检测技术概述教学.ppt
第一章 检测技术概述,一、检测的基本概念,1、检测与测量：,测量：,以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作,检测技术：,检测过程：,测量,+,信号检出（极为重要）,信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理,检测技术：,检测方法、检测结构、检测信号处理,2、检测的分类,被测量值的物理属性：,电量、非电量,检测原理（物理的、化学的、生物学的）：,检测方法：,主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态,电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等,检测是意义更为广泛的测量,-综合性技术,3、测量单位,被测量 基准量,避免混乱-国际单位制（SI）：,长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 光量,实物单位-千克标准原器,米,-光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485,能量（J）=力 距离,大得多/小得多-词头：mm、m、nm（10-9m）；kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）,单位,测量：,SI 基本单位：,倍数（结果）,SI 组合单位：,七个物理量单位-相互独立,由基本单位导出,=质量 加速度 距离,J=kg（m/s2）m=m2kg/s2,能量-焦（耳）：长度、质量、时间,（m）,（kg）,（s）,（A）,（K）,（mol）,（cd）,（科学家）,1、产品检验和质量控制的重要手段,二、检测技术的作用与意义,被动检测,主动检测（在线检测）,质量控制领域,2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用,故障监测系统,动态监测,保证设备和人员安全提高经济效益,3、自动化系统中不可缺少的组成部分,生产过程：,“物流”,“信息流”,检测,获取信息,分析判断,自动控制,自动化：,信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行,4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步,检测手段水平决定科学研究的深度和广度,理论研究成果离不开必要的检测手段,三、检测系统构成,（信号检出部分）,（信号变换部分）,（分析处理部分、通信接口及总线）,1、信号检出部分,传感器（Sensor）-检出功能的器件,信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）,特点：,1）输出量为电压、电流、频率,2）输出的电信号一般较微弱：,电压-毫伏级、微伏级；电流-毫安级、纳安级,3）输出信号与噪声混杂在一起-传感器内部噪声 传感器的信噪比小、输出信号弱-信号淹没在噪声中,4）传感器的输出特性呈线性或非线性,选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制,电阻、电容、电感,两种：数字量、模拟量,5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性,检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分,2、信号变换部分,检出信号,适合于分析和处理的信号,信号调理电路,阻抗变换-输出阻抗很高时；,电压/电流（V/A）转换-需要电流输出时；,目的：,4）简化后续系统的组成,2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号,3）提高测量、分析的准确度,信号放大-输出信号微弱时；,噪声抑制-信号淹没在噪声中；,模拟/数字（A/D）转换-需要输出数字信号时,1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量,3、分析处理部分,功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换,不断注入新内容-检测系统的研究中心,通用标准接口-不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联,4、通信接口与总线部分,计算机系统-强大问题分析能力、复杂系统的实时控制,自动化、智能化,USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行,总线：传送数字信号的公共通道-信号线的集合,RS-232C、VXI、Centronics（并行）,（硬件系统）,（规范、结构形式）,接口-分系统和上位机之间/分系统之间交换信息,四、检测方法,选择：被测量的性质、特点和测量任务要求,分类：,（1）按测量手续：直接测量、间接测量,（2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、差分式测量,（3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、非接触式测量,（4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量,1、直接测量与间接测量,直接测量-与同类基准进行简单的比较以得到被测量,线纹尺-物体尺寸、天平-物体重量,间接测量-被测量无法或不易进行直接测量,自变量,目标变量,负载电阻功率=电压 电流,（直接测量）,2、偏移法与零位法测量,1）偏移法-完全从被测量中获得信号转换所需能量,例：弹簧秤,2）零位法-不从信号源获得能量,作用：,测量原理线性化、提高灵敏度,结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上,（常见检测结构形式）,例：天平称量物体,3、差分式测量,消除干扰的影响,2,4、随动跟踪测量,-基于零位法的测量,例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器,自学习能力-神经网络模拟某种非线性映射,-智能化检测的标志之一,5、主动探索与信息反馈型检测,自适应能力,被测对象,通过学习不断调整连接强度,五、检测技术的发展趋势,检测技术,相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等,新的检测理论、方法和技术手段,1、传感器水平的提高,光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件）,化学传感器、微生物传感器、仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器,科学研究,3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展,微电子技术-多个同类型传感器集成在一个芯片或阵列上,一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体,例：电荷耦合器件（CCD）-光敏元阵列,数码相机,多功能传感-不同功能的传感器集成化,集成化：,特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数,例：测量血液中各种成分的多功能传感器,特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用；可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成）,2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展,今日作业,无,
