自動檢測技術的應用與發(fā)展

自動檢測技術的應用與發(fā)展摘要在當今經(jīng)濟全球化高速發(fā)展的時代，隨著工業(yè)自動化技術的迅猛發(fā)展，自動檢測技術被廣泛地應用在工業(yè)自動化、化工、軍事、航天、通訊、醫(yī)療、電子等行業(yè)，是自動化科學技術的一個格外重要的分支科學。眾所周知，自動檢測技術是在儀器儀表的使用、研制、生產(chǎn)的基礎上發(fā)展起來的一門綜合性技術。自動檢測系統(tǒng)廣泛應用于各類產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、使用、維護等各個階段，對提高產(chǎn)品性能及生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本及整個生產(chǎn)周期成本起著重要作用。本文首先介紹自動檢測系統(tǒng)的概念，其次通過自動檢測系統(tǒng)的各個組成部分，詳述系統(tǒng)的工作原理，介紹了自動檢測系統(tǒng)組建的概念、結(jié)構(gòu)以及在組建中所使用的關鍵技術。以此為鋪墊，進而深入探討自動檢測技術在各領域間的應用與推廣。關鍵詞：自動檢測 系統(tǒng) 應用 發(fā)展第1章 自動檢測系統(tǒng)的概念與組成自動檢測技術是一種盡量減少所需人工的檢測技術，是一種依賴儀器儀表，涉及物理學、電子學等多種學科的綜合性技術。與傳統(tǒng)檢測技術相比，這一技術可以減少人們對檢測結(jié)果有意或無意的干擾，減輕人員的工作壓力，從而保證了被檢測對象的可靠性，因此自動檢測技術已經(jīng)成為社會發(fā)展不可或缺的重要部分。自動檢測技術主要有兩項職責，一方面，通過自動檢測技術可以直接得出被檢測對象的數(shù)值及其變化趨勢等內(nèi)容；另一方面，將自動檢測技術直接測得的被檢測對象的信息納入考慮范圍，從而制定相關決策。檢測和檢驗是制造過程中最基本的活動之一。通過檢測和檢驗活動提供產(chǎn)品及其制造過程的質(zhì)量信息，按照這些信息對產(chǎn)品的制造過程進行修正，使廢次品與反修品率降至最低，保證產(chǎn)品質(zhì)量形成過程的穩(wěn)定性及產(chǎn)出產(chǎn)品的一致性。傳統(tǒng)的檢測和檢驗主要依賴人，并且主要靠手工的方式來完成。傳統(tǒng)的檢驗和檢測是在加工制造過程之后進行，一旦檢出廢次品，其損失已發(fā)生?；谌斯z測的信息，經(jīng)常包含人的誤差影響，按這樣的信息控制制造過程，不僅要在過程后才可以實施，而且也會引入誤差。自動檢測是以多種先進的傳感技術為基礎的，且易于同計算機系統(tǒng)結(jié)合，在合適的軟件支持下，自動地完成數(shù)據(jù)采集、處理、特征提取和識別，以及多種分析與計算。而達到對系統(tǒng)性能的測試和故障診斷的目的。1.1檢測與檢驗的概念檢測是指為確定產(chǎn)品、零件、組件、部件或原材料是否滿足設計規(guī)定的質(zhì)量標準和技術要求目標值而進行的測試、測量等質(zhì)量檢測活動，檢測有3個目標：1 實際測定產(chǎn)品的規(guī)定質(zhì)量我及其指標的量值。2 根據(jù)測得值的偏離狀況，判定產(chǎn)品的質(zhì)量水平，確定廢次品。3 認定測量方法的正確性和對測量活動簡化是否會影響對規(guī)定特征的控制。檢驗，又稱試驗，他是對產(chǎn)品功能和性能進行評定的一種質(zhì)量控制方法。檢驗指的是在實際工作環(huán)境或設計規(guī)定的工作條件下，對產(chǎn)品的功能、性能和壽命進行測定、試驗和評價的質(zhì)量控制活動。檢驗分為破壞性試驗和無損檢測試驗兩大類。產(chǎn)品的檢驗評價是設計改進和修改、制造過程改善的依據(jù)，特別是要求安全認證的產(chǎn)品。