现代检测技术1绪论

现代检测技术绪论课程安排授课学时：40学时考核方式与成绩考试70%,平时30%联系方式E-mail:[e-mail]:61831307参考教材周杏鹏等，《现代检测技术》，高等教育出版社；陈光礻禹等，《现代测试技术》，电子科技大学出版社；孙传友等，《测控系统原理与设计》，北航出版社；李晓莹等，《传感器与测试技术》，高等教育出版社；课程目的掌握现代检测技术的基本理论与方法；了解各类传感器与检测系统的设计过程；培养检测系统的设计和应用能力；通过文献了解新领域检测理论及技术发展。检测技术基本概念现代检测系统的组成检测技术发展趋势检测技术的应用主要内容“检测”是测量，“计量”也是测量，两者有什么区别?计量：是指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对送检量具、仪器或被测样品、样机进行考核性质的测量。非实时、离线和标定传递的性质，良好环境条件的计量室，采用比被测样品、样机更高精度的，并按有关计量法规经定期校推的标准量具、器具或标准仪器进行测量。检测：通常是指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对检测对象进行在线、连续的测量。检测技术基本概念检测技术的地位和作用在工业生产中，为了保证生产过程能正常、高效、经济地运行，必须对生产过程的某些重要工艺参数(如温度、压力、流量等)进行实时检测与优化控制。在军工生产和新型武器、装备研制过程中对检测的需求更多，要求更高。研制任何一种新武器，从设计到零部件制造、装配到样机试验，都要经过成百、上千次严格的试验，每次试验需要同时高速肩精度地检测多种物理参量，测量点经常多达上千个。在医疗领域中，先进的医疗检测仪器可大大提高疾病的检查、诊断速度和准确性，有利于争取时间，对症治疗，增加患者战胜疾病的机会。现代检测系统基本结构与类型SCXI1140SCXI1140SCXI1140SCXI1140SCXI-1001MAINFRAMESCXISCXI1100ControlPanelFlowPressureAlarmConditionsSTOPTemperatureGPIBSerialDAQ传感器单元VXI图象采集运动控制PXI硬件应用软件驱动软件检测系统的组成1、传感器能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成。具有多学科交叉特性。2、信号调理信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续环节处理或显示。检测系统的组成3、数据采集数据采集(系统)在检测系统中的作用是对信号调理后的连续模拟信号进行离散化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时以一定的方式把这些转换数据及时传递给微处理器或依次自动存储。4、信号处理信号处理模块是现代检测仪表、检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，现代检测仪表、检测系统中的信号处理模块通常以各种型号的单片机、微处理器为核心来构建，对高频倍号和复杂信号的处理有时需增加数据传输和运算速度快、处理精度高的专用高速数据处理器(DSP)或直接采用工业控制计算机。检测系统的组成5、信号显示显示器是检测系统与人联系的主要环节之一，显示器一般可分为指示式、数字式和屏幕式三种。6、信号输出检测仪表和检测系统的信号输出通常有4—20mA的电流信号，经D／A转换和放大后的模拟电压、开关量、脉宽调制PWM、串行数字通信和并行数字输出等多种形式，需根据测控系统的具体要求确定。7、输入设备输入设备是操作人员和检测仪表或检测系统联系的另一主要环节，用于输入设置参数，下达有关命令等。最常用的输入没备是各种键盘、拔码盘、条码阅读器等。检测系统的组成8、电源一个检测仪表或检测系统往往既有模拟电路部分，又有数字电路部分，通常需要多组幅值大小要求各异但稳定的电源。这类电源在检测系统使用现场一般无法直接提供，通常只能提供交流220v工频电源或+24v直流电源。检测系统的设计者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。检测系统的组成图1现代检测系统一般组成框图静态测量：对不随时间变化的（静止）被测量进行测量。动态测量：对随时间变化的被测量进行测量，需确定被测量的瞬时值及其随时间变化的规律。直接测量法和间接测量法接触式测量和非接触式测量静态测量和动态测量测试方法分类直接测量：用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。间接测量：对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量，然后再通过函数，计算出待测量y。非接触式测量——避免了对被测对象的影响。现代检测系统的分类1．按被测参量分类(1)电参量电压、电流、电功率、电阻、电容、频率、磁场强度、磁通密度等；(2)热工量温度、热量、比热容、热流、热分布、压力、压差、真空度、流量、流速、物位、液值、界面等；(3)机械量位移、形状、力、应力、力矩、重量、质量、转速、线速度、振动、加速度、噪声等；(4)物性和成分量气体成分、液体成分、固体成分、酸碱度盐度、浓度、粘度、粒度、密度、比重等；(5)光学量光强、光通量、光照度、辐射能量等；(6)状态量颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄漏、表面质量等。