现代检测技术-检测技术基本知识

现代(xiàndài)检测技术检测技术基本知识第一页，共32页。检测技术是以研究检测系统中的信息提取、信息转换(zhuǎnhuàn)以及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术学科。检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通讯技术构成完整的信息技术学科。检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。第二页，共32页。被测量类型被测量被测量类型被测量热工量温度、热量、比热容、热流、热分布、压力（压强）、压差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面物体的性质和成分量气体、液体、固体的化学成分、浓度、粘度、湿度、密度、酸碱度、浊度、透明度、颜色机械量直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应力、应变、力矩、振动、噪声、质量（重量）状态量工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）几何量长度、厚度、角度、直径、间距、形状、平行度、同轴度、粗糙度、硬度、材料缺陷电工量电压、电流、功率、电阻、阻抗、频率、脉宽、相位、波形、频谱、磁场强度、电场强度、材料的磁性能表1-1工业检测涉及(shèjí)的内容1.2检测(jiǎncè)系统第三页，共32页。1.2检测(jiǎncè)系统图1-1检测(jiǎncè)系统结构框图12345第四页，共32页。如果测试系统由于多个环节组成，各环节的灵敏度分别为s1、s2、s3，而且各环节以下(yǐxià)图所示的那样串联的方式相连接，则整个系统的灵敏度可用下式表示s=s1s2s3提高灵敏度，可得到较高测量精度，但应当注意，灵敏度越高，测量范围往往越窄，稳定性往往越差。xy0y2y1s1s2s3

串联系统示意图5第五页，共32页。传感器传感器是将外界信息按一定规律转换成电量的装置，它是实现自动检测和自动控制(zìdònɡkònɡzhì)的首要环节。第六页，共32页。传感器命名与代号（1）传感器的命名：由主题词加四级修饰语构成(gòuchéng)。

I.

主题词——传感器；II.

第一级修饰语——被测量；III.

第二级修饰语——转换原理；IV.

第三级修饰语——特征描述；V.

第四级修饰语——主要技术指标。7第七页，共32页。（2）传感器的代号依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号I.

主称——传感器，代号C；II.

被测量—用一个(yīɡè)或两个汉语拼音的第一个(yīɡè)大写字母标记。III.

转换原理——用一个(yīɡè)或两个汉语拼音的第一个(yīɡè)大写字母标记；IV.

序号——用数字标记，厂家自定。例：应变式位移传感器：CWY-YB-20；光纤压力传感器：CY-GQ-2。红外测温传感器应变式加速度传感器8第八页，共32页。研究多维化、多功能化的仪器(yíqì)由于模拟量不一定能被整除。采样(cǎiyànɡ)信号22÷2……0灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起(yǐnqǐ)此变化的输入量变化的比值。第二十一页，共32页。信号调理环节是对传感器输出的电信号进行加工，如将信号放大、检波、滤波、调制解调、阻抗变换、线性化、将阻抗变换为电压或电流等等，原始信号经这个环节处理后，就转换成符合要求，便于输送、显示、记录、转换以及可作进一步后续处理的中间信号。方法(fāngfǎ)：“按权展开求和”检测技术属于信息科学的范畴，与计算机技术、自动控制技术和通讯技术构成完整的信息技术学科。阻抗、频率、脉宽、相位、依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号可见量化误差最大达/2=1/15V。这样，可得均匀刻度的标尺，使读数方便，也便于分析和处理测量结果。第二十九页，共32页。非接触式检测仪表不直接接触被测介质，而是间接感受被测量(cèliáng)的变化达到检测目的。1.灵敏度灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起(yǐnqǐ)此变化的输入量变化的比值。可表示为

它是输入与输出特性曲线的斜率。如果系统的输出和输入之间有线性关系，则灵敏度是一个常数。否则，它将随输入量的大小而变化。一般希望灵敏度s在整个测量范围内保持为常数。这样，可得均匀刻度的标尺，使读数方便，也便于分析和处理测量结果。x0ydydx9传感器特性主要是指输出(shūchū)与输入之间的关系。主要技术指标：2.1.2传感器的特性(tèxìng)第九页，共32页。2.分辨率分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。输入量从某个任意值(非零值)缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。它可以用绝对值，也可以用量程(liángchéng)的百分数来表示。它说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好。一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。

