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1、东南大学东南大学东南大学仪器科学与工程学院现代检测技术现代检测技术任课教师任课教师：林国余林国余 Tel：13512504727 Email：Andrew.L课程要求课程要求成绩构成成绩构成1.课堂出勤课堂出勤2.平常作业平常作业3.实验实验4.考试（闭卷）考试（闭卷）3第第0 0章章 绪论绪论0.1 检测的基本概念检测的基本概念0.2检测技术的地位和作用检测技术的地位和作用0.4 检测技术的分类检测技术的分类0.5 检测技术的发展趋势检测技术的发展趋势0.3检测系统的组成检测系统的组成40.1 0.1 检测的基本概念检测的基本概念神州神州6号号50.1 0.1 检测的基本概念检测的基本概念远
2、望远望1号号60.1 0.1 检测的基本概念检测的基本概念v此外，在人们日常生活中，检测技术和我们也是此外，在人们日常生活中，检测技术和我们也是紧密相连。比如装修后的空气污染（检测甲醛气紧密相连。比如装修后的空气污染（检测甲醛气体含量等），电冰箱，空调（检测温度并控制），体含量等），电冰箱，空调（检测温度并控制），家庭红外防盗等。家庭红外防盗等。v可见，从上述检测技术在工农业生产、军事国防、可见，从上述检测技术在工农业生产、军事国防、日常生活等方面应用，都不难看出检测技术在现日常生活等方面应用，都不难看出检测技术在现代社会中的重要地位与作用。代社会中的重要地位与作用。 70.1 0.1 检测的
3、基本概念检测的基本概念v定义：定义：检测检测是指在各类生产、科研、试验是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域为及时获得被测、被控及服务等各个领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行参量进行定性检查和定量测量。定性检查和定量测量。 定性检查：如生产设备外壳是否带电？定性检查：如生产设备外壳是否带电？ 定量测量：如工业熔炉内的温度是多少？定量测量：如工业熔炉内的温度是多少？80.1 0.1 检测的基本概念检测的基本概念v检测与计量的区别检测与计量的区别: : “计量计量”是指用精度等级更高的标准量具、器具是指用精度等级更高的标准量
4、具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量；测量；“检测检测”通常是指在生产、实验等现场，利用某通常是指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。行在线、连续的测量。90.2 0.2 检测技术的地位与作用检测技术的地位与作用100.2 0.2 检测技术的地位与作用检测技术的地位与作用110.3 0.3 检测系统的组成检测系统的组成120.3 0.3 检测系统的组成（传感器）检测系统的组成（传感器）v0.3.1 0.3.1 传感器传感器 定义：定义：传感器
5、传感器是测试系统与被测对象直接发生是测试系统与被测对象直接发生 联系的器件或装置。联系的器件或装置。作用：作用：感受被测对象指定被测参量的变化，并感受被测对象指定被测参量的变化，并 按一定的规律转换成一个相应的便于传按一定的规律转换成一个相应的便于传 递的输出信号。递的输出信号。 通常是将非电被测物理、化学成分参量通常是将非电被测物理、化学成分参量转换成电信号转换成电信号130.3 0.3 检测系统的组成（传感器）检测系统的组成（传感器）传感器特点：传感器特点：输出量为电压、电流、频率信号；输出量为电压、电流、频率信号；输出的电信号一般较微弱；输出的电信号一般较微弱；输出信号与噪声混杂在一起；
