称检测装置：实现参数检测的变换器。三个环节：输入单元、处理单元、输出单元。*检测技术：以研究信息的提取、转换、处理为理论和技术的一门应用技术学科。1、检测技术基本概念2、检测装置（系统）的发展历程第一代检测装置：以物理学原理为基础交流电压表天平压力表第二代检测装置：电子管、晶体管为基础，处理模拟电信号。例如：示波器、信号发生器等第三代检测装置：数字集成电路与模拟放大器等组合，具有信号处理功能仪器仪表。显示仪表、万用表、信号发生器、示波器等。信号发生器示波器第四代检测装置：以微处理器为核心的智能化仪表。波形存储示波器。波形存储示波器数字万用表虚拟仪器检测技术、计算机技术与网络技术结合的产物。多参量多点检测。虚拟示波器虚拟信号发生器PC机+数据采集卡+驱动程序+系统软件虚拟仪器现场总线仪表水电煤气和供热计量远程抄表系统3、对检测装置的基本要求与举例（1）能实现多参数、多点检测。（2）动态参数测量，系统的频带宽。（3）实时性要求高的系统，能够实现快速信号处理。（4）能够实现数据通信。例1感温、感烟火灾报警系统集控器1中央监控图1-1监控系统组成框图探头11探头12探头1N串行总线现场总线房间内智能感温、感烟探头：负责检测温度、浓度信号、超限报警。输出温度、浓度信号通过串行通讯线送入集控器。楼道集控器：负责信号汇总，汇总各房间的温度和浓度信号，并监控各房间温度、烟浓度是否异常，如异常，声光报警并打开喷淋设备灭火，一层一台。中央监控计算机：各层集控器通过CAN总线、M-BUS总线等现场总线将温度、浓度等信号送入。值班人员在电脑屏幕上直观监视各房间情况（温度、烟雾浓度）。电视摄像头：房间、楼道装配，通过电视屏幕查看房间、楼道情况。感温、感烟传感器，就像人的感官。图1-2（a）装有温湿度探头的粮仓示意图通风口探头通风口通风口例2粮仓温湿度检测系统图1-2（b）温湿度监控组成框图巡检仪中央监控探头1探头2探头N串行总线现场总线粮仓分层风机定性人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。定量传感器相当于人的感官，称“电五官”，外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。例3人与机器的功能对应关系

图1-3人与机器的机能对应关系图外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器1.2传感器概述传感器XYY=F（X）物理量化学量生物量电量

1、*传感器的定义（Sensor）

能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。（GB7665—87）

*能够将被测非电量转换为电量的装置。（狭义）光电池、光敏电阻2、*传感器的组成图1-4差动电感压力传感器组成框图*思考：敏感元件、转换元件、转换电路的作用。敏感元件转换元件敏感元件转换元件转换电路图1-6传感器组成框图被测量中间量电量电信号膜盒差动电感电桥电路图1-5气体压力传感器组成框图PSLU0差动电感压力传感器组成框图mVTT0BA（a）热电偶IhfG(b)光电池f+++++–––––Q(c)压电传感器RRTR0RU0Ui(d)热敏电阻传感器图1-7传感器组成电路课堂练习：画出上述传感器组成框图3、传感器分类（1）按能量转换情况能量控制型传感器:需外供电源，只起信号转换，不起能量转换。

RRTR0RU0Ui能量转换型传感器：不需外加电源，本身起能量转换。f+++++–––––Q（2）按物理工作原理分类（教科书）按传感器的结构、原理、测量电路及应用讲授。条理较清晰。

U0Ui（3）根据输入物理量（用途）分类物理量：温度、压力、流量、料位、位移、加速度等。化学量：物质成分、浓度、酸碱度等。生物量：血压、心电图、脑电波等。（4）按输出信号的性质分类模拟式传感器和数字式传感器。模拟式传感器:输出电压、电流等模拟量。数字式传感器：输出数字量、脉冲量。光栅、数字编码器、CCD传感器等。4、传感器的发展趋势（1）不断提高传感器的性能,扩大应用范围（测量精度、稳定性、可靠性、分辨率、测量范围、抗干扰能力等）（2）开发新型传感器发现新效应材料。用单晶硅、多晶硅、非晶硅制作光电池。光伏发电。采用新工艺、新技术。如纳米技术、MEMS技术开发微型传感器，用于工业、医疗与军事等领域。（3）研制集成化、多功能和智能化传感器传感器TPQY多功能化智能化：微机加传感器。数据采集、数据处理、逻辑判断、串行通信等。（4）系统网络化、传感器微型化无线传感器网络。图1-8温度传感器图1-9压力传感器传感器实例

