現(xiàn)代檢測技術(shù) 檢測技術(shù)基本知識

現(xiàn)代檢測技術(shù)檢測技術(shù)基本知識第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日

檢測技術(shù)是以研究檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處理的理論與技術(shù)為主要內(nèi)容的一門應用技術(shù)學科。檢測技術(shù)屬于信息科學的范疇，與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)構(gòu)成完整的信息技術(shù)學科。檢測技術(shù)研究的主要內(nèi)容是測量原理、測量方法、測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理四個方面。第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日被測量類型被測量被測量類型被測量熱工量溫度、熱量、比熱容、熱流、熱分布、壓力（壓強）、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面物體的性質(zhì)和成分量氣體、液體、固體的化學成分、濃度、粘度、濕度、密度、酸堿度、濁度、透明度、顏色機械量直線位移、角位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、應力、應變、力矩、振動、噪聲、質(zhì)量（重量）狀態(tài)量工作機械的運動狀態(tài)（啟停等）、生產(chǎn)設(shè)備的異常狀態(tài)（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）幾何量長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、平行度、同軸度、粗糙度、硬度、材料缺陷電工量電壓、電流、功率、電阻、阻抗、頻率、脈寬、相位、波形、頻譜、磁場強度、電場強度、材料的磁性能表1-1工業(yè)檢測涉及的內(nèi)容1.2檢測系統(tǒng)第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2檢測系統(tǒng)圖1-1檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖12345第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日

如果測試系統(tǒng)由于多個環(huán)節(jié)組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度分別為s1、s2、s3，而且各環(huán)節(jié)以下圖所示的那樣串聯(lián)的方式相連接，則整個系統(tǒng)的靈敏度可用下式表示s=s1s2s3提高靈敏度，可得到較高測量精度，但應當注意，靈敏度越高，測量范圍往往越窄，穩(wěn)定性往往越差。

xy0y2y1s1s2s3

串聯(lián)系統(tǒng)示意圖5第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日

傳感器傳感器是將外界信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電量的裝置，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日傳感器命名與代號（1）傳感器的命名：由主題詞加四級修飾語構(gòu)成。

I.

主題詞——傳感器；II.

第一級修飾語——被測量；III.

第二級修飾語——轉(zhuǎn)換原理；IV.

第三級修飾語——特征描述；V.

第四級修飾語——主要技術(shù)指標。

7第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日（2）傳感器的代號依次為主稱（傳感器）

被測量—轉(zhuǎn)換原理—序號I.

主稱——傳感器，代號C；II.

被測量—用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。III.

轉(zhuǎn)換原理——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記；IV.

序號——用數(shù)字標記，廠家自定。例：應變式位移傳感器：CWY-YB-20；

光纖壓力傳感器：CY-GQ-2。

紅外測溫傳感器應變式加速度傳感器8第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.靈敏度

靈敏度是指傳感器或檢測系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化和引起此變化的輸入量變化的比值?？杀硎緸?/p>

它是輸入與輸出特性曲線的斜率。如果系統(tǒng)的輸出和輸入之間有線性關(guān)系，則靈敏度是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的大小而變化。一般希望靈敏度s在整個測量范圍內(nèi)保持為常數(shù)。這樣，可得均勻刻度的標尺，使讀數(shù)方便，也便于分析和處理測量結(jié)果。x0ydydx9傳感器特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系。主要技術(shù)指標：2.1.2傳感器的特性第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日2.分辨率

分辨率是指檢測儀表能夠精確檢測出被測量的最小變化的能力。

輸入量從某個任意值(非零值)緩慢增加，直到可以測量到輸出的變化為止，此時的輸入量就是分辨率。它可以用絕對值，也可以用量程的百分數(shù)來表示。它說明了檢測儀表響應與分辨輸入量微小變化的能力。靈敏度愈高，分辨率愈好。一般模擬式儀表的分辨率規(guī)定為最小刻度分格值的一半。數(shù)字式儀表的分辨率是最后一位的一個字。

