第一章 检测技术概述

第一章检测技术概述第1页，课件共45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2第2页，课件共45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3第3页，课件共45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4第4页，课件共45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5第5页，课件共45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6第6页，课件共45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7第7页，课件共45页，创作于2023年2月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1.1检测的地位和作用传感器仪器仪表通信计算机自动化8第8页，课件共45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9第9页，课件共45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10第10页，课件共45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11第11页，课件共45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12第12页，课件共45页，创作于2023年2月1.1检测的地位和作用13第13页，课件共45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14第14页，课件共45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15第15页，课件共45页，创作于2023年2月1.1检测的地位和作用16第16页，课件共45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17第17页，课件共45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!18第18页，课件共45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19第19页，课件共45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20第20页，课件共45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21第21页，课件共45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22第22页，课件共45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23第23页，课件共45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24第24页，课件共45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25第25页，课件共45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26第26页，课件共45页，创作于2023年2月例：空调机测量控制室温空气被测对象：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1.2检测的基本概念27第27页，课件共45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28第28页，课件共45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29第29页，课件共45页，创作于2023年2月1.4.1直接测量与间接测量1.4.2

开环测量与闭环测量1.4.3偏差法、零位法、微差法1.4检测方法分类30第30页，课件共45页，创作于2023年2月1.4.1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1.4检测方法分类31第31页，课件共45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1.4检测方法分类32第32页，课件共45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：1.4检测方法分类33第33页，课件共45页，创作于2023年2月1.4.2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1.4检测方法分类34第34页，课件共45页，创作于2023年2月1.4.3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确定被测量余数确定被测量大值（与标准量大体平衡）1.4检测方法分类35第35页，课件共45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？1.4检测方法分类36第36页，课件共45页，创作于2023年2月1.5.1测量技术指标不断提高1.5.2高新技术和最新科技成果大量采用1.5.3微型化、智能化、固体化1.5.4立体化、网络化1.5现代检测技术发展趋势37第37页，课件共45页，创作于2023年2月1.5.1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：纳米甚至亚纳米可靠性：平均2—5万h，甚至高达25万h；稳定性：年变精确度<0.05%；1.5现代检测技术发展趋势38第38页，课件共45页，创作于2023年2月1.5.2高新技术和最新科技成果大量采用检测技术是一门跨学科的边缘技术学科新技术：计算机硬件与软件技术、激光技术、微纳米技术、网络技术、传感技术等新理论：信