10第十页，共32页。3.线性度与非线性误差(wùchā)通常，将测出的输出-输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度称为(chēnɡwéi)传感器的“非线性误差”，或称为(chēnɡwéi)“线性度”。线性度是用实测的输入-输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差绝对值与满量程输出的百分比来表示的。Ef——非线性误差(线性度)；|Δm|——输出平均值与拟合直线间的最大偏差绝对值；YFS——满量程输出。F．S．是英文Full

Scale(满量程)的缩写。11第十一页，共32页。4.迟滞0yx⊿HmaxyFS迟滞(chízhì)特性式中△Hmax—正反行程间输出的最大差值。迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示(biǎoshì)。检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为(chēnɡwéi)迟滞。迟滞特性如图所示，它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即12第十二页，共32页。1.2传感器的性能(xìngnéng)要求无论何种传感器，尽管它们的原理、结构不同，使用环境、条件、目的不同，其技术指标也不尽相同，但有基本要求却是相同的。这就是：灵敏度高，输入和输出之间应具有(jùyǒu)较好的线性关系；噪声小，并且具有(jùyǒu)抗外部噪声的性能；滞后、漂移误差小；动态特性良好；在接入测量系统时，对被测量不产生影响；功耗小，复现性好，有互换性；防水及抗腐蚀等性能好，能长期使用；结构简单，容易维修和校正；低成本、通用性强；13第十三页，共32页。信号调理环节信号调理环节是对传感器输出的电信号进行加工，如将信号放大、检波、滤波、调制解调、阻抗变换、线性化、将阻抗变换为电压或电流等等，原始信号经这个环节处理后，就转换成符合要求，便于输送、显示、记录、转换以及可作进一步后续处理的中间信号。如果要转换成计算机能处理的量，需要(xūyào)进行A/D转换（以二进制为基础）。第十四页，共32页。二进制与十进制间的相互转换：（1）二进制转十进制方法(fāngfǎ)：“按权展开求和”例：（1011.01）2=（1×2^3+0×2^2+1×2^1+1×2^0+0×2^(-1)+1×2^(-2)）10=（8+0+2+1+0+0.25）10=（11.25）10世界(shìjiè)上有10种人，一种是懂二进制的，一种是不懂的。规律：个位上的数字的次数是0，十位(shíwèi)上的数字的次数是1，......，依次递增，而十分位的数字的次数是-1，百分位上数字的次数是-2，......，依次递减。注意：不是任何一个十进制小数都能转换成有限位的二进制数。信号采集第十五页，共32页。十进制整数(zhěngshù)转二进制数：“除以2取余，逆序排列”（除二取余法）例：（89）10=（1011001）289÷2……144÷2……022÷2……011÷2……15÷2……12÷2……01十进制小数转二进制数：“乘以2取整，顺序排列”（乘2取整法）例：(0．625)10=(0．101)20.625X2=1.25……10.25X2=0.50……00.50X2=1.00……1第十六页，共32页。2026/5/14由于模拟量时间和（或）数值(shùzí)上是连续的，而数字量在时间和数值(shùzí)上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟信号离散化（采样），还要在数值(shùzí)上离散化（量化），一般步骤为：采样(cǎiyànɡ)保持(bǎochí)量化编码1.A/D转换器的基本原理

第十七页，共32页。2026/5/14（1）采样(cǎiyànɡ)定理模拟信号采样(cǎiyànɡ)信号取样频率fS必须(bìxū)大于等于输入模拟信号包含的最高频率fmax的两倍，即：第十八页，共32页。2026/5/14（2）量化和编码(biānmǎ)量化：将采样电压转化为数字量最小数量单位(dānwèi)的整数倍的过程。用表示编码：将量化结果用代码表示(biǎoshì)出来。量化误差：由于模拟量不一定能被整除。第十九页，共32页。2026/5/14例如：要将01V的模拟电压转换(zhuǎnhuàn)为三位二进制代码。方法(fāngfǎ)1：取＝1/8V，01/8V的电压以0×表示，则：模拟(mónǐ)电压二进制编码代表的模拟电压电平可见量化误差最大达