1.2自動檢測系統(tǒng)的概念自動檢測是指在計算機控制的基礎上，對系統(tǒng)、設備進行性能檢測和故障診斷。他是性能檢測、連續(xù)監(jiān)測、故障檢測和故障定位的總稱?，F(xiàn)代自動檢測技術是計算機技術、微電子技術、測量技術、傳感技術等學科共同發(fā)展的產(chǎn)物。凡是需要進行性能測試和故障診斷的系統(tǒng)、設備，均可以采用自動檢測技術。自動檢測系統(tǒng)是指能自動完成測量、數(shù)據(jù)處理、顯示（輸出）測試結(jié)果的一類系統(tǒng)的總稱。他是在標準的測控系統(tǒng)總線和儀器總線的基礎上組合而成，采用計算機、微處理器作控制器通過測試軟件完成對性能數(shù)據(jù)的采集、變換、處理、顯示等操作程序，具有高速度、多功能、多參數(shù)等特點。第2章 自動檢測系統(tǒng)的原理2.1自動檢測系統(tǒng)的組成當前自動檢測系統(tǒng)的基本組成如圖1所示，包括控制器、激勵信號源、測量儀器、開關系統(tǒng)、適配器、人機接口、檢測程序。2.2自動檢測系統(tǒng)的工作原理控制器，自動檢測系統(tǒng)的核心，由計算機組成。它是在檢測程序的作用下，對檢測周期內(nèi)的每一步驟進行控制，完成管理檢測周期、控制數(shù)據(jù)流向、接收檢測結(jié)果、進行數(shù)據(jù)處理、檢查讀數(shù)是否在誤差范圍內(nèi)、進行故障診斷、將檢測結(jié)果送到顯示器等功能。激勵信號源，主要應用于主動式檢測系統(tǒng)，它向被測單元提供檢測所需的激勵信號。測量儀器，檢測被測單元的輸出信號。開關系統(tǒng)，控制被測單元和自動檢測系統(tǒng)中有關部件間的信號通道。即控制激勵信號輸入被測單元，和被測單元的被測信號輸往測量裝置的信號通道。適配器，實現(xiàn)被測單元與自動檢測系統(tǒng)之間的信號連接。人機接口，實現(xiàn)操作員和控制器的雙向通信。操作員用鍵盤或開關向控制器輸入信息，控制器將檢測結(jié)果及操作提示等有關信息送到顯示器顯示。當需要打印檢測結(jié)果時，人機接口內(nèi)應配備打印機。檢測程序，自動檢測系統(tǒng)是在檢測程序的控制下進行性能檢測和故障診斷的。檢測程序完成人機交互、儀器管理和驅(qū)動、檢測流程控制、檢測結(jié)果的分析處理和輸出顯示、故障診斷等，他是自動檢測系統(tǒng)的重要組成部分。2.3自動檢測系統(tǒng)的組建計算機技術的發(fā)展為自動檢測系統(tǒng)的組建提供了多種可能，典型的自動檢測系統(tǒng)包括三部分：自動檢測設備（Automatic Test Equipment,ATE）、測試程序集（Test Program Set,TPS）和TPS軟件開發(fā)工具.自動檢測系統(tǒng)組建中的關鍵技術包括程控接口技術、虛擬儀器技術、專家系統(tǒng)、現(xiàn)場故障檢測技術、開放或可互操作的ATS實現(xiàn)技術。第3章 自動檢測技術的應用檢測技術與自動化裝置的應用基礎是扎實的理論以及科研和工程實踐過程中不斷積累的新技術，加上學科基礎理論和光、機、電結(jié)合打撈技術的迅速發(fā)展，更加促進了檢測技術與自動化裝置學科的發(fā)展。3.1目前我國自動檢測技術在各領域的應用與推廣我國高校自動檢測技術與應用專業(yè)培養(yǎng)電氣自動化領域的人才，他們掌握檢測技術及應用專業(yè)必需的基礎理論和專業(yè)知識，具備信息科學與技術、測試技術、智能儀器以及控制等方面技術應用能力，能在機電、輕工、石油、化工、電力等行業(yè)從事電子儀器、儀表及設備的應用、維修及生產(chǎn)過程控制等工作。國內(nèi)最先進的智能電表自動化檢測技術日前在天津投入使用，打破了以往人工檢測模式，每天檢測電表3000余塊，提高了電表在安裝前的精確度和檢測效率，這條自動檢測線的啟用，使檢測、校準電表精確度達到了99.8%，為實現(xiàn)當年天津市計劃安裝98萬塊智能電表提供了保障。