上海交通大學(xué)一類課程

第一章檢測技術(shù)概述一、檢測的根本概念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、檢測的分類被測量值的物理屬性：電量、非電量檢測原理〔物理的、化學(xué)的、生物學(xué)的〕：檢測方法：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)13、測量單位被測量基準(zhǔn)量防止混亂----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根本單位：倍數(shù)〔結(jié)果〕SI

組合單位：七個物理量單位---相互獨立由根本單位導(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〕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)備平安經(jīng)濟運行監(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)備和人員平安提高經(jīng)濟效益3、自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成局部生產(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)的完善和開展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步檢測手段水平?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〔信號檢出局部〕〔信號變換局部〕〔分析處理局部、通信接口及總線〕41、信號檢出局部傳感器〔Sensor〕----檢出功能的器件信號提取〔被測量〕、傳輸〔信號變換局部〕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)的本錢等的限制電阻、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)最密切的局部52、信號變換局部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63、分析處理局部功能：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、通信接口與總線局部計算機系統(tǒng)----強大問題分析能力、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)〕〔標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)形式〕接口---分系統(tǒng)和上位機之間/分系統(tǒng)之間交換信息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行直接測量自變量目標(biāo)變量負載電阻功率=電壓

電流（關(guān)系）〔直接測量〕82、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294、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、主動探索與信息反響型檢測自適應(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10五、檢測技術(shù)的開展趨勢檢測技術(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113〕傳感器向著高精度小型化和集成化方向開展微電子技術(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