《現(xiàn)代檢測技術(shù)》課件第1章-緒論

第1章緒論1.11.21.31.4檢測技術(shù)概述傳感器概述現(xiàn)代檢測系統(tǒng)檢測技術(shù)發(fā)展趨勢1.1檢測技術(shù)概論被測參數(shù)（物理量、化學量、生物量）參數(shù)檢測：檢查、測量、測試的總稱檢測裝置：實現(xiàn)參數(shù)檢測的變換器。三個環(huán)節(jié)：輸入單元、處理單元、輸出單元。*檢測技術(shù)：以研究信息的提取、轉(zhuǎn)換、處理為理論和技術(shù)的一門應用技術(shù)學科。1、檢測技術(shù)基本概念2、檢測裝置（系統(tǒng)）的發(fā)展歷程第一代檢測裝置：以物理學原理為基礎交流電壓表天平壓力表第二代檢測裝置：電子管、晶體管為基礎，處理模擬電信號。例如：示波器、信號發(fā)生器等第三代檢測裝置：數(shù)字集成電路與模擬放大器等組合，具有信號處理功能儀器儀表。顯示儀表、萬用表、信號發(fā)生器、示波器等。信號發(fā)生器示波器第四代檢測裝置：以微處理器為核心的智能化儀表。波形存儲示波器。波形存儲示波器數(shù)字萬用表虛擬儀器檢測技術(shù)、計算機技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。多參量多點檢測。虛擬示波器虛擬信號發(fā)生器PC機+數(shù)據(jù)采集卡+驅(qū)動程序+系統(tǒng)軟件虛擬儀器現(xiàn)場總線儀表水電煤氣和供熱計量遠程抄表系統(tǒng)3、對檢測裝置的基本要求與舉例（1）能實現(xiàn)多參數(shù)、多點檢測。（2）動態(tài)參數(shù)測量，系統(tǒng)的頻帶寬。（3）實時性要求高的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速信號處理。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信。例1感溫、感煙火災報警系統(tǒng)集控器1中央監(jiān)控圖1-1監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖探頭11探頭12探頭1N串行總線現(xiàn)場總線房間內(nèi)智能感溫、感煙探頭：負責檢測溫度、濃度信號、超限報警。輸出溫度、濃度信號通過串行通訊線送入集控器。樓道集控器：負責信號匯總，匯總各房間的溫度和濃度信號，并監(jiān)控各房間溫度、煙濃度是否異常，如異常，聲光報警并打開噴淋設備滅火，一層一臺。中央監(jiān)控計算機：各層集控器通過CAN總線、M-BUS總線等現(xiàn)場總線將溫度、濃度等信號送入。值班人員在電腦屏幕上直觀監(jiān)視各房間情況（溫度、煙霧濃度）。電視攝像頭：房間、樓道裝配，通過電視屏幕查看房間、樓道情況。感溫、感煙傳感器，就像人的感官。圖1-2（a）裝有溫濕度探頭的糧倉示意圖通風口探頭通風口通風口例2糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)圖1-2（b）溫濕度監(jiān)控組成框圖巡檢儀中央監(jiān)控探頭1探頭2探頭N串行總線現(xiàn)場總線糧倉分層風機定性人通過感官感覺外界對象的刺激，通過大腦對感受的信息進行判斷、處理，肢體作出相應的反映。定量傳感器相當于人的感官，稱“電五官”，外界信息由它提取，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)易于處理的電信號，微機對電信號進行處理，發(fā)出控制信號給執(zhí)行器，執(zhí)行器對外界對象進行控制。例3人與機器的功能對應關(guān)系

圖1-3人與機器的機能對應關(guān)系圖外界對象感官傳感器人腦微機肢體執(zhí)行器1.2傳感器概述傳感器XYY=F（X）物理量化學量生物量電量

1、*傳感器的定義（Sensor）

能夠感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。（GB7665—87）

*能夠?qū)⒈粶y非電量轉(zhuǎn)換為電量的裝置。（狹義）光電池、光敏電阻2、*傳感器的組成圖1-4差動電感壓力傳感器組成框圖*思考：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路的作用。敏感元件轉(zhuǎn)換元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路圖1-6傳感器組成框圖被測量中間量電量電信號膜盒差動電感電橋電路圖1-5氣體壓力傳感器組成框圖PSLU0差動電感壓力傳感器組成框圖mVTT0BA（a）熱電偶IhfG(b)光電池f+++++–––––Q(c)壓電傳感器RRTR0RU0Ui(d)熱敏電阻傳感器圖1-7傳感器組成電路課堂練習：畫出上述傳感器組成框圖3、傳感器分類（1）按能量轉(zhuǎn)換情況能量控制型傳感器:需外供電源，只起信號轉(zhuǎn)換，不起能量轉(zhuǎn)換。

RRTR0RU0Ui能量轉(zhuǎn)換型傳感器：不需外加電源，本身起能量轉(zhuǎn)換。f+++++–––––Q（2）按物理工作原理分類（教科書）按傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、測量電路及應用講授。條理較清晰。

U0Ui（3）根據(jù)輸入物理量（用途）分類物理量：溫度、壓力、流量、料位、位移、加速度等?；瘜W量：物質(zhì)成分、濃度、酸堿度等。生物量：血壓、心電圖、腦電波等。（4）按輸出信號的性質(zhì)分類模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器:輸出電壓、電流等模擬量。數(shù)字式傳感器：輸出數(shù)字量、脈沖量。光柵、數(shù)字編碼器、CCD傳感器等。4、傳感器的發(fā)展趨勢（1）不斷提高傳感器的性能,擴大應用范圍（測量精度、穩(wěn)定性、可靠性、分辨率、測量范圍、抗干擾能力等）（2）開發(fā)新型傳感器發(fā)現(xiàn)新效應材料。用單晶硅、多晶硅、非晶硅制作光電池。光伏發(fā)電。采用新工藝、新技術(shù)。如納米技術(shù)、MEMS技術(shù)開發(fā)微型傳感器，用于工業(yè)、醫(yī)療與軍事等領域。（3）研制集成化、多功能和智能化傳感器傳感器TPQY多功能化智能化：微機加傳感器。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、串行通信等。（4）系統(tǒng)網(wǎng)絡化、傳感器微型化無線傳感器網(wǎng)絡。圖1-8溫度傳感器圖1-9壓力傳感器傳感器實例