在自動化檢測與應用方面，大連石化公司大容器檢測設備“全站儀”歷經(jīng)一年使用，共檢定油罐100多臺，各項技術指標均達到國家計量檢定規(guī)程標準要求，標志著該公司油罐計量檢測技術領先國內(nèi)大連石化與國家大容器檢定站專家共同開展科研攻關，提高和完善油罐計量檢測技術和管理水平，成功開發(fā)出“全站儀”并投入使用，改變了過去大容器油罐檢測“人拉肩挑”的方法，使計量檢測數(shù)據(jù)自動采集、自動計算完全實現(xiàn)智能自動化。3.2自動檢測技術在高新科技領域的推廣在高新科技領域推廣中，最為重要的是GE無損檢測技術。典型的應用案例交流會在上海GE中國科技園順利召開，會上介紹的15個精選案例，是經(jīng)過為期一個多月的案例征集，從30多個提交案例中，經(jīng)過專家評審會從實用性、行業(yè)代表性、技術性、經(jīng)濟成本以及對其他行業(yè)的借鑒意義5個方面綜合考慮評選出來，分別由GE的專家、相關行業(yè)內(nèi)的專家及用戶來介紹。內(nèi)容涉及超聲、X射線、相控陣、數(shù)字射線、內(nèi)窺鏡等技術，行業(yè)涉及航空航天、電力、石油天然氣、冶金等。開發(fā)商品化的無損檢測專業(yè)教學應用軟件和電子讀物，特別是引入多媒體技術，把文字、圖形、圖像以及影像資料綜合在一起，改善了教學效果，有利于培養(yǎng)新一代的無損檢測人員。這類軟件可以按照專業(yè)、層次而分成多個品種類型以適應不同的應用場合和需求。在自動化檢測技術領域，開發(fā)應用信息技術的關鍵在于無損檢測技術人員和計算機技術人員有機地結(jié)合起來，才能開發(fā)出實用型軟件并提供給廣大無損檢測人員使用。目前，我們已經(jīng)具備了良好的技術和物質(zhì)基礎，使這方面的開發(fā)應用成為可行。盡管還有不少困難，例如適用內(nèi)容的搜集、選擇與編排，極大的輸入工作量以及軟件編排設計的合理性與實用性方面的問題等，但是，在無損檢測技術領域開拓應用信息技術是大有可為的，它將促進我國無損檢測技術的迅速發(fā)展。近年來，自動化控制技術在中國紡機集團的產(chǎn)品中得到了廣泛應用，有效地增強了產(chǎn)品的機電一體化水平，提高了產(chǎn)品的市場競爭力，適應和滿足了客戶的需求，進一步提高了電氣產(chǎn)品的質(zhì)量。在我國檢測設備的研發(fā)領域，檢測技術的“軍轉(zhuǎn)民”取得了豐碩的成果。隨著“轉(zhuǎn)化”的穩(wěn)步推進，對我國制造業(yè)的影響也隨之加深。軍用科學技術惠及廣大的民品制造企業(yè)，可有效降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，增強了企業(yè)的核心競爭力，推動我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。第4章 自動檢測技術的發(fā)展隨著半導體和計算機技術的發(fā)展，新型或具有特殊功能的傳感器出現(xiàn)，檢測裝置也向小型化、固體化及智能化發(fā)展，應用領域更加寬廣。首先，不斷提高監(jiān)測系統(tǒng)的測量精度、量程范圍、延長使用壽命、提高可靠性。科學技術的發(fā)展要求測量系統(tǒng)有更高的精度。近年來，人們研制出許多高精度的檢測儀器以滿足各種需求。例如，用直線光柵測量直線位移時，測量范圍可達二三十米，而分辨率可達到微米級；人們已經(jīng)研制出測量低至幾個帕的微壓力和高達幾千兆帕高壓的；力傳感器；開發(fā)了能夠測出極微弱磁場的磁敏傳感器等。從20世紀60年代開始，人們對傳感器的可靠性和故障率的數(shù)學模型進行了大量的研究，使得監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和使用壽命大幅度提高。