10第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日3.線性度與非線性誤差

通常，將測出的輸出-輸入校準曲線與某一選定擬合直線不吻合的程度稱為傳感器的“非線性誤差”，或稱為“線性度”。

線性度是用實測的輸入-輸出特性曲線與擬合直線之間最大偏差絕對值與滿量程輸出的百分比來表示的。Ef——非線性誤差(線性度)；|Δm|——輸出平均值與擬合直線間的最大偏差絕對值；YFS——滿量程輸出。F．S．是英文Full

Scale(滿量程)的縮寫。11第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日4.遲滯0yx⊿HmaxyFS遲滯特性式中△Hmax—正反行程間輸出的最大差值。遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差?；爻陶`差常用絕對誤差表示。檢測回程誤差時，可選擇幾個測試點。對應于每一輸入信號，傳感器正行程及反行程中輸出信號差值的最大者即為回程誤差。

傳感器在正(輸入量增大)反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合稱為遲滯。

遲滯特性如圖所示，它一般是由實驗方法測得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數(shù)表示,即12第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日1.2傳感器的性能要求

無論何種傳感器，盡管它們的原理、結(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同，其技術(shù)指標也不盡相同，但有基本要求卻是相同的。這就是：靈敏度高，輸入和輸出之間應具有較好的線性關(guān)系；噪聲小，并且具有抗外部噪聲的性能；滯后、漂移誤差小；動態(tài)特性良好；在接入測量系統(tǒng)時，對被測量不產(chǎn)生影響；功耗小，復現(xiàn)性好，有互換性；防水及抗腐蝕等性能好，能長期使用；結(jié)構(gòu)簡單，容易維修和校正；低成本、通用性強；13第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日信號調(diào)理環(huán)節(jié)信號調(diào)理環(huán)節(jié)是對傳感器輸出的電信號進行加工，如將信號放大、檢波、濾波、調(diào)制解調(diào)、阻抗變換、線性化、將阻抗變換為電壓或電流等等，原始信號經(jīng)這個環(huán)節(jié)處理后，就轉(zhuǎn)換成符合要求，便于輸送、顯示、記錄、轉(zhuǎn)換以及可作進一步后續(xù)處理的中間信號。如果要轉(zhuǎn)換成計算機能處理的量，需要進行A/D轉(zhuǎn)換（以二進制為基礎(chǔ)）。第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日二進制與十進制間的相互轉(zhuǎn)換：（1）二進制轉(zhuǎn)十進制方法：“按權(quán)展開求和”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世界上有10種人，一種是懂二進制的，一種是不懂的。規(guī)律：個位上的數(shù)字的次數(shù)是0，十位上的數(shù)字的次數(shù)是1，......，依次遞增，而十分位的數(shù)字的次數(shù)是-1，百分位上數(shù)字的次數(shù)是-2，......，依次遞減。注意：不是任何一個十進制小數(shù)都能轉(zhuǎn)換成有限位的二進制數(shù)。信號采集第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日十進制整數(shù)轉(zhuǎn)二進制數(shù)：“除以2取余，逆序排列”（除二取余法）例：（89）10=（1011001）2

89÷2……1

44÷2……0

22÷2……0

11÷2……1

5÷2……1

2÷2……0

1十進制小數(shù)轉(zhuǎn)二進制數(shù)：“乘以2取整，順序排列”（乘2取整法）例：(0．625)10=(0．101)2

0.625X2=1.25……1

0.25X2=0.50……0

0.50X2=1.00……1第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26

由于模擬量時間和（或）數(shù)值上是連續(xù)的，而數(shù)字量在時間和數(shù)值上都是離散的，所以轉(zhuǎn)換時要在時間上對模擬信號離散化（采樣），還要在數(shù)值上離散化（量化），一般步驟為：采樣保持量化編碼1.A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理

