1.现代测试技术-绪论

现代测试技术2011.10课程的主要目的是在前期专业课程学习的基础上，了解和扩宽现代测试的主要技术；特别是使学生熟悉信号的调理与传输，检测信号的线性化、信号的幅域、时域、频域分析等现代信息处理技术；掌握包括噪声测量在内的特种测量技术；加深对现代测试技术的理解，重点掌握超声、红外、计算机视觉等几种先进的无损检测方法，建立起采用非接触测量技术进行信号检测的基本思路；学习软测量技术的相关知识，了解通过回归分析的方法实现测量参数在线估计的相关内容。课程教学目的及要求:几个需要明白的概念:“试验”、“测试”、“检验”、“检测”“试验”是为了想知道探索的结果,属摸索阶段,而“测试”包括“测量”和“试验”“检验”是检查验证,而“检测”是检查测试,重在“测试”；从字面意思没太大区别,从用法上是有区别的,如检验标准,检验用于衡量最终成品品质的优劣,而检测一般则指产品制作前端的测试手法,所以检验用于生产末端,检测用于前端;本课程中《现代测试技术》也可叫《现代检测技术》测量与计量？首选教材：《自动检测技术》，何金田，西安电子科技大学出版社，2006二选教材：《检测技术及仪表》，马宏忠，中国电力出版社，2010检测技术基础知识：检测技术基本概念、研究的主要内容；检测系统的组成；检测技术的发展历程；检测系统的静态动态特性；现代检测技术简介：现代检测技术的特征；现代检测技术重要组成部分；发展趋势；绪论现代信息处理技术（信号调理与传输，检测信号的线性化、信号时域、频域分析，检测信号的抗干扰技术，特种信号测量技术），先进的非接触测试技术（无损检测），软测量技术（回归分析、状态估计、模式识别等），先进的传感器技术、数据融合技术以及基于专家系统的检测技术。主要章节课程内容:第一章、绪论

现代检测技术第一节、检测技术基础知识绪论检测技术基本概念

检测技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。

检测：在科学研究和工程实际中，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量简单的检测系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度底，无法实现测量自动化。为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。检测技术研究的主要内容检测技术研究的主要内容：测量原理、测量方法、检测系统和数据处理测量原理：被测量可被感知时表现出数学、物理、化学等规律。测量方法：测量方法是指实现测量过程所采用的具体方法。根据测量手段分类直接测量，米尺测长间接测量，弓高弦长测直径联立测量，环境质量评估根据测量方式分类微差式测量，量块+干涉测长零位式测量，平衡式电阻箱偏差式测量，弹簧管测压力等精度测量与非等精度测量；静态测量与动态测量等检测技术研究的主要内容检测系统：由传感器、信号调理、信号分析与处理或微型计算机等环节组成，或经信号调理环节后，直接显示和记录。数据处理：对测得的信号进行分析、计算和处理，从原始的测试信号中提取表征被测对象某一或某一个方面本质信息的特征量。幅域、时域、频域分析检测技术的发展检测技术是20世纪六十年代发展起来的一门具有广泛应用价值的交叉学科，发展过程经历了三个阶段。依靠人工为主。通过专家现场获取设备运行时的感观状态，感知异常的震动、噪声、温度等信息，凭经验确定可能存在何种故障或故障隐患。信号分析监测与诊断阶段。随着传感器技术、测量技术以及分析技术的发展，状态监测逐步发展为依靠传感器和测量仪器获取设备的工作参数(如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数)，通过与正常工作状态下的参数进行对比，确定故障点或故障隐患点。现代化状态监测与故障诊断阶段。随着信号处理技术、软测量技术、计算机技术和网络技术的发展，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，数据采集工作站采集现场的各种传感器信号，通过计算机网络将数据发送到远程的监测与诊断工作站，利用各种信号处理技术和分析软件对设备状态进行监测。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……检测技术涉及的内容自动检测系统的基本特性静态特性：在静态测量中，检测系统的输出－输入特性。测量范围；量程；灵敏度；分辨力；线性度；迟滞；稳定性与漂移等；动态特性：在动态测量中，检测系统的输出－输入特性。幅频特性；相频特性；无失真条件；带宽；谐振频率等；

在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。

检测技术相关应用转动/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，检测环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。