现代检测系统的分类2.按被测参量的检测转换方法分类被测参量通常是非电物理或化学成分量，通常需用某种传感器把被测参量转换成电量，以便于处理。被测量转换成电量的方法很多，最主要的有下列几类：(1)电磁转换电阻式、应变式、压阻式、热阻式、电感式、互感式(差动变器)、电容式、阻抗式(电涡流式)、磁电式、热电式、压电式、霍尔式、振频式、感应同步器、磁栅等；(2)光电转换光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维式等；(3)其他能/电转换声／电转换(超声波式)、辐射能／电转换(x射线式、β射线式、γ射线式)、化学能／电能转换(各种电化学转换)等。现代检测系统的分类3.按使用性质分类按使用性质检测仪表通常可分为标准表、实验室表和工业用表等三种。“标准表”是各级计量部门专门用于精确计量、校推送检样品和样机的标准仪表。“实验室表”多用于各类实验室中，它的使用环境条件较好，往往无特殊的防水、防尘措施。“工业用表”是长期使用于实际工业生产现场的检测仪表与检测系统。高精度和高分辨率；高速实时数据分析处理；高可靠性和稳定性；多功能扩展；自校准和自动故障诊断；多种形式输出和存储结果。现代检测系统的特点1、传感器向新型、微型、智能型方向发展利用新材料（半导体、陶瓷、有机材料等）、新原理（生物、物理、化学效应等）、新工艺开发出的新型传感器。现代检测技术的发展趋势2、不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性在温度，长度，位移的测试中都需要更高精度的测量，对于航天、航空和武器系统等特殊用途的检测仪器的可靠性要求更高。例如，在卫星上安装的检测仪器，不仅要求体积小、重量轻．而且既要能耐高温，又要能在极低温和强辐射的环境下长期稳定地工作，因此所有检测仪器都应有极高的可靠性和尽可能长的使用寿命。现代检测技术的发展趋势现代检测技术的发展趋势3、非接触式检测技术研究4、检测系统智能化现代检测技术的发展趋势技术发展趋势：微型化——采用MEMS技术、纳米技术集成化——采用IC技术和SOC技术等智能化——采用人工智能与信息融合技术学科发展趋势：建立系统的信息获取理论与方法技术创新趋势：仿生学＋微纳米技术＋传感技术信息获取信息处理信息传输信息链信息应用信息获取理论与方法计算机科学与技术通信科学与技术信息获取科学与技术信息科学与技术自动化科学与技术信息链＝信息获取＋信息处理＋信息传输＋信息应用学科发展趋势——信息获取理论与方法信息获取科学与技术的定义信息获取科学是在自然科学范畴内研究被测对象的信号转换、数据融合和信息提炼机理与规律的一门自然科学。信息获取技术是实现信号转换、数据融合和信息提炼的方法和手段。——Editorial,No.1,Vol.1,2004《InternationalJournalofInformationAcquisition》学科发展趋势信息获取理论与方法信息获取的过程是一个多层的信息融合过程，它包括了物质层、数据层和特征层三个层次。信息获取的物质基础是物理、化学、生物敏感现象和过程，物质层的作用就是从这些现象和过程中获得被测信号——敏感信息。多传感信号在数据层中被聚集在一起，实现对外界信息的数据表达——传感数据。数据在特征层中进行处理、特征提取和匹配，实现信息获取的最终目标——获得感知信息。物质层数据层特征层敏感信息传感数据感知信息被测环境信息获取理论与方法信息获取科学物理型敏感材料与元件敏感材料与元件传感器与仪器机器感知化学型敏感材料与元件生物型敏感材料与元件力学量传感器与仪器物理量传感器与仪器化学量传感器与仪器结构型敏感材料与元件机器视觉机器触觉机器嗅觉机器味觉生物量传感器与仪器机器听觉信息获取理论信息获取的仿生学模型信息获取的信息论模型信息获取理论与方法存在的问题：（1）从信息获取科学的角度建立学科的理论基础；（2）未能从系统的角度建立学科体系；（3）存在多学科交叉的复杂性。信息获取是一门是将“存在”反映到“思维”、将“物质”提升到“精神”的科学。检测技术的应用检测技术的应用检测技术的应用检测技术的应用检测技术的应用检测技术的应用现代检测系统实例石油测井仪器现代检测系统实例石油测井仪器现代检测系统实例石油测井仪器GuardInstCurrentRet.MRILOVERBODYCENTRALIZERBUILTINXRMIISOLATORManMRILOVERBODYCENTRALIZERXRMIFIBERGLASSDITSISOLATORSUBDITSISOLATORSUB2KHZCurrent无线传感器网络节点控制器及其应用现代检测系统实例现代检测系统实例最优调整设备机器视觉软测量仪器平台现代检测系统实例现代检测系统实例气味分子受体触角叶与其他输入信号整合蕈xun（柄）体中枢神经系统行为现代检测系统实例电子线路板电极阵列敏感材料人工神经网络纳米孔阵列仿受体材料分子识别爆炸物现代检测系统实例信号数据缺陷思考题：1.检测系统信号调理电路的作用是什么？以及信号调理和信号处理的区别是什么？举例说明。2.试述现代检测系统的技术特点。3.试比较示波器及失真度分析仪在信号转换及信息获取方面的异同。