6、输出信号与噪声混杂在一起；传感器的输出特性呈线性或非线性；传感器的输出特性呈线性或非线性；外界环境的变化会影响传感器的输出特性；外界环境的变化会影响传感器的输出特性；140.3 0.3 检测系统的组成（传感器）检测系统的组成（传感器）v传感器的分类传感器的分类 如温度传感器、湿度如温度传感器、湿度传感器、位移传感器、传感器、位移传感器、加速度传感器等加速度传感器等（检测技术领域（检测技术领域 ）传感器的分类传感器的分类按被测参量按被测参量分类分类 按传感器按传感器工作原理工作原理分类分类 按输出信按输出信号分类号分类 包括电阻式包括电阻式、电容电容式、电感式、压电式、电感式、压电式、霍尔式等式
7、、霍尔式等 （传感技术领域）（传感技术领域）模拟式传感模拟式传感器和数字式器和数字式传感器传感器 150.3 0.3 检测系统的组成（传感器）检测系统的组成（传感器）传感器的输入、传感器的输入、输出的关系最好输出的关系最好不随时间和温度不随时间和温度而变化，受外界而变化，受外界因素干扰影响要因素干扰影响要小，重复性要好小，重复性要好准确性准确性 稳定性稳定性12其他其他4灵敏度灵敏度3如低能耗、耐如低能耗、耐腐蚀性好、输出腐蚀性好、输出阻抗小、经济性阻抗小、经济性等因素等因素 传感器的输出传感器的输出信号必须准确信号必须准确地反应其输入地反应其输入量，即被测量量，即被测量的变化的变化即要求被测
8、量即要求被测量较小的变化即较小的变化即可使传感器获可使传感器获得较大的输出得较大的输出信号信号 通常对传感器有如下要求：通常对传感器有如下要求：160.3 0.3 检测系统的组成（信号调理）检测系统的组成（信号调理）v0.3.2 0.3.2 信号调理信号调理 作用作用：对传感器输出微弱信号进行再加工，包括检波、转对传感器输出微弱信号进行再加工，包括检波、转换、滤波、放大等步骤，以便显示或供进一步处理。换、滤波、放大等步骤，以便显示或供进一步处理。是最简单的信是最简单的信号调理，比如号调理，比如对电压信号进对电压信号进行放大（或衰行放大（或衰减）减）1针对传感器的非针对传感器的非线性特性的信号线
9、性特性的信号调理，其作用是调理，其作用是尽可能扩大传感尽可能扩大传感器响应特性的线器响应特性的线性范围性范围1线性化线性化电平调整电平调整1滤除信号中的噪滤除信号中的噪声，减小由于传声，减小由于传感器内阻或传输感器内阻或传输线阻抗等因素带线阻抗等因素带来的测量误差，来的测量误差，达到提高测量精达到提高测量精度的目的度的目的滤波及阻抗调整滤波及阻抗调整信号形式变换信号形式变换指将传感器输出指将传感器输出信号从一种形式信号从一种形式变换为另一种形变换为另一种形式，如电压式，如电压- -电流电流变换、电流变换、电流- -电压电压变换等变换等170.3 0.3 检测系统的组成（信号调理）检测系统的组成
10、（信号调理）v对信号调理电路的一般要求是：对信号调理电路的一般要求是：能准确转化、稳定放大、可靠地传输信号；能准确转化、稳定放大、可靠地传输信号；信噪比高（信噪比越高说明混在信号里的噪声信噪比高（信噪比越高说明混在信号里的噪声越小），抗干扰性能要好。越小），抗干扰性能要好。180.3 0.3 检测系统的组成（数据采集）检测系统的组成（数据采集）v0.3.3 0.3.3 数据采集数据采集 作用：作用：对信号调理后的连续模拟信号离散对信号调理后的连续模拟信号离散化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时以一定的方式把这一系列数值信息，同时以一定的方
11、式把这些转换数据及时传递给微处理器或依次自些转换数据及时传递给微处理器或依次自动存储。动存储。 190.3 0.3 检测系统的组成（数据采集）检测系统的组成（数据采集）v数据采集系统的结构：数据采集系统的结构：结构：结构：数据采集系统通常以各类模数据采集系统通常以各类模/ /数数（A/DA/D）转换器为核心，辅以模拟多路开关、）转换器为核心，辅以模拟多路开关、采样采样/ /保持器、输入缓冲器、输出锁存器等保持器、输入缓冲器、输出锁存器等组成。组成。 200.3 0.3 检测系统的组成（数据采集）检测系统的组成（数据采集）v数据采集系统的主要性能指标是：数据采集系统的主要性能指标是： 输入模拟电
