检测技术概述

检测技术概述第1页，课件共113页，创作于2023年2月绪论检测技术第2页，课件共113页，创作于2023年2月这门课是什么?有什么用?有用吗?讲什么内容?有意思吗?怎么讲?如何学?考试容易吗?第3页，课件共113页，创作于2023年2月测试和检测的定义是什么?测试与检测没有望远镜就没有天文学没有显微镜就没有细胞学没有指南针就没有航海事业第4页，课件共113页，创作于2023年2月测试和检测的概念对一个物理量的测量--测试---解释1检查有无、测量特征--检测（针对材料质量的检查--检测-----）解释2妥协的结果---测试与检测英文的对应词:measurementtesting广义上是人的认知行为，用科学的方法发现、度量一个客观存在的过程,(从定性到定量的过程,例如“热”)第5页，课件共113页，创作于2023年2月例：曹冲称象方法：比较法；装置：船、石头、小秤；检查、测量，从而得到：定性、定量的结果。第6页，课件共113页，创作于2023年2月涉及的学科内容对被测试量的认识：如热是什么？如何感知被测量量？怎样才能不受人为因素的干扰感受被测量量及其变化？物化为传感技术如何比较被感知量？定量化问题量纲量测技术第7页，课件共113页，创作于2023年2月涉及的学科内容检测的物理原理（传感原理）--物理化学原理传感器技术--被测量转换为电信号材料半导体微纳米等技术信号处理技术信号处理方法:FFT,小波硬件处理器件为例:LM101->AD620,Z80->FPGA软件计算机技术

交叉学科第8页，课件共113页，创作于2023年2月它的意义？（1）对于科学的意义:“科学，只有当人类懂得测量时才开始”--门捷列夫桌椅建筑飞机的雷达等各种检测测试设备载人飞船大量测试设备第9页，课件共113页，创作于2023年2月它的意义？（2－1）工业过程中的地位－以加工一个零件为例毛坯成品检验出厂半成品第10页，课件共113页，创作于2023年2月它的意义？（2－2）以加工一个零件为例，涉及的检测问题如何知道毛坯是否符合要求形状尺寸内部质量如何知道半成品符合要求尺寸质量要求如何知道达到了成品的要求如何知道成品达到了出厂要求第11页，课件共113页，创作于2023年2月它的意义？（2－3）工业过程中的地位－以加工一个零件为例毛坯成品检验出厂半成品检测过程第12页，课件共113页，创作于2023年2月它的意义？（2－4）工业过程简化为一个测控过程，测量和检测是信息的源头信息获取有用信息反馈控制信息处理工业过程第13页，课件共113页，创作于2023年2月它的意义？（3）日常生活再谈温度检查身体国家的实力南海撞机事件的本质是侦察和反侦察NMD的核心技术发现--检测拦截--检测击毁--检测第14页，课件共113页，创作于2023年2月NMD和TMD第15页，课件共113页，创作于2023年2月从NMD和TMD说起如何发现目标->>一个测试过程卫星如何预警地基雷达如何预警如何使拦截导弹击中目标一颗子弹如何才能打中另一颗子弹？第16页，课件共113页，创作于2023年2月思考题：如果要1.5马赫速度的拦截以1马赫飞来的导弹，请思考需要解决的检测和测试问题第17页，课件共113页，创作于2023年2月讲什么？(1-1)如何完成需要我们解决的一个检测任务?检测一个我们关心的量？思考它涉及的东西如何测量天气的闷热？如何测量人体的基因缺陷？如果你在大海之中，如何确定自己的位置？如何发现敌方的导弹？......第18页，课件共113页，创作于2023年2月讲什么？(1-2)任务分解对检测任务的科学描述,如“闷热”从系统角度介绍测试和检测的基本原理热->测温度温度测量的各种方法闷->湿度如何搭建一个检测系统如何评价一个检测系统第19页，课件共113页，创作于2023年2月讲什么？(2)在上述基础上分析材料缺陷的检测技术:缺陷的描述从缺陷检测的基本原理如何搭建一个缺陷检测系统测试系统解决问题的水平和无损评价的可能性第20页，课件共113页，创作于2023年2月教学目的？教学目的：学会某一本书上的东西？会搭建一个测试系统？考试及格？第21页，课件共113页，创作于2023年2月教学目的？我的教学目的：考试及格学会某一本书上的东西会搭建一个测试系统第22页，课件共113页，创作于2023年2月怎么讲？以你们为主,和大家一起分析完成一个检测任务从简单的温度测量谈起结合科研中实际遇到的问题进行探讨气体检测泄漏检测位置测量倾斜检测第23页，课件共113页，创作于2023年2月参考书检索“测试”或“检测”为主题的书籍检测信号的处理部分传感器部分具体参考书：检测原理部分：传感器基础缺陷检测部分：检测技术与质量控制测试系统及其评价：测试技术基础第24页，课件共113页，创作于2023年2月第1章检测技术概述1.1