图1-10液位传感器1.3现代检测系统1、*结构组成传感器处理单元输出单元图1-11检测系统组成框图被测量电信号有效电信号传感器的转换精度直接决定检测系统的精度。处理单元的种类随传感器种类的不同而不同。输出单元不同，检测系统的叫法不同。传感器处理单元显示器记录仪自动检测系统传感器处理单元计数器累加器自动计量系统传感器处理单元报警器自动保护系统传感器处理单元图像输出自动诊断自动识别系统图1-12检测系统的类型传感器处理单元显示器记录仪自动检测系统电子体温计电子血压计传感器处理单元计数器累加器自动计量系统电子水表煤气表传感器处理单元报警器自动保护系统感烟报警器感温报警器传感器处理单元图像输出自动诊断自动识别系统拍照及指纹识别考勤机（1）基本检测型2、应用类型A/D微机对象传感器输出信号调理图1-13（a）基本检测型组成框图实时检测锅炉温度，温度超过95℃报警，测量温度范围0～110℃。热电偶温度传感器将温度转换为mV电压，0～110℃转换为0～10mV。经过放大器放大到0～2V。送10位A/D转换器离散为数字量。微机根据测得的数字量计算得到温度值。送显示器显示，同时判断温度是否超过95℃，超过报警。A/D转换器微机传感器1显示多路转换器传感器2传感器n打印报警通信可编程增益放大器ABCX1X2Xn图1-13（b）基本检测型组成框图（2）标准接口型PC机为控制器，配置总线接口卡板，（CAN总线、RS485总线、USB、虚拟仪器采集卡）应用相应通信协议，数据采集处理，通信。PC机（带相应总线接口卡）带GPIB仪器带VXI仪器虚拟仪器网络带RS485仪器带现场总线仪器带USB接口仪器（3）控制型给定值A/D微机对象传感器D/A信号调理给定单元控制器电动调节阀上水箱液位变送器XRXiXe扰动图1-14控制型组成框图Lθ执行器LTLT液位控制器液位变送器电动调节阀泵储水箱上水箱下水箱图1-15水箱液位控制（过程控制）例1置于现场,将过程量转换为标准信号的装置。位于过程控制的反馈通道,相当于生产过程的感官。图1-16变送单元图1-17冷轧带钢板板厚控制（运动控制）检测板厚控制器液压执行机构轧辊带钢例2给定厚度A/D微机轧机板厚传感器D/A信号调理H1.4检测技术的发展趋势微(小)型化、智能化、网络化、硬件平台通用化、软件多功能化。微(小)型化：节材、节能、减小体积，减轻重量。智能化：硬件功能软件化，提高性能价格比。网络化：实现信息共享，满足现代检测需要。硬件平台通用化、软件多功能化：硬件模块化，根据具体的检测控制任务，编写应用程序。思考题与习题1、检测、检测装置、检测技术。2、传感器概念、组成及各组成部分功能。3、基本检测系统与控制型检测系统组成框图。各环节的作用。4、由图1热电偶、光电池、压电传感器、热敏电阻原理图画出它们的组成框图。5、由图2上水箱液位控制系统工艺流图画出其单回路控制系统组成框图。mVTT0BA（a）热电偶IhfG(b)光电池f+++++–––––Q(c)压电传感器RRTR0RU0Ui(d)热敏电阻传感器图1几种传感器工作原理图LTLT液位调节器液位变送器电动调节阀泵储水箱上水箱下水箱图2上水箱液位控制系统工艺流图MEMS是英文MicroElectroMechanicalsystems的缩写，即微电子机械系统。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。参考内容微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、