Y06610802现代检测技术基础Chapterone

现代检测技术基础FundamentalsofModernTest&MeasurementTechnology自动化仪表研究所李新光21光电检测技术雷玉堂主编，叶声华主审中国计量出版社（第二版），2009年6月(教材)2光电测试技术浦昭邦主编.机械工业出版社，2004年10月(重要参考教材)3过程检测技术李新光，张华等编著机械工业出版社，2004年10月4现代检测技术周杏鹏，仇国富等编著高等教育出版社，2004年7月5《光电检测技术与应用》郭培源付扬编著北京航空航天大学出版社6《微弱信号检测》高晋占编著.清华大学出版社,2004年11月第1版,2007年3月第3次印刷.教材与参考教材3第一章检测技术概述一、检测的作用与意义二、检测的基本概念三、检测系统构成四、检测方法分类五、检测仪表分类六、有关误差的几个基本概念七、现代检测技术发展趋势4历史时代：手工化机械化自动化信息化生产方式：人与简单工具动力机与机械自动测量控制智能机械装置第一章检测技术概述一、检测的地位和作用1.信息化是科学技术发展的必然……5人与机器的机能对应关系：一、检测的地位和作用6•2.信息流是客观世界的一个主流•物料流•能流•信息流客观世界一、检测的地位和作用7信息流组成信息流获取传输处理控制…信息获取是信息流的一环一、检测的地位和作用8•获取信息是仪器科学的基本任务•仪器仪表是信息产业的重要组成部分•仪器仪表是信息工业的源头一、检测的地位和作用9•3检测仪器仪表的作用一、检测的地位和作用工业生产倍增器科学研究先行官社会物化法官军事战斗力10一、检测的地位和作用工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%11检测技术在工业生产领域的应用一、检测的地位和作用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….122020/1/91313应用举例：五机架冷连轧机所用检测仪表1~3—测厚仪；4~13—测速仪；14~18—辊缝仪；19~20—轧制力测量仪；21~25—压力测量仪；26~29—张力测量仪；30—开卷机；31—卷取机14TRT发电煤气清洗减压阀组脱水器分配器喷吹煤煤粉仓干燥煤粉煤场弃渣场水渣沉淀池水渣装车干渣罐送钢厂铁水铸铁机成品库铁水罐返矿槽下筛分槽下称重料车或皮带返回烧结厂杂矿仓焦炭仓烧结矿仓块矿仓助燃风机燃气空气换热器热风炉烟气预热器煤气预热器富氧站风机烟囱烧结厂铁矿焦炭溶剂制氧厂高炉喷煤渣口出铁口风口重力除尘梅山生产过程﹥炼铁15一、检测技术的作用和地位检测技术在工业生产领域的应用离线检测：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50~70%16检测技术在汽车中的应用日新月异一、检测技术的作用和地位发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）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。底盘：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、油温车身：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1718检测技术在日常生活中的应用与日俱增一、检测技术的作用和地位家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测---压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪---离子传感器19一、检测技术的作用和地位科学研究的先行官诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人20一、检测技术的作用和地位军事战斗力1991年海湾战争精确制导炸弹和导弹占8%2003年伊拉克战争90%1994年美国防部建立自动测试系统执行局立体作战21一、检测技术的作用和地位检测技术在军事上的应用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激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。22美国国家导弹防御计划---NMD一、检测技术的作用和地位检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达）4.管理与控制系统5.卫星红外线监测系统监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；拦截器：能识别真假弹头，敌友方23检测技术在航天领域举足轻重一、检测技术的作用和地位飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹24一、检测技术的作用和地位“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器，检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学、神州飞船：185台（套）仪器装置25一、检测技术的作用和地位“物化法官”•检查产品质量•监测环境污染•识别指纹假钞•查服违禁药物•侦破刑事案件26一、检测技术的作用和地位……教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、……涵盖吃穿用、农轻重、海陆空27定义：被测信息：传感器、检测仪器、检测装置、检测系统全部操作：检测过程：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作二、检测的基本概念信号采集、信号处理、信号显示、信号输出物理量（光、电、力、热、磁、声、…）被