检测的地位与作用1.2

检测的基本概念1.3

检测系统的构成1.4

一般检测方法1.5

检测系统的发展趋势第25页，课件共113页，创作于2023年2月1.1检测的地位和作用1.1.1信息化是科学技术发展的必然1.1.2信息流是客观世界的一个主流1.1.3检测仪器仪表的作用第26页，课件共113页，创作于2023年2月1.1检测的地位和作用1.1.1信息化是科学技术发展的必然历史时代：手工化机械化自动化信息化生产方式：人与简单工具动力机与机械自动测量控制智能机械装置……晶体管集成电路计算机工业革命蒸汽机内燃机电机石器木器计算机网络人工智能第27页，课件共113页，创作于2023年2月测控系统中人与机器的机能对应关系1.1检测的地位和作用检测技术是人类感觉器官的扩展和延伸，是人类观察自然和测量自然界各种现象的电路手段

检测技术是一门实用型、综合型的新兴边沿学科,其应用领域非常广泛。第28页，课件共113页，创作于2023年2月检测系统中人与机器的相互参与程度1.1检测的地位和作用100%100%？！人力机器远古社会发展时间轴未来第29页，课件共113页，创作于2023年2月1.1.2信息流是客观世界的一个主流物料流能量流信息流客观世界1.1检测的地位和作用第30页，课件共113页，创作于2023年2月信息获取是信息流的一环1.1检测的地位和作用信息获取信息处理信息传输信息链信息应用传感器仪器仪表自动化通信计算机信息链＝信息获取＋信息处理＋信息传输＋信息应用第31页，课件共113页，创作于2023年2月计算机科学与技术 =>信息处理无所不在通讯和网络技术=>信息传输无所不在自动化科学与技术=>信息应用无所不在信息获取？=>

