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1、检测技术基础检测技术基础Fundamentals of Test & Measurement Technology 施文康施文康wkshiwkshisjtusjtu. .eduedu. .cncn第一章第一章 检测技术概述检测技术概述一、检测的作用与意义一、检测的作用与意义二、检测的基本概念二、检测的基本概念三、检测系统构成三、检测系统构成四、检测系统的静态特性四、检测系统的静态特性五、检测系统的动态特性五、检测系统的动态特性六、六、一般检测方法一般检测方法 4 学时学时2历史时代：历史时代：手工化手工化机械化机械化自动化自动化信息化信息化生产方式：生产方式：人与简人与简单工具单工具动力机动力
2、机与机械与机械自动测自动测量控制量控制智能机智能机械装置械装置第一章第一章 检测技术概述检测技术概述一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用1. 信息化是科学技术发展的必然信息化是科学技术发展的必然3 人与机器的机能对应关系人与机器的机能对应关系：一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用42. 信息流是客观世界的一个主流信息流是客观世界的一个主流 物物料料流流 能流能流 信息流信息流客观世界客观世界一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用5信息流组成信息流组成信息流信息流获取传输处理控制信息获取是信息流的一环信息获取是信息流的一环一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用6 获取信息获取信息是仪
3、器科学的基本任务是仪器科学的基本任务 仪器仪表是信息产业的仪器仪表是信息产业的重要组成部分重要组成部分 仪器仪表是信息工业的仪器仪表是信息工业的源头源头一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用73 检测仪器仪表的作用检测仪器仪表的作用一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用 工业生产工业生产 倍增器倍增器 科学研究科学研究 先行官先行官 社社 会会 物化法官物化法官 军军 事事 战斗力战斗力8一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用n工业生产倍增器工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域关键领域在美国：检测技术占在美国：检测技术占4%，拉动经济增
4、长，拉动经济增长66%9检测技术在工业生产领域的应用检测技术在工业生产领域的应用一、检测的地位和作用一、检测的地位和作用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.1011一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位检测技术在工业生产领域的应用检测技术在工业生产领域的应用离线检测：零件参数、离线检测：零件参数、 尺寸与形位公差、尺寸与形位公差、 品质参数品质参数作作 用：现代工程装备中，用：现代工程装备中， 检测环节的成本约占检测环节的成本约占 5070%12检测技术在汽车中的应用日新月异检测技术在汽车中的应用日新月异一、检测技术的作用和地位一、检测技术的
5、作用和地位发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，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，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。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 底底 盘：盘：控制变速器系统、
6、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等控制变速器系统、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、油温车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车车 身：身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 1314检测技术在日常生活中的应用与日俱增检测技术在日常生活中的应用与日俱增一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位 家用电器：家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测
7、距传感器红外测距传感器数字体温计：接触式数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红外传感器红外传感器自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感器遥控接收：红外检测遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管办公商务：办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取可视对讲、可视电话：图像获取-面阵面阵CCDCCD扫描仪：文档扫描扫描仪：文档扫描-线阵线阵CCDCCD红外传输数据：红外检测红外
8、传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：医疗卫生：电子血压计：血压检测电子血压计：血压检测 - - 压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 - - 离子传感器离子传感器15一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位n科学研究的先行官科学研究的先行官 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说说“现代科学的进现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展步越来越依靠尖端仪器的发展” 俄国化学家门捷列夫指出俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的科学是从测量开始的” 近近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得年来，与科学
9、仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达者达38人人16一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位n军事战斗力军事战斗力 1991年海湾战争年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占精确制导炸弹和导弹占8% 2003年伊拉克战争年伊拉克战争 90% 1994年美国防部建立自动测试系统执行局年美国防部建立自动测试系统执行局立体作战立体作战17一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。在发射激光测距
10、仪：可精确的定位目标。在发射2020毫米高爆弹时，激光测距仪可毫米高爆弹时，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。间。18美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位检测技术在国防领域的应用检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统 监测系统监测系统: 探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌
