上海交通大學(xué)一類課程課件

檢測技術(shù)概述一、檢測的基本概念1、檢測與測量：測量：以確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作檢測技術(shù)：檢測過程：測量+信號檢出（極為重要）信息提取、信號轉(zhuǎn)換存儲與傳輸、顯示記錄、分析處理檢測技術(shù)：檢測方法、檢測結(jié)構(gòu)、檢測信號處理2、檢測的分類*按被測量值的物理屬性分類：電量、非電量*按檢測原理分類（物理的、化學(xué)的、生物學(xué)的）：*按檢測方法分類：主動和被動、直接與間接、接觸式與非接觸式、動態(tài)和靜態(tài)電磁法、光學(xué)法、微波法、超聲法、核輻射法、電化學(xué)分析、色譜分析、質(zhì)譜分析等檢測是意義更為廣泛的測量---綜合性技術(shù)檢測技術(shù)概述一、檢測的基本概念1、檢測與測量：測量：以確定被13、測量單位被測量基準(zhǔn)量國際單位制（SI）長度質(zhì)量時間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量光量實物單位----千克標(biāo)準(zhǔn)原器米----光在真空中1s時間內(nèi)傳播距離的1/299792485能量（J）=力距離大得多/小得多----詞頭：mm、m、nm（10-9m）；kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）單位測量：比較SI基本單位：倍數(shù)（結(jié)果）SI