无所不在？信息流的瓶颈！计算机科学与技术通信科学与技术信息获取科学与技术信息科学与技术自动化科学与技术第32页，课件共113页，创作于2023年2月

获取信息是仪器科学的基本任务仪器仪表是信息产业的重要组成部分仪器仪表是信息工业的源头1.1检测的地位和作用第33页，课件共113页，创作于2023年2月

“信息获取”是一个具有基础性、前瞻性、战略性的研究方向，五至十年后必将出现信息获取无所不在的景象。存在的问题：（1）未从信息获取科学的角度建立学科的理论基础；（2）未能从系统的角度建立学科体系；（3）存在多学科交叉的复杂性。创立“信息获取科学与技术学科”是信息科学与技术发展的科学需求，符合科学发展的客观必然性！第34页，课件共113页，创作于2023年2月信息获取的学科体系信息获取科学与技术物理型敏感材料与元件敏感材料与元件传感器与仪器机器感知化学型敏感材料与元件生物型敏感材料与元件力学量传感器与仪器物理量传感器与仪器化学量传感器与仪器结构型敏感材料与元件机器视觉机器触觉机器嗅觉机器味觉生物量传感器与仪器机器听觉信息获取理论信息获取的仿生学模型信息获取的信息论模型第35页，课件共113页，创作于2023年2月1.1.3检测仪器仪表的作用工业生产倍增器科学研究先行官社会生活物化法官军事斗争战斗力1.1检测的地位和作用第36页，课件共113页，创作于2023年2月资料：据统计，一辆汽车内配备的检测点有50~100个，一架飞机内约有3000个，一台大型发电机组内约有4000个，一个大型石油化工厂约6000个，一个大型钢铁厂约2万个，在各种现代化高新技术产品设计制造中，测量工作已占首位，而测量系统的成本甚至可以达到该装备系统总成本50%以上。第37页，课件共113页，创作于2023年2月资料：在军事方面，可以说现在战争是科技战争，也就是传感器战争。从20世纪初的探测地雷，到现代的阻击导弹。为了寻找伊拉克所谓大规模杀伤武器，联合国武器检查组使用传感器搜索了伊拉克的每个角落，甚至是隐藏于地下近百米的军事设施也不能幸免。第38页，课件共113页，创作于2023年2月《检测技术及仪表》唐山学院•信息工程系资料：海洋是人类21世纪重点开发的新的生存空间，是蕴藏巨大资源的宝库，是未来高技术条件下局部战争的主要战场。要开发海洋，必须先认识海洋。因此，对海底重力场、磁场、地形、地质、矿藏种类、气象、化学成分、特别是对5000m以下的深海探测，主要依赖于各种传感器。第39页，课件共113页，创作于2023年2月资料：美国早在20世纪就把80年代看作是传感器年代，把传感技术列为90年代22项关键技术之一。日本把传感技术列为十大技术之首。我国也把传感技术列为八五、九五重点发展项目。在当今社会，传感技术水平的高低，已成为衡量一个国家工业发达与否的重要标志。第40页，课件共113页，创作于2023年2月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%1.1检测的地位和作用第41页，课件共113页，创作于2023年2月检测技术在工业生产领域的应用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位、过程控制….1.1检测的地位和作用第42页，课件共113页，创作于2023年2月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、品质参数现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%1.1检测的地位和作用第43页，课件共113页，创作于2023年2月第44页，课件共113页，创作于2023年2月检测技术在汽车中的应用日新月异发动机：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1.1检测的地位和作用第45页，课件共113页，创作于2023年2月1.1检测的地位和作用第46页，课件共113页，创作于2023年2月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---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1.1检测的地位和作用第47页，课件共113页，创作于2023年2月第48页，课件共113页，创作于2023年2月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1.1检测的地位和作用检测技术与科学研究相互促进!第49页，课件共113页，创作于2023年2月军事战斗力1991年海湾战争精确制导武器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：统一海陆空测试产品的规格标准立体作战1.1检测的地位和作用第50页，课件共113页，创作于2023年2月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。1.1检测的地位和作用第51页，课件共113页，创作于2023年2月美国国家导弹防御计划---NMD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1.1检测的地位和作用第52页，课件共113页，创作于2023年2月检测技术在航天领域举足轻重飞行器测控---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

1.1检测的地位和作用第53页，课件共113页，创作于2023年2月“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、神舟飞船：185台（套）仪器装置1.1检测的地位和作用第54页，课件共113页，创作于2023年2月“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1.1检测的地位和作用第55页，课件共113页，创作于2023年2月……教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、环境监测、交通运输、海关缉私、医药卫生……涵盖:吃穿用、农轻重、海陆空1.1检测的地位和作用第56页，课件共113页，创作于2023年2月第57页，课件共113页，创作于2023年2月第58页，课件共113页，创作于2023年2月第59页，课件共113页，创作于2023年2月第60页，课件共113页，创作于2023年2月第61页，课件共113页，创作于2023年2月第62页，课件共113页，创作于2023年2月第63页，课件共113页，创作于2023年2月我国与世界存在巨大差距：