12、压信号范围；输入模拟电压信号范围； 转换速率；转换速率； 分辨率；分辨率； 转换误差；转换误差；210.3 0.3 检测系统的组成（数据处理）检测系统的组成（数据处理）v0.3.4 0.3.4 数据处理数据处理 数据处理（信号处理数据处理（信号处理) )模块是现代测试仪表、测试模块是现代测试仪表、测试系统和各类控制的系统和各类控制的中枢环节中枢环节，其作用和人的大脑，其作用和人的大脑相似。相似。 数据处理模块通常以各种型号的数据处理模块通常以各种型号的单片机、微处理单片机、微处理器为核心器为核心来构建，对高频信号和复杂信号的处理来构建，对高频信号和复杂信号的处理有时需增加数据传输和运算速度快、
13、处理精度高有时需增加数据传输和运算速度快、处理精度高的专用高速数据处理器的专用高速数据处理器（DSPDSP）或直接采用工业控或直接采用工业控制计算机。制计算机。220.3 0.3 检测系统的组成（数据处理）检测系统的组成（数据处理）v处理方法和要求处理方法和要求 方法：方法：包括数字滤波、非线性校正、温度包括数字滤波、非线性校正、温度补偿、零位补偿、标度变换等补偿、零位补偿、标度变换等 要求：要求：对测试信号处理环节只要能满足用对测试信号处理环节只要能满足用户对信号处理的要求，则是愈简单、愈可户对信号处理的要求，则是愈简单、愈可靠、成本愈低愈好。靠、成本愈低愈好。230.3 0.3 检测系统的
14、组成（信号显示）检测系统的组成（信号显示）v0.3.5 0.3.5 信号显示信号显示1指示式显示指示式显示数值大小由指数值大小由指示器或指针在示器或指针在标尺上的相对标尺上的相对位置来表示位置来表示2数字式显示数字式显示直接以数字形直接以数字形式给出被测量式给出被测量的数值大小的数值大小 3屏幕显示屏幕显示结合了上述两结合了上述两种显示方式的种显示方式的优点，具有形优点，具有形象性和易于读象性和易于读数的优点数的优点作用：作用：显示被测参量的瞬时值、累积值或随时间的变化情况显示被测参量的瞬时值、累积值或随时间的变化情况 240.3 0.3 检测系统的组成（信号显示）检测系统的组成（信号显示）指
15、示式显示（模拟式显示）指示式显示（模拟式显示）250.3 0.3 检测系统的组成（信号显示）检测系统的组成（信号显示）数字式显示数字式显示LEDLED：亮度高、耐振动：亮度高、耐振动LCDLCD：耗电省、集成度高：耗电省、集成度高260.3 0.3 检测系统的组成（信号显示）检测系统的组成（信号显示）屏幕显示屏幕显示270.3 0.3 检测系统的组成（信号输出）检测系统的组成（信号输出）v0.3.6 0.3.6 信号输出信号输出作用：作用：把测量值及时传送给控制计算机、可编程控制器把测量值及时传送给控制计算机、可编程控制器（PLCPLC）或其它执行器、打印机、记录仪等，从而构成闭）或其它执行器
16、、打印机、记录仪等，从而构成闭环控制系统或实现打印（记录）输出。环控制系统或实现打印（记录）输出。 测试系统常用的记录设备有测试系统常用的记录设备有打印机、磁带和记录仪等。打印机、磁带和记录仪等。280.3 0.3 检测系统的组成（输入设备）检测系统的组成（输入设备）v0.3.7 0.3.7 输入设备输入设备 作用：作用：输入设备是操作人员和测试仪表或测输入设备是操作人员和测试仪表或测试系统联系的另一主要环节，用于输入设置试系统联系的另一主要环节，用于输入设置参数、下达有关命令等。参数、下达有关命令等。 v最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、条最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、条码阅读器等。
17、最简单的输入设备是各种开关、码阅读器等。最简单的输入设备是各种开关、按钮，模拟量的输入设置。按钮，模拟量的输入设置。290.3 0.3 检测系统的组成（稳压电源）检测系统的组成（稳压电源）v0.3.8 0.3.8 稳压电源稳压电源 一一个个测测试试仪仪表表或或测测试试系系统统往往往往既既有有模模拟拟电电路路部部分分，又又有有数数字字电电路路部部分分，通通常常需需要要多多组组幅幅值值大大小小要要求求各异但均需稳定的电源。各异但均需稳定的电源。 测测试试系系统统的的设设计计者者需需要要根根据据使使用用现现场场的的供供电电电电源源情情况况及及测测试试系系统统内内部部的的实实际际需需要要，统统一一设设