机械手装配模型机器狗检测技术相关应用

自动搬运车（AGV）模型

超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。检测技术相关应用切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。数字化工厂检测技术相关应用

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。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。检测技术相关应用

在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量检测技术相关应用

图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器检测技术相关应用家用电器：

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--热敏电阻，非接触--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

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(电荷耦合器件)

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★★★★★★★★★★★★★★★★

●●●●●●检测技术相关应用第二节、现代检测技术简介绪论现代检测技术是指采用先进的传感技术、信息处理技术、建模与推理等技术实现用常规仪表、方法和手段无法直接获取的对待测参数的检测。现代检测技术概念现代检测技术是一门交叉性学科，是自动化、电子信息工程、电气自动化、机电一体化等专业的专业基础课程。产生背景：科技发展，社会进步从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测，从一般的参数的量值测量到参数的状态估计，从确定性的测量到模糊的判断等等。现代检测技术的特征从待测参数的性质看，现代检测技术主要用于非常见的参数的测量，对于这些参数的测量目前还没有合适的传感器对应，难以实现常规意义的“一一对应”的测量；另一种情况是待测参数虽已有传感器，但测量误差比较大，受各种因素的影响比较大，不能满足测量要求。从应用的领域(对象)看，现代检测技术主要用于复杂设备(对象)、复杂过程的影响性能质量等方面的综合性参数的测量，如高速运动机械的故障分析、油品质量的检测、多相流系统中的流动参数的测量等。对于这样的被测对象或测量要求，很难用单一传感器来完成。从使用的技术或方法看，现代检测技术主要利用了新型的传感技术或传感器。更多的利用了软技术，即通过对传感器输出的信号进行处理得到特征量；通过建立传感器的输出与待测量之间的模型；通过应用专业知识、数据库、规则等进行推理，根据被测量的信息获取待测量。现代检测技术重要组成部分先进传感技术新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等；新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，MEMS技术等；例如：新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能变送器、模糊传感器、多功能传感器等。现代信息处理技术现代信号处理方法，就是对传感器输出的信号进行处理或变换，获取信号的某些特征值，并通过这些特征值与待测参数的关系来得到待测参数的信息。常见的现代信号处理方法主要有：(1)幅域分析方法；(2)时域分析方法；（3)频域分析方法。现代检测技术重要组成部分软测量技术利用较易测量的辅助变量(或称为二次变量)，依据这些辅助变量与难以直接测量的待测变量(称为主导变量)之间的数学关系(称为软测量模型)，通过各种数学计算和估计方法以实现对主导变量的测量；软测量实际上以现有传感器为基础，以各种计算机软件为核心的一种硬件与软件相结合的新测量方法。数据融合技术由若干个传感器和具有数据综合和决策功能的计算机系统组成，以完成通常单个传感器无法实现的测量；不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程；增加检测的可信度，降低不确定性，改善信噪比，增加对待测量的时间和空间覆盖程度等。现代检测技术的发展趋势不断提高监测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性直线光栅测量直线位移时，测量范围可达二三十米，而分辨率可达到微米级；人们已经研制出测量低至几个帕的微压力和高达几千兆帕高压的力传感器；开发了能够测出极微弱磁场的磁敏传感器等。应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域近代物理学的进展如纳米技术、激光、红外、超声波、微波、光纤、放射性同位素等新成就为检测技术的发展提供了更多的依据。如图像识别、激光测距、红外测温、C型超声波无损探伤。放射性测量、中子探测爆炸物等非接触测量得到迅速发展；检测技术无孔不入。现代检测技术的发展趋势发展集成化、功能化、智能化的传感器

利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量0.6测试技术的未来发展趋势现代检测技术的发展趋势发展集成化、功能化、智能化的传感器桥梁结构状态光纤智能监测系统智能降落伞嵌入光纤和电导线的智能背心智能机翼——分布式光纤传感系统在航空航天领域的应用0.6测试技术的未来发展趋势现代检测技术的发展趋势发展集成化、功能化、智能化的传感器

传感器+嵌入式计算机

智能传感器振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器现代检测技术的发展趋势虚拟仪器技术虚拟仪器（简称VI，VirtualInstruments）是在以通用计算机为核心的硬件平台上，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。它使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。GPIBSerialDAQProcessorUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXI应用软件硬件平台