世界上有2万多种传感器，而我国仅能生产3000种；世界传感器市场790亿美元，我国产品仅占1.4%。

第64页，课件共113页，创作于2023年2月目前的传感技术难以完全满足国家需求主要问题： 灵敏度、选择性、稳定性和可靠性较差； 创新能力不足，缺乏自主知识产权； 中、高档产品被国外垄断，依赖进口； 关键技术受制于人，先进军事装备被禁运。

传感器面临技术落后瓶颈，需要新的突破！第65页，课件共113页，创作于2023年2月

1.2检测的基本概念

自动检测技术：以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换以及信息处理的理论和技术为主要内容的一门应用技术学科。

任务：寻找与自然信息具有对应关系的种种表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量关系；从反映某一信息的多种信号表现中挑选出在所处条件下最为合适的表现形式，以及寻求最佳的采集、变换、处理、传输、存储、显示等的方法和相应的设备。

第66页，课件共113页，创作于2023年2月定义：确定被测对象的量值为目的的全部操作传感器、检测仪器、检测装置、检测系统全部操作：检测过程：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出检测器具：被测信息：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……）化学量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……1.2检测的基本概念物理量、化学量实验比较过程测量因素：对象、方法、设备第67页，课件共113页，创作于2023年2月工业检测技术涉及的内容：热工量：温度t（℃、K、℉）例：0℃等于32℉，20℃等于68℉，100℃等于212℉

压力（压强）p（Pa）、压差Δp

、真空度、流量q（t、m3

）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）机械量：直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、转速n（r/min）、应变ε（m/m）、力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）几何量长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等第68页，课件共113页，创作于2023年2月工业检测涉及的内容（续）物体的性质和成分量：空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）电工量（U、I、f、R、Z、E、B……在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）第69页，课件共113页，创作于2023年2月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器件---传感器信号转换：功能---将传感器的输出信号转换为便于处理的形式器件---信号调理电路处理显示：功能---分析、处理、显示通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它环节：存储、监控、决策1.3检测系统的构成第70页，课件共113页，创作于2023年2月力位移

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

1.3检测系统的构成第71页，课件共113页，创作于2023年2月检测与控制系统实例控制仪表控制器检测仪表被控对象举例：汽包系统第72页，课件共113页，创作于2023年2月

按测量手续分类：直接测量、间接测量、联立测量；按测量方式分类：偏差式测量、零位式测量、微差式测量；按敏感元件是否与被测介质接触分类：接触式测量、非接触式测量；按被测量变化快慢分类：静态测量、动态测量；按测量系统是否向被测对象施加能量分类：主动式测量、被动式测量；按被测量是否是在生产进行的实际过程中被测分类：在线测量、离线测量。

1.4检测方法分类第73页，课件共113页，创作于2023年2月静态测量

第74页，课件共113页，创作于2023年2月对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量。

最高、最低温度计第75页，课件共113页，创作于2023年2月

动态测量

地震测量振动波形第76页，课件共113页，创作于2023年2月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包含绝对测量与相对测量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）

相对测量优点：测量过程简单而迅速，缺点：难以达到较高测量精度。直接测量方法在工程实践中被广泛应用。第77页，课件共113页，创作于2023年2月--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：精确度高；复杂、成本高、要求高第78页，课件共113页，创作于2023年2月直接测量

电子卡尺第79页，课件共113页，创作于2023年2月

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，被测量由计算获得如质量流量：优势：间接测量可以实现难以直接测量的被测量的测量。缺点：相对于直接测量，间接测量过程手续较多，所需时间较长，有时可以得到较高的测量精度。间接测量多用于实验室测量，工程测量中亦有应用。第80页，课件共113页，创作于2023年2月间接测量