組合單位：七個物理量單位---相互獨立由基本單位導(dǎo)出=質(zhì)量

加速度距離J=kg（m/s2）m=m2·kg/s2能量---焦（耳）：長度、質(zhì)量、時間（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）（科學(xué)家）3、測量單位被測量基準(zhǔn)量國際單位制（21、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段二、檢測技術(shù)的作用與意義被動檢測主動檢測（在線檢測）質(zhì)量控制領(lǐng)域2、在大型設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用故障監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益3、自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過程：“物流”“信息流”控制管理數(shù)量狀態(tài)趨向檢測獲取信息分析判斷自動控制自動化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行4、檢測技術(shù)的完善和發(fā)展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步檢測手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度理論研究成果離不開必要的檢測手段1、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段二、檢測技術(shù)的作用與意義被動3三、檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號檢出部分）（信號變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）三、檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號檢出部分）（信號41、信號檢出部分傳感器（Sensor）----檢出功能的器件信號提取（被測量）、傳輸（信號變換部分）特點：1）輸出量為電壓、電流、頻率2）輸出的電信號一般較微弱：電壓----毫伏級、微伏級；電流----毫安級、納安級3）輸出信號與噪聲混雜在一起----傳感器內(nèi)部噪聲傳感器的信噪比小、輸出信號弱----信號淹沒在噪聲中4）傳感器的輸出特性呈線性或非線性選擇：測量精度要求、被測量變化范圍、被測對象所處的環(huán)境條件以及對傳感器體積和整個檢測系統(tǒng)的成本等的限制電阻、電容、電感兩種：數(shù)字量、模擬量5）外界環(huán)境的變化會影響傳感器的輸出特性檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對象關(guān)聯(lián)最密切的部分1、信號檢出部分傳感器（Sensor）----檢出功能的器52、信號變換部分檢出信號適合于分析和處理的信號信號調(diào)理電路阻抗變換----輸出阻抗很高時；電壓/電流（V/A）轉(zhuǎn)換----需要電流輸出時；目的：4）簡化后續(xù)系統(tǒng)的組成2）消除或抑制傳感器輸出量中的無用信號3）提高測量、分析的準(zhǔn)確度信號放大----輸出信號微弱時；噪聲抑制----信號淹沒在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換----需要輸出數(shù)字信號時1）對傳感器的輸出量變換成易于處理或放大的量2、信號變換部分檢出信號適合于分析和處理的信號信號調(diào)理電路阻63、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內(nèi)容----檢測系統(tǒng)的研究中心通用標(biāo)準(zhǔn)接口---不同的系統(tǒng)尤其是不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)4、通信接口與總線部分計算機(jī)系統(tǒng)----強(qiáng)大問題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實時控制自動化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行總線：傳送數(shù)字信號的公共通道----信號線的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系統(tǒng)）（規(guī)范、結(jié)構(gòu)形式）接口---分系統(tǒng)和上位機(jī)之間/分系統(tǒng)之間交換信息3、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息7四、檢測方法選擇：被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)要求分類：（1）按測量手續(xù)：直接測量、間接測量（2）按測量值的獲得方式：偏移法測量、零位法測量、差分式測量（3）按傳感器與被測對象是否直接接觸：接觸式測量、非接觸式測量（4）根據(jù)對象變化的特點：靜態(tài)測量、動態(tài)測量1、直接測量與間接測量直接測量----與同類基準(zhǔn)進(jìn)行簡單的比較以得到被測量線紋尺----物體尺寸、天平----物體重量間接測量----被測量無法或不易進(jìn)行直接測量自變量目標(biāo)變量負(fù)載電阻功率=電壓電流（關(guān)系）（直接測量）四、檢測方法選擇：被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)要求分類：（182、偏移法與零位法測量1）偏移法---完全從被測量中獲得信號轉(zhuǎn)換所需能量例：彈簧秤2）零位法---不從信號源獲得能量作用：測量原理線性化、提高靈敏度結(jié)構(gòu)：對稱結(jié)構(gòu)的兩個傳感器，被測量反對稱作用在兩個傳感器上（常見檢測結(jié)構(gòu)形式）高精度測量例：天平稱量物體測量誤差3、差分式測量消除干擾的影響22、偏移法與零位法測量1）偏移法---完全從被測量中獲94、隨動跟蹤測量---基于零位法的測量例：高精度電子秤、伺服加速度計、高精度壓力傳感器自學(xué)習(xí)能力---神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬某種非線性映射---智能化檢測的標(biāo)志之一高精度測量5、主動探索與信息反饋型檢測自適應(yīng)能力改變傳感器的工作溫度傳感器的靈敏度被測對象傳感器信息處理檢測結(jié)果通過學(xué)習(xí)不斷調(diào)整連接強(qiáng)度問題最優(yōu)解調(diào)整對象的位置、姿態(tài)使檢測結(jié)果具有確定性信號特征辨析4、隨動跟蹤測量---基于零位法的測量例：高精度電子秤、自10五、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢檢測技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測理論、方法和技術(shù)手段1、傳感器水平的提高光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器（以高分子有機(jī)材料為敏感元件）化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器（代替視覺、嗅覺、味覺和聽覺）以及檢測超高溫、超高壓、超低溫和超高真空等極端參數(shù)的新型傳感器1）新原理、新材料、新工藝新功能傳感器2）新領(lǐng)域、新需求新型傳感器科學(xué)研究形成推動實驗研究和發(fā)展五、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢檢測技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、113）傳感器向著高精度小型化和集成化方向發(fā)展微電子技術(shù)---多個同類型傳感器集成在一個芯片或陣列上②一體化：將傳感器和后續(xù)的處理電路集成一體③微型化：微米/納米技術(shù)、MEMS技術(shù)體積微小、重量輕微特點：點測量平面/空間測量例：電荷耦合器件（CCD）----光敏元陣列數(shù)碼相機(jī)多功能傳感----不同功能的傳感器集成化①集成化：特點：一個傳感器可以同時測量不同種類的多個參數(shù)例：測量血液中各種成分的多功能傳感器特點：減少干擾，提高靈敏度，方便使用；可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處理（傳感器和數(shù)據(jù)處理電路集成）2、檢測系統(tǒng)由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展以計算機(jī)為中心的檢測系統(tǒng)復(fù)雜對象或系統(tǒng)的多路、多參數(shù)檢測；數(shù)據(jù)存貯、傳輸、處理或復(fù)雜分析加工；故障診斷3）傳感器向著高精度小型化和集成化方向發(fā)展微電子技術(shù)---12智能電子警察監(jiān)測系統(tǒng)六、檢測系統(tǒng)舉例智能電子警察監(jiān)測系統(tǒng)六、檢測系統(tǒng)舉例13號號14圖像分辨率700x560真彩色16MbitCCD鏡頭最低照度<0.4lux鏡頭分辨率>560線焦距12～48mm記錄模式3張/每車存儲圖像容量>14000張電源功率<250W供電電壓220VAC50Hz車型類別5種超速檢測10-200公里/小時技術(shù)指標(biāo)圖像分辨率700x560技術(shù)指標(biāo)15上海交通大學(xué)一類課程課件16上海交通大學(xué)一類課程課件17上海交通大學(xué)一類課程課件18上海交通大學(xué)一類課程課件19檢測技術(shù)概述一、檢測的基本概念1、檢測與測量：測量：以確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作檢測技術(shù)：檢測過程：測量+信號檢出（極為重要）信息提取、信號轉(zhuǎn)換存儲與傳輸、顯示記錄、分析處理檢測技術(shù)：檢測方法、檢測結(jié)構(gòu)、檢測信號處理2、檢測的分類*按被測量值的物理屬性分類：電量、非電量*按檢測原理分類（物理的、化學(xué)的、生物學(xué)的）：*按檢測方法分類：主動和被動、直接與間接、接觸式與非接觸式、動態(tài)和靜態(tài)電磁法、光學(xué)法、微波法、超聲法、核輻射法、電化學(xué)分析、色譜分析、質(zhì)譜分析等檢測是意義更為廣泛的測量---綜合性技術(shù)檢測技術(shù)概述一、檢測的基本概念1、檢測與測量：測量：以確定被203、測量單位被測量基準(zhǔn)量國際單位制（SI）長度質(zhì)量時間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量光量實物單位----千克標(biāo)準(zhǔn)原器米----光在真空中1s時間內(nèi)傳播距離的1/299792485能量（J）=力距離大得多/小得多----詞頭：mm、m、nm（10-9m）；kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）單位測量：比較SI基本單位：倍數(shù)（結(jié)果）SI