11、人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假弹头，敌友方弹头，敌友方19检测技术在航天领域举足轻重检测技术在航天领域举足轻重一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位飞行器测控飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵纵 火箭测控火箭测控 - 检测火箭状况、姿态、轨迹检测火箭状况、姿态、轨迹 20一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器，个传感器，检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、
12、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应变、 声学、声学、神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置21一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位n“物化法官物化法官” 检查产品质量检查产品质量 监测环境污染监测环境污染 识别指纹假钞识别指纹假钞 查服违禁药物查服违禁药物 侦破刑事案件侦破刑事案件22一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位教学实验、气象预报、大地测教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、绘、灾情预报、交通指挥、涵盖涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空吃穿用、农轻重、海陆空23定义定义：被测信息被测信息：传感器、检测仪器、检测装置、检测系统
13、传感器、检测仪器、检测装置、检测系统全部操作全部操作：检测过程：检测过程：确定被测对象的确定被测对象的属性属性和和量值量值为目的的全部操作为目的的全部操作二、检测的基本概念二、检测的基本概念信号采集、信号处理、信号显示、信号输出信号采集、信号处理、信号显示、信号输出物理量（光、电、力、热、磁、声、物理量（光、电、力、热、磁、声、）被测对象被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ）检测器具：检测器具：化学量（化学量（PH、成份成份）生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、） 24例：空调机测量控制室温例：空调机测量控制室温二、检测的基本概念二、检测的
14、基本概念空气空气被测对象被测对象：被测信息被测信息：检测器具检测器具：操作过程操作过程：室内空气室内空气温度温度温度传感器温度传感器 - 热电阻、热电偶热电阻、热电偶 热敏电阻热敏电阻 电信号电信号 处理处理 显示显示空调机空调机25三、检测系统的构成三、检测系统的构成接接口口总总线线存储存储显示显示分析分析监控监控判断判断决策决策一般构成：一般构成：信号检出信号检出 信号检出信号检出信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换信号转换信号转换信号转换处理显示处理显示处理显示处理显示处理显示处理显示信号检出：信号检出：功能功能 - 将被测信号的转换为电信号的变化（将被测信号的转换为电信号的变化（d
15、etection）器件器件 - 传感器（传感器（sensor, transducer）信号转换：信号转换：功能功能 - 将传感器的输出信号转换为便于处理的形式将传感器的输出信号转换为便于处理的形式（conversion）器件器件 - 信号调理电路（信号调理电路（signal conditioning circuit）处理显示：处理显示：功能功能 - 分析（分析（analysis）、）、处理（处理（processing）、）、显示显示（display）通讯接口通讯接口/总线接口总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、 ) 其它环节：其它环节：存储、监控、决策存储、监控、决策 26检测
16、系统构成力力位移位移 速度速度 加速度加速度 压力压力流量流量温度温度电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式 压电式压电式热电式热电式 光电式光电式磁电式磁电式电桥电桥 放大器放大器滤波器滤波器调制器调制器解调器解调器运算器运算器 阻抗变换器阻抗变换器 笔式记录仪笔式记录仪光线示波器光线示波器 磁带记录仪磁带记录仪 电子示波器电子示波器 半导体存储器半导体存储器 显示器显示器 磁卡磁卡 数据处理器数据处理器 频谱分析仪频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪实时信号分析仪 电子计算机电子计算机 被测对象被测对象 传感器传感器 中间变换中间变换测量装置测量装置 显示及显示及 记录装置记录装置 实验结果实
17、验结果处理装置处理装置 激发装置激发装置 27四、检测方法分类n1. 直接测量直接测量 （绝对测量、相对测量）（绝对测量、相对测量） 间接测量间接测量n2. 开环测量与闭环测量开环测量与闭环测量n3. 偏差法、零位法、微差法偏差法、零位法、微差法28四、检测方法分类n1、直接测量与间接测量 直接测量：直接将直接测量：直接将被测量被测量与与标准量标准量进行比较进行比较标准量标准量标准计量单位（如米尺、光栅尺、标准计量单位（如米尺、光栅尺、激光、激光、） 绝对测量绝对测量定值标准量（如某一固定尺寸）定值标准量（如某一固定尺寸） 相对测量相对测量29四、检测方法分类四、检测方法分类- 绝对测量：绝对
18、测量：采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值测量结果：测量结果：20.1 mm- 相对测量：相对测量：将被测量直接与基准量比较，得到偏差值将被测量直接与基准量比较，得到偏差值特点：特点：简单、直观、明了；简单、直观、明了； 测量精度不高测量精度不高基准量：基准量：20.00 mm测量值：测量值：+0.08 mm结结 果：果：20.08 mm特点：特点：精度高；复杂、成本高、要求高精度高；复杂、成本高、要求高30四、检测方法分类 间接测量间接测量如测导线的导电率如测导线的导电率：测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量测量与被测量有一定函数关
19、系的参量，被测量由计算获得由计算获得31四、检测方法分类n2、开环测量与闭环测量、开环测量与闭环测量开环测量：开环测量：反馈测量：反馈测量：特点特点：简单、直观、明了；：简单、直观、明了； 测量精度不高测量精度不高特点特点：精度高；复杂、成本高、要求高：精度高；复杂、成本高、要求高传感器传感器输入量输入量x输出量输出量y传感器传感器输入量输入量x输出量输出量y放大放大反响传感器反响传感器32四、检测方法分类n3、偏差法、零位法和微差法、偏差法、零位法和微差法偏差法：偏差法：零位法：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测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量
20、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，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：微差法：偏差法和零位法的结合偏差法和零位法的结合被偿被偿测量被测量余数测量被测量余数被偿被偿测量大值与标准量大体平衡测量大值与标准量大体平衡33四、检测方法分类四、检测方法分类n思考：思考：杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？34五、现代检测技术发展趋势五、现代检测技术发展趋势n智能化智能化n虚拟化虚拟化n网络化网络化n微型化微型化n软测量技术软测量技术3536373839