对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。

第81页，课件共113页，创作于2023年2月开环测量与闭环测量开环测量：反馈测量：特点：简单、直观、明了；测量精确度不高特点：精确度高；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放大反向传感器第82页，课件共113页，创作于2023年2月偏差式测量、零位测量、微差式测量偏差式测量法：测量过程中用测量仪表指针的位移(即偏差)决定被测量。应用这种方法进行测量时，标准量具不装在仪表内，而是事先用标准量具对仪表刻度进行校准。优点：偏差式测量法简单、迅速；缺点：由于是间接与标准量进行比较，测量结果精度较低。第83页，课件共113页，创作于2023年2月零位式测量法：又称补偿式测量或平衡式测量，测量过程中，用指零仪表的零位指示测量系统的平衡状态，在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定未知量。用此方法进行测量时，标准量具设置在仪表内，在测量过程中标准量直接与被测量相比较；测量时，要调整标准量，即进行平衡操作，一直到被测量与标准量相等，即指零仪回零。优点：用零位式测量可获得高的测量精度；缺点：由于需要可调的标准量，在测量过程中需要进行标准量的动态调节，致使仪表构成复杂，难以测量快变信号。第84页，课件共113页，创作于2023年2月微差式测量方法：综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点，此方法是将被测的未知量与已知的标准量进行比较，取得差值，然后用偏差法测得此差值。应用此方式测量时，标准量具装在仪表内，该标准量具的值与被测量非常接近。在测量过程中，标准量直接与被测量进行比较，由于两者的值很接近，测量过程中不需调整标准量，而只需测两者的差值。优点：反应快、精度高。微差法：偏差法和零位法的结合确定被测量余数确定被测量大值（与标准量大体平衡）第85页，课件共113页，创作于2023年2月接触式测量、非接触式测量接触检测：指在测量过程中敏感元件与被测介质产生实际物理上的接触。非接触检测：指利用物理、化学及声、光学的原理，使被测对象与敏感元件之间不发生物理上的直接接触而对被测量进行检测的方法。第86页，课件共113页，创作于2023年2月接触式测量

第87页，课件共113页，创作于2023年2月非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察第88页，课件共113页，创作于2023年2月离线测量

产品质量检验第89页，课件共113页，创作于2023年2月在线测量

在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度。第90页，课件共113页，创作于2023年2月思考：杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？动圈式毫伏表？自动平衡是仪表？检测方法分类第91页，课件共113页，创作于2023年2月1.5检测技术的发展趋势国际发展趋势： 微型化——采用MEMS技术、纳米技术 集成化——采用IC技术和SOC技术等 智能化——采用人工智能与信息融合技术学科发展趋势： 建立系统的信息获取理论与方法技术创新趋势： 仿生学＋微纳米技术＋传感技术第92页，课件共113页，创作于2023年2月人类技术创新之源=生产实践+模仿自然界仿生学为攻克信息获取难关提供了新的科学途径

技术创新趋势第93页，课件共113页，创作于2023年2月仿生学+微纳米技术+传感器

仿生微纳米传感器

仿生学微纳米技术传感器解决传感器目前存在的关键技术难点高灵敏度高选择性高稳定性高可靠性第94页，课件共113页，创作于2023年2月1测量技术指标不断提高2高新技术和最新科技成果大量采用3微型化、智能化、固体化4立体化、网络化现代检测技术发展趋势第95页，课件共113页，创作于2023年2月不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性：随着科学技术的不断发

展，人们对检测系统的测量精度要求也相应地在提高。近年来，人们研制出许多高精度和宽量程的检测仪器以满足各种需要。人们还对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得检测系统的可靠性及寿命大幅度的提高。现在，许多检测系统可以在极其恶劣的环境下连续工作数十万小时。目前，人们正在不断努力进一步提高检测系统的各项性能指标。第96页，课件共113页，创作于2023年2月1测量技术指标不断提高精确度、测量范围、速度、可靠性、稳定性等例如：工业参数测量精确度普遍优于0.02%；电压测量范围：纳伏—106V；电阻测量范围：超导—1014Ω；频率测量范围：—1010Hz；压力测量范围：—108Pa；温度测量范围：接近绝对零度—1010˚C；尺寸测量灵敏度：纳米甚至