組合單位：七個物理量單位---相互獨立由基本單位導(dǎo)出=質(zhì)量

加速度距離J=kg（m/s2）m=m2·kg/s2能量---焦（耳）：長度、質(zhì)量、時間（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）（科學(xué)家）3、測量單位被測量基準(zhǔn)量國際單位制（211、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段二、檢測技術(shù)的作用與意義被動檢測主動檢測（在線檢測）質(zhì)量控制領(lǐng)域2、在大型設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用故障監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益3、自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過程：“物流”“信息流”控制管理數(shù)量狀態(tài)趨向檢測獲取信息分析判斷自動控制自動化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行4、檢測技術(shù)的完善和發(fā)展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步檢測手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度理論研究成果離不開必要的檢測手段1、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段二、檢測技術(shù)的作用與意義被動22三、檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號檢出部分）（信號變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）三、檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號檢出部分）（信號231、信號檢出部分傳感器（Sensor）----檢出功能的器件信號提取（被測量）、傳輸（信號變換部分）特點：1）輸出量為電壓、電流、頻率2）輸出的電信號一般較微弱：電壓----毫伏級、微伏級；電流----毫安級、納安級3）輸出信號與噪聲混雜在一起----傳感器內(nèi)部噪聲傳感器的信噪比小、輸出信號弱----信號淹沒在噪聲中4）傳感器的輸出特性呈線性或非線性選擇：測量精度要求、被測量變化范圍、被測對象所處的環(huán)境條件以及對傳感器體積和整個檢測系統(tǒng)的成本等的限制電阻、電容、電感兩種：數(shù)字量、模擬量5）外界環(huán)境的變化會影響傳感器的輸出特性檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對象關(guān)聯(lián)最密切的部分1、信號檢出部分傳感器（Sensor）----檢出功能的器242、信號變換部分檢出信號適合于分析和處理的信號信號調(diào)理電路阻抗變換----輸出阻抗很高時；電壓/電流（V/A）轉(zhuǎn)換----需要電流輸出時；目的：4）簡化后續(xù)系統(tǒng)的組成2）消除或抑制傳感器輸出量中的無用信號3）提高測量、分析的準(zhǔn)確度信號放大----輸出信號微弱時；噪聲抑制----信號淹沒在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換----需要輸出數(shù)字信號時1）對傳感器的輸出量變換成易于處理或放大的量2、信號變換部分檢出信號適合于分析和處理的信號信號調(diào)理電路阻253、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內(nèi)容----檢測系統(tǒng)的研究中心通用標(biāo)準(zhǔn)接口---不同的系統(tǒng)尤其是不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)4、通信接口與總線部分計算機(jī)系統(tǒng)----強(qiáng)大問題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實時控制自動化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行總線：傳送數(shù)字信號的公共通道----信號線的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系統(tǒng)）（規(guī)范、結(jié)構(gòu)形式）接口---分系統(tǒng)和上位機(jī)之間/分系統(tǒng)之間交換信息3、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息26四、檢測方法選擇：被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)要求分類：（1）按測量手續(xù)：直接測量、間接測量（2）按測量值的獲得方式：偏移法測量、零位法測量、差分式測量（3）按傳感器與被測對象是否直接接觸：接觸式測量、非接觸式測量（4）根據(jù)對象變化的特點：靜態(tài)測量、動態(tài)測量1、直接測量與間接測量直接測量----與同類基準(zhǔn)進(jìn)行簡單的比較以得到被測量線紋尺----物體尺寸、天平----物體重量間接測量----被測量無法或不易進(jìn)行直接測量自變量目標(biāo)變量負(fù)載電阻功率=電壓電流（關(guān)系）（直接測量）四、檢測方法選擇：被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)要求分類：（1272、偏移法與零位法測量1）偏移法---完全從被測量中獲得信號轉(zhuǎn)換所需能量例：彈簧秤2）零位法---不從信號源獲得能量作用：測量原理線性化、提高靈敏度結(jié)構(gòu)：對稱結(jié)構(gòu)的兩個傳感器，被測量反對稱作用在兩個傳感器上（常見檢測結(jié)構(gòu)形式）高精度測量例：天平稱量物體測量誤差3、差分式測量消除干擾的影響22、偏移法與零位法測量1）偏移法---完全從被測量中獲284、隨動跟蹤測量---基于零位法的測量例：高精度電子秤、伺服加速度計、高精度壓力傳感器自學(xué)習(xí)能力---神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬某種非線性映射---智能化檢測的標(biāo)志之一高精度測量5、主動探索與信息反饋型檢測自適應(yīng)能力改變傳感器的工作溫度傳感器的靈敏度被測對象傳感器信息處理檢測結(jié)果通過學(xué)習(xí)不斷調(diào)整連接強(qiáng)度問題最優(yōu)解調(diào)整對象的位置、姿態(tài)使檢測結(jié)果具有確定性信號特征辨析4、隨動跟蹤測量---基于零位法的測量例：高精度電子秤、自29五、檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢檢測技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測理論、方法和技術(shù)手段1、傳感器水平的提高光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器（以高分子有機(jī)材料為敏感元件）化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器（代替視覺、嗅覺、味覺和聽覺）以及檢測超高溫、超高壓、超低溫和超高真空等極端參數(shù)的新型傳感器1）新原理、新材料、新工藝新功能傳感器