=1/8V。第二十页，共32页。2026/5/14方法(fāngfǎ)2：取＝2/15V，01/15V的电压以0×表示，则模拟(mónǐ)电压二进制编码(biānmǎ)代表的模拟电压电平可见量化误差最大达

/2=1/15V。第二十一页，共32页。第二十二页，共32页。2026/5/14寄存(jìcún)器：由七个D触发器构成。在时钟脉冲CP的作用下，将比较结果暂时寄存(jìcún)，以供编码用。编码(biānmǎ)器：由六个与非门构成。将比较器送来的七位二进制码转换成三位二进制代码D2、D1、D0。编码(biānmǎ)网络的逻辑关系为：第二十三页，共32页。2026/5/14并联(bìnglián)型A/D转换器的转换关系第二十四页，共32页。信息分析与处理对于动态信号的出路，即动态测量，常常还需要对测得的信号进行分析、计算和处理，从原始的测试信号中提取表征被测对象(duìxiàng)某一方面本质信息的特征量，以利于对动态过程作更深入的了解。这个领域中采用的仪器有频谱分析仪、波形分析仪、实时信号分析仪、快速傅立叶变换仪等，但计算机技术在信号处理中已被广泛应用。电源检测系统在设计时需要根据使用现场的供电电源情况及检测系统内部电路的实际需要，统一设计各组稳压电源，给系统各部分电路和器件分别提供它们所需的稳定电源。第二十五页，共32页。显示、记录环节显示的方式常用的有：模拟显示、数字显示、图像显示。模拟显示就是利用指针对标尺的相对位置来表示读数。数字显示实际上是一只专用的数字电压表、数字电流表或数字频率计。图像显示使用屏幕显示读数或者被测参数变化(biànhuà)的曲线第二十六页，共32页。灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起(yǐnqǐ)此变化的输入量变化的比值。22÷2……0闭环式仪表又称为反馈式仪表，其最大的特点是整个仪表的传递函数只与反馈环节传递函数有关，而与各串联环节无关，故在很大程度上消除或减少了其他环节的影响。阻抗、频率、脉宽、相位、编码(biānmǎ)网络的逻辑关系为：第四级修饰语——主要技术指标。01）2=（1×2^3+0×2^2+1×2^1+1×2^0+0×2^(-1)+1×2^(-2)）10功耗小，复现性好，有互换性；（2）量化和编码(biānmǎ)非接触式检测仪表不直接接触被测介质，而是间接感受被测量(cèliáng)的变化达到检测目的。它可以用绝对值，也可以用量程(liángchéng)的百分数来表示。可见量化误差最大达/2=1/15V。这个领域中采用的仪器有频谱分析仪、波形分析仪、实时信号分析仪、快速傅立叶变换仪等，但计算机技术在信号处理中已被广泛应用。方法(fāngfǎ)1：取＝1/8V，01/8V的电压以0×表示，则：迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即接触式检测仪表的检测元件与被测介质直接接触，感受被测量(cèliáng)的作用或变化，从而获得测量(cèliáng)信号。光电转换：光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维等；1.3.3检测(jiǎncè)系统的分类按被测参数分类电气参数：电能、电功率、电压、电流、频率、电阻、电容、磁场强度、磁通密度等；机械参数：质量、位移、振动、力、应力、力矩、转速、线速度、加速度、噪声、缺陷检查、故障诊断等；过程参数：主要是热工参数，通常可细分为温度、压力(yālì)、流量、物位、成分分析等。第二十七页，共32页。按被测参量的检测转换方法分类电磁转换：电阻式、应变(yìngbiàn)式、压阻式、热阻式、电