其次，應用新技術和新的物理效應，擴大檢測領域。檢測原理大多以各種物理效應為基礎，近代物理學的進展如納米技術、激光、紅外、超聲波、微波、光纖、放射性同位素等新成就為檢測技術的發(fā)展提供了更多的依據(jù)。如圖像識別、激光測距、紅外測溫、C型超聲波無損探傷。放射性測厚。中子探測爆炸物等非接觸測量得到迅速發(fā)展。20世紀70年代以前，檢測技術主要用于工業(yè)部門，如今，檢測領域正擴大到整個社會需要的各個方面，不僅包括工程、海洋開發(fā)、航空航天等尖端科技和新興工業(yè)領域，而且已涉及生物、醫(yī)療、環(huán)境污染監(jiān)測、危險品和毒品的偵查、安全檢測等方面，并且已經(jīng)開始滲入到人們的日常生活設施之中。 再次，發(fā)展集成化、功能化的傳感器。隨著半導體集成電路技術的發(fā)展，硅和砷化鎵電子元件的高度集成化大量向傳感器領域滲透。人們將傳感技術與信號處理電路制作在同一塊硅片上，從而研制體積更小、性能更好、功能更強的傳感器。例如，高精度的PN結(jié)測溫集成電路；又如，將排成陣列的上千萬個光敏元件及掃描放大電路制作在一塊芯片上，制成彩色CCD數(shù)碼照相機、攝像機以及可攝像的手機等。今后還將在光、磁、溫度、壓力等領域開發(fā)出新型的集成度很高的傳感器。第四，采用計算機技術，使檢測技術智能化。自20世紀70年代微處理器問世以來，人們迅速將計算機技術應用到測量技術領域中來，使檢測儀器智能化，從而擴展了功能，提高了精度和可靠性，目前研制的測量系統(tǒng)大多帶有微處理器。第五，發(fā)展網(wǎng)絡化傳感器及檢測系統(tǒng)。隨著微電子技術的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以將十分復雜的信號處理和控制電路集成到單塊的芯片中去。傳感器的輸出不再是模擬量，而是符合某種協(xié)議格式（如可即插即用）的數(shù)字信號。從而可以通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡，也可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)多個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享，從而構(gòu)成網(wǎng)絡化的檢測系統(tǒng)。還可以遠在千里之外，隨時隨地瀏覽現(xiàn)場工況，實現(xiàn)遠程調(diào)試、遠程故障診斷。遠程數(shù)據(jù)采集和實時操作。第5章 結(jié)語隨著信息技術和計算計技術的發(fā)展，大量的技術成果被應用到自動檢測技術當中，促進了自動檢測技術的快速發(fā)展。目前，自動檢測技術已經(jīng)應用到社會生產(chǎn)的各個領域，因此其功能極為強大；自動檢測技術所需人員很少，因此可靠性較高；自動檢測技術測得的被檢測對象的參數(shù)信息基本不會受到來自人的隨機干擾，因此精確度較高；運用自動檢測技術的測量過程主要是自動完成的，只要測量之間設置好時間、程序等指數(shù)，就可以很好地完成測量工作，因此實時性很強。自動檢測系統(tǒng)從被檢測對象出發(fā)，經(jīng)傳感器等檢測元件將被檢測對象轉(zhuǎn)化為信號，通過復雜的變換過程進行信號處理，最終將信號輸出。近年來計算計技術和物理科學的不斷更新為自動檢測技術的發(fā)展創(chuàng)造了可能。自動檢測技術能夠采用更加先進的檢測方法，應用范圍也更加廣泛。自動檢測技術在高新領域的廣泛應用，形成了具有現(xiàn)代特點的智能檢測技術。隨著自動檢測技術在高新領域的不斷增長，網(wǎng)絡化、集成化、智能化將成為自動檢測技術的發(fā)展方向