18、计计各各组组稳稳压压电电源源，给给系系统统各各部部分分电电路路和和器器件件分分别别提提供供它它们所需的稳压电源。们所需的稳压电源。300.3 0.3 检测系统的组成检测系统的组成v总结总结值得一提的是，以上值得一提的是，以上8 8个部分不是所有检测个部分不是所有检测系统都必须具备的，而且对有些简单的测试系统都必须具备的，而且对有些简单的测试系统、其各环节之间的界线也不是十分清楚，系统、其各环节之间的界线也不是十分清楚，需根据具体情况进行分析。另外，在进行测需根据具体情况进行分析。另外，在进行测试系统设计时，对于把以上各环节具体相连试系统设计时，对于把以上各环节具体相连的传输通道，也应给予足够的
19、重视。的传输通道，也应给予足够的重视。310.4 0.4 检测系统的分类检测系统的分类颜色、透明度、颜色、透明度、磨损量、裂纹、磨损量、裂纹、泄露、表面质泄露、表面质量等量等 电压、电流、电功率、电阻、电压、电流、电功率、电阻、电容、频率、磁场强度、磁电容、频率、磁场强度、磁通密度等通密度等 按被测按被测参量分类参量分类温度、热量、比热温度、热量、比热容、热流、热分布、容、热流、热分布、压力、压差、真空压力、压差、真空度、流量、流速、度、流量、流速、物位、液位、界面物位、液位、界面等等 气体成分、液体成气体成分、液体成分、固体成分、酸分、固体成分、酸碱度、盐度、浓度、碱度、盐度、浓度、粘度、粒
20、度、密度、粘度、粒度、密度、比重等比重等 位移、形状、力、应力、位移、形状、力、应力、力矩、重量、质量、转力矩、重量、质量、转速、线速度、振动、加速、线速度、振动、加速度、噪声等速度、噪声等 光强、光通量、光光强、光通量、光照度、辐射能量等照度、辐射能量等 (1)(1)按被测参量分类按被测参量分类电工量电工量热工量热工量机械量机械量光学量光学量物性和物性和成分量成分量状态量状态量320.4 0.4 检测系统的分类检测系统的分类 (2)(2)按被测按被测参量的测试参量的测试转换方法分转换方法分类类其它能其它能/ /电转换电转换 声声/ /电转换（超声波式）、电转换（超声波式）、辐射能辐射能/ /
21、电转换（电转换（X X射线式、射线式）、化学射线式、射线式）、化学能能/ /电转换（各种化学转换）等电转换（各种化学转换）等 光电转换光电转换 光电式、激光式、红外式、光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维式等光栅、光导纤维式等 电磁转换电磁转换 电阻式、应变式、热阻式、电感电阻式、应变式、热阻式、电感式、互感式、电容式、阻抗式、磁电式、热点式、互感式、电容式、阻抗式、磁电式、热点式、压电式、霍尔式、振频式、磁栅等式、压电式、霍尔式、振频式、磁栅等 330.4 0.4 检测系统的分类检测系统的分类 (3)(3)按使用性按使用性质分类质分类工业用表工业用表 是长期适用于实际工业是长期适用于实际工
22、业生产现场的测试仪表与系统生产现场的测试仪表与系统 实验室表实验室表 多用于各类实验室中多用于各类实验室中 标准表标准表 是专门用于精确计量、校准是专门用于精确计量、校准送验样品和样机的标准仪器送验样品和样机的标准仪器 340.5 0.5 测试系统的发展趋势测试系统的发展趋势不断拓展测量范围，努力提高测试精度和可靠性不断拓展测量范围，努力提高测试精度和可靠性1传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展 2重视非接触式测试技术研究重视非接触式测试技术研究 3测试系统智能化、系统化、标准化测试系统智能化、系统化、标准化4 测试系统虚拟化、网络化测试系统虚拟化、网络化 5东南大学东南大学东南大学仪器科学与工程学院