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体……）检测器具：化学量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……28例：空调机测量控制室温二、检测的基本概念空气被测对象：被测信息：检测器具：操作过程：室内空气温度温度传感器---热电阻、热电偶热敏电阻电信号处理显示空调机29三、检测系统的构成接口总线存储显示分析监控判断决策一般构成：信号检出┇信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换处理显示处理显示处理显示信号检出：功能---将被测信号的转换为电信号的变化（detection）器件---传感器（sensor,transducer）信号转换：功能---将传感器的输出信号转换为便于处理的形式（conversion）器件---信号调理电路（signalconditioningcircuit）处理显示：功能---分析（analysis）、处理（processing）、显示（display）通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它环节：存储、监控、决策30检测系统构成力位移速度加速度压力流量温度电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥放大器滤波器调制器解调器运算器阻抗变换器笔式记录仪光线示波器磁带记录仪电子示波器半导体存储器显示器磁卡数据处理器频谱分析仪FFT实时信号分析仪电子计算机被测对象传感器中间变换测量装置显示及记录装置实验结果处理装置激发装置31四、检测方法分类1.直接测量（绝对测量、相对测量）间接测量2.开环测量与闭环测量3.偏差法、零位法、微差法32四、检测方法分类1、直接测量与间接测量•直接测量：直接将被测量与标准量进行比较标准量标准计量单位（如米尺、光栅尺、激光、……）绝对测量定值标准量（如某一固定尺寸）相对测量33四、检测方法分类--绝对测量：采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值测量结果：20.1mm--相对测量：将被测量直接与基准量比较，得到偏差值特点：简单、直观、明了；测量精度不高基准量：20.00mm测量值：+0.08mm结果：20.08mm特点：精度高；复杂、成本高、要求高34四、检测方法分类•间接测量如测导线的导电率ρ：测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量由计算获得Rdl2435四、检测方法分类2、开环测量与闭环测量开环测量：反馈测量：特点：简单、直观、明了；测量精度不高特点：精度高；复杂、成本高、要求高传感器输入量x输出量y传感器输入量x输出量y放大反馈传感器36四、检测方法分类3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值微差法：偏差法和零位法的结合测量被测量余数被测量值与标准量大体平衡37五检测仪表分类随着科技和生产的迅速发展，检测系统(仪表)的种类不断增加，对其分类方法也很多，工程上常用的几种分类法如下所述。1、按被测参量分类2、按被测参量的检测转换方法分类3、按使用性质分类常见的被测参量可分为以下几类：381、按被测参量分类(1)、电工量电压、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、热流、热分布，压力、压差、真空度，流量、流速，物位、液位、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。39严格地说，状态量范围更广，但是有些状态量由于习惯已分别归入热工量、机械量、成分量中，因此，在这里不再重复列出。402、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，以便于作后续处理。被测量转换成电量的方法很多，最主要的有下列几类提供:(1)、电磁转换电阻式、应变式、压阻式、热阻式、电感式、互感式(差动变压器)、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；(2)、光电转换光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维式；(3)、其它能/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、r射线式）、化学能/电转换（各种电化学转换）。413、按使用性质分类检测仪表按使用性质通常可分为标准表、实验室表和工业用表等三种。“标准表”顾名思义是各级计量部门专门用于精确计量、校准送检样品和样机的标准仪表。标准表必须高于被测样品、样机所标称的精度等级；而其本身又根据量值传递的规定，必须经过更高一级法定计量部门的定期检定、校准，由更高精度等级的标准表检定之，并出具该标准表重新核定的合格证书，方可依法使用。42“实验室表”，多用于各类实验室中，它的使用环境条件较好，故往往无特殊的防水、防尘措施。对于温度、相对湿度、机械振动等的允许范围也较小。这类检测仪表与系统的精度等级虽较工业用表为高，但使用条件要求较严，只适于实验室条件下读数、不适于远距离观察及远传信号等。“工业用表”是长期安装使用于实际工业生产现场上的检测仪表与检测系统。这类仪表与系统为数最多，根据安装地点的不同，又有现场安装及控制室安装之分。前者应有可靠的防护，43能抵御恶劣的环境条件，其显示也应醒目。工业用表的精度一般不很高，但要求能长期连续工作，并具有足够的可靠性。在某些场合下使用。还必须保证不因仪表引起事故，如在易燃、易爆环境条件下使用时，各种检测仪表都应有很好的防爆性能。此外，按检测系统的显示方式可分为指示式(主要是指针式)显示，数字式显示，屏幕式显示等几类。其余还有分成模拟式、数字式、智能型(以CPU为核心，具有常规数字系统所没有的性能)等等。44六、有关误差的几个基