检测技术概述

1、自动检测技术自动检测技术Automatic Test & Measurement Technology 中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院2课程简介n课时分配：学时32h，其中，授课26h，实验6hn教材：检测技术(施文康主编，机械工业出版社，2010)n参考书：清华大学出版社-王俊杰or曹丽or周杏鹏编写n学习要求 了解检测系统构成的一般理论和系统性能分析基本方法，掌握检测技术方法。系列课程学习及关系。 学习内容 检测技术概述、系统特性与指标、电量测量技术、几何量检测技术、运动量检测、力学量检测、温度检测、流量检测、检测电路设计、检测算法、自动检测系统及抗干扰设计、

2、典型检测系统方案介绍 学习方式：授课+自习+练习n考核与成绩评定：笔试70%+实验和平时考核30%n实验：要求事项（吴老师：？周开始）3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、四、检测技术的主要研究内容检测技术的主要研究内容五、五、检测方法分类检测方法分类六、六、检测技术的发展方向检测技术的发展方向4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

3、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52. 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 物料流物料流 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6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 获取信息获取信息是仪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73

4、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%，拉动经济增长，拉动经济增长66%9(1)检测技术在检测技术在工业生产领域工业生产领域的应用的应用一、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

5、定位.离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数作用：现代工程装备中，检测环节的成本约占作用：现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%10一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位(1)检测技术在检测技术在工业生产领域工业生产领域的应用的应用各种自控系统中，测试环节起系统感官的作用，是其重要组成部分。各种自控系统中，测试环节起系统感官的作用，是其重要组成部分。 a) 生产加工过程生产加工过程参数监测参数监测 切削力测量，机床振动测切削力测量，机床振动测量、加工噪声测量，转速、量、加工噪声测量，转速、扭矩测量、温度测量、机扭矩测量、温度测量

6、、机架及受力件的应力测量、架及受力件的应力测量、电机参数测量等。电机参数测量等。11b) 流程工业流程工业设备运行状态监控设备运行状态监控 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。小时在线监测系统。 基于设备的检查和基于设备的检查和检测，通过计算机检测，通过计算机处理数据，掌握和处理数据，掌握和评估设备状态、预评估设备状态、预测故障。测故障。12c) 在汽车中的应用日新月异在汽车中的应用日新月异一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和

7、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、悬架

8、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(2) 在日常生活中的应用与日俱增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-红外测距传感器红

9、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：红外检测红外传输数据：

10、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手机？手机？-加速度计？陀螺？。加速度计？陀螺？。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许多重要的科学分支的确立和发展归功于重要的许多重要的科学分支的确立和发展归功于重要的科学仪器装置的研制成功。色谱仪的发明产生了色科学仪器装置的研制成功。色谱仪的发明产生了色谱学，光谱仪的发明产生了光谱学谱学，光谱仪的发明产生了光谱学 。诺贝尔

11、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”。科学仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障；科学仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障； 约有三分之一的诺贝尔物理和化学奖授予了那些在约有三分之一的诺贝尔物理和化学奖授予了那些在测试仪器方面有创新的科学家。测试仪器方面有创新的科学家。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

12、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A）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 夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：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至高爆弹的爆炸引信，以便精确设定引爆时间。将目标的距离信息自动传至高爆弹的爆炸引信，以便精确设定引爆时间。18美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD一、

13、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位b) 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19c) 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

14、，控制与操纵检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵 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 “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、温度、压力、 振动、振动、流量、应变、声学、流量、应变、声学、应变、航天员的应变、航天员的生理参数等。生理参数等。神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置20一、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

15、 查服违禁药物查服违禁药物 侦破刑事案件侦破刑事案件21一、检测技术的作用和地位一、检测技术的作用和地位其他：其他：教学实验、气象预报、大地测绘、教学实验、气象预报、大地测绘、 灾情预报、交通指挥、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、海陆空检测技术广泛应用于工农业生产、科学研究、航空航天、检测技术广泛应用于工农业生产、科学研究、航空航天、交通运输、医疗卫生及日常生活的每一个领域，。交通运输、医疗卫生及日常生活的每一个领域，。22二、检测的基本概念二、检测的基本概念测量测量：以确定以确定被测对象被测对象属性和量值属性和量值为目的的为目的的全部操作全部操作，也就是将

16、，也就是将被测量与同性质的标准量比较被测量与同性质的标准量比较, , 从而确定被测量对标准量的倍数。从而确定被测量对标准量的倍数。 它可由下式表示它可由下式表示: : xnqxnq或： 式中 ： x被测量值； q标准量，即测量单位； n比值（纯数），含有测量误差。 检测技术检测技术：含检和测两个内容。检是力图发现对象中的某些待测量并以信号的形含检和测两个内容。检是力图发现对象中的某些待测量并以信号的形式表现出来，是回答有无待测量的操作；测是量化待测量的信号。式表现出来，是回答有无待测量的操作；测是量化待测量的信号。测试技术，是带试验性质的测量，泛指测量和试验两方面的技术测试技术，是带试验性质的

17、测量，泛指测量和试验两方面的技术 23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传感器、检测仪器、检测装置、检测系统传感器、检测仪器、检测装置、检测系统检测过程：检测过程：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、信号输出检测器具：检测器具： 被测信息被测信息：（对象的属（对象的属性、量值）性、量值）物理量（光、

18、电、力、热、磁、声、物理量（光、电、力、热、磁、声、）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、） 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 ）24三、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 - 将被测信号转换为电信号的变化（将被测信号转换为电信号的变化（detect

19、ion）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 25力力位移位移

20、 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 实验结果实验结果处理装置处理装

21、置 激发装置激发装置 三、检测系统的构成三、检测系统的构成26四、检测技术的四、检测技术的主要研究内容主要研究内容n1 1、发现和应用新的测量原理，从事相应传感器的开发、发现和应用新的测量原理，从事相应传感器的开发 研究；研究；n2 2、选择合适的、选择合适的测量原理测量原理，确定，确定测量方法测量方法； 如：电测法和非电测法、直接测量与间接测量、绝对如：电测法和非电测法、直接测量与间接测量、绝对 测量与相对测量、开环测量与闭环测量等。测量与相对测量、开环测量与闭环测量等。n3 3、设计或选用各类装置组成、设计或选用各类装置组成测试系统测试系统；n4 4、测量、测量数据的分析处理数据的分析处理

22、，得出符合客观实际的结论。，得出符合客观实际的结论。测试技术指测试过程中所涉及的测试理论、方法、设备等。测试技术指测试过程中所涉及的测试理论、方法、设备等。 27五、检测方法分类五、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28五、检测方法分类五、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、

23、） 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29五、检测方法分类五、检测方法分类- 绝对测量：绝对测量：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30五、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，被测量由计算获得。测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量由计算获得。Rdl2431五、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