圖1-10液位傳感器1.3現(xiàn)代檢測系統(tǒng)1、*結(jié)構(gòu)組成傳感器處理單元輸出單元圖1-11檢測系統(tǒng)組成框圖被測量電信號有效電信號傳感器的轉(zhuǎn)換精度直接決定檢測系統(tǒng)的精度。處理單元的種類隨傳感器種類的不同而不同。輸出單元不同，檢測系統(tǒng)的叫法不同。傳感器處理單元顯示器記錄儀自動檢測系統(tǒng)傳感器處理單元計數(shù)器累加器自動計量系統(tǒng)傳感器處理單元報警器自動保護系統(tǒng)傳感器處理單元圖像輸出自動診斷自動識別系統(tǒng)圖1-12檢測系統(tǒng)的類型傳感器處理單元顯示器記錄儀自動檢測系統(tǒng)電子體溫計電子血壓計傳感器處理單元計數(shù)器累加器自動計量系統(tǒng)電子水表煤氣表傳感器處理單元報警器自動保護系統(tǒng)感煙報警器感溫報警器傳感器處理單元圖像輸出自動診斷自動識別系統(tǒng)拍照及指紋識別考勤機（1）基本檢測型2、應用類型A/D微機對象傳感器輸出信號調(diào)理圖1-13（a）基本檢測型組成框圖實時檢測鍋爐溫度，溫度超過95℃報警，測量溫度范圍0～110℃。熱電偶溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為mV電壓，0～110℃轉(zhuǎn)換為0～10mV。經(jīng)過放大器放大到0～2V。送10位A/D轉(zhuǎn)換器離散為數(shù)字量。微機根據(jù)測得的數(shù)字量計算得到溫度值。送顯示器顯示，同時判斷溫度是否超過95℃，超過報警。A/D轉(zhuǎn)換器微機傳感器1顯示多路轉(zhuǎn)換器傳感器2傳感器n打印報警通信可編程增益放大器ABCX1X2Xn圖1-13（b）基本檢測型組成框圖（2）標準接口型PC機為控制器，配置總線接口卡板，（CAN總線、RS485總線、USB、虛擬儀器采集卡）應用相應通信協(xié)議，數(shù)據(jù)采集處理，通信。PC機（帶相應總線接口卡）帶GPIB儀器帶VXI儀器虛擬儀器網(wǎng)絡帶RS485儀器帶現(xiàn)場總線儀器帶USB接口儀器（3）控制型給定值A/D微機對象傳感器D/A信號調(diào)理給定單元控制器電動調(diào)節(jié)閥上水箱液位變送器XRXiXe擾動圖1-14控制型組成框圖Lθ執(zhí)行器LTLT液位控制器液位變送器電動調(diào)節(jié)閥泵儲水箱上水箱下水箱圖1-15水箱液位控制（過程控制）例1置于現(xiàn)場,將過程量轉(zhuǎn)換為標準信號的裝置。位于過程控制的反饋通道,相當于生產(chǎn)過程的感官。圖1-16變送單元圖1-17冷軋帶鋼板板厚控制（運動控制）檢測板厚控制器液壓執(zhí)行機構(gòu)軋輥帶鋼例2給定厚度A/D微機軋機板厚傳感器D/A信號調(diào)理H1.4檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢微(小)型化、智能化、網(wǎng)絡化、硬件平臺通用化、軟件多功能化。微(小)型化：節(jié)材、節(jié)能、減小體積，減輕重量。智能化：硬件功能軟件化，提高性能價格比。網(wǎng)絡化：實現(xiàn)信息共享，滿足現(xiàn)代檢測需要。硬件平臺通用化、軟件多功能化：硬件模塊化，根據(jù)具體的檢測控制任務，編寫應用程序。思考題與習題1、檢測、檢測裝置、檢測技術(shù)。2、傳感器概念、組成及各組成部分功能。3、基本檢測系統(tǒng)與控制型檢測系統(tǒng)組成框圖。各環(huán)節(jié)的作用。4、由圖1熱電偶、光電池、壓電傳感器、熱敏電阻原理圖畫出它們的組成框圖。5、由圖2上水箱液位控制系統(tǒng)工藝流圖畫出其單回路控制系統(tǒng)組成框圖。mVTT0BA（a）熱電偶IhfG(b)光電池f+++++–––––Q(c)壓電傳感器RRTR0RU0Ui(d)熱敏電阻傳感器圖1幾種傳感器工作原理圖LTLT液位調(diào)節(jié)器液位變送器電動調(diào)節(jié)閥泵儲水箱上水箱下水箱圖2上水箱液位控制系統(tǒng)工藝流圖MEMS是英文MicroElectroMechanicalsystems的縮寫，即微電子機械系統(tǒng)。微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)（micro/nanotechnology）基礎上的前沿技術(shù)，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)。它可將機械構(gòu)件、光學系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個整體單元的微型系統(tǒng)。這種微電子機械系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。它用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片鍵合等技術(shù))相結(jié)合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和微系統(tǒng)。參考內(nèi)容微電子機械系統(tǒng)（MEMS）是近年來發(fā)展起來的一種新型多學科交叉的技術(shù)。它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、