第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26（1）采樣定理模擬信號采樣信號

取樣頻率fS必須大于等于輸入模擬信號包含的最高頻率fmax的兩倍，即：

第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26（2）量化和編碼量化：

將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最小數(shù)量單位的整數(shù)倍的過程。用表示編碼：將量化結(jié)果用代碼表示出來。量化誤差：由于模擬量不一定能被整除。第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26例如：要將01V的模擬電壓轉(zhuǎn)換為三位二進制代碼。方法1：取＝1/8V，01/8V的電壓以0×表示，則：模擬電壓二進制編碼代表的模擬電壓電平可見量化誤差最大達=1/8V。第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26方法2：取＝2/15V，01/15V的電壓以0×表示，則模擬電壓二進制編碼代表的模擬電壓電平可見量化誤差最大達/2=1/15V。第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26

寄存器：由七個D觸發(fā)器構(gòu)成。在時鐘脈沖CP的作用下，將比較結(jié)果暫時寄存，以供編碼用。

編碼器：由六個與非門構(gòu)成。將比較器送來的七位二進制碼轉(zhuǎn)換成三位二進制代碼D2、D1、D0。編碼網(wǎng)絡(luò)的邏輯關(guān)系為：第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日2023/2/26并聯(lián)型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換關(guān)系第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日信息分析與處理對于動態(tài)信號的出路，即動態(tài)測量，常常還需要對測得的信號進行分析、計算和處理，從原始的測試信號中提取表征被測對象某一方面本質(zhì)信息的特征量，以利于對動態(tài)過程作更深入的了解。這個領(lǐng)域中采用的儀器有頻譜分析儀、波形分析儀、實時信號分析儀、快速傅立葉變換儀等，但計算機技術(shù)在信號處理中已被廣泛應用。

電源檢測系統(tǒng)在設(shè)計時需要根據(jù)使用現(xiàn)場的供電電源情況及檢測系統(tǒng)內(nèi)部電路的實際需要，統(tǒng)一設(shè)計各組穩(wěn)壓電源，給系統(tǒng)各部分電路和器件分別提供它們所需的穩(wěn)定電源。第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日

顯示、記錄環(huán)節(jié)顯示的方式常用的有：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示。模擬顯示就是利用指針對標尺的相對位置來表示讀數(shù)。數(shù)字顯示實際上是一只專用的數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表或數(shù)字頻率計。圖像顯示使用屏幕顯示讀數(shù)或者被測參數(shù)變化的曲線第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日檢測系統(tǒng)的分類按被測參數(shù)分類電氣參數(shù)：電能、電功率、電壓、電流、頻率、電阻、電容、磁場強度、磁通密度等；機械參數(shù)：質(zhì)量、位移、振動、力、應力、力矩、轉(zhuǎn)速、線速度、加速度、噪聲、缺陷檢查、故障診斷等；過程參數(shù)：主要是熱工參數(shù)，通?？杉毞譃闇囟?、壓力、流量、物位、成分分析等。第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日按被測參量的檢測轉(zhuǎn)換方法分類電磁轉(zhuǎn)換：電阻式、應變式、壓阻式、熱阻式、電感式、互感式、電容式、阻抗式、磁電式、熱電式、壓電式、霍爾式等；光電轉(zhuǎn)換：光電式、激光式、紅外式、光柵、光導纖維等；其他能/電轉(zhuǎn)換：聲/電轉(zhuǎn)換（超聲波式）、輻射能/電轉(zhuǎn)換（

射線式、

射線式、

射線式）、化學能/電轉(zhuǎn)換（各種電化學轉(zhuǎn)換）等。第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日按使用性質(zhì)分類“標準表”是各級計量部門專門用于精確計量、校準送檢樣品和樣機的標準儀表。“實驗室表”多用于各類實驗室中，它的使用環(huán)境條件較好，往往具有特殊的防水、防塵措施?！肮I(yè)用表”是長期使用于實際工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測儀表與檢測系統(tǒng)。第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日按是否接觸被測介質(zhì)分類

接觸式檢測儀表的檢測元件與被測介質(zhì)直接接觸，感受被測量的作用或變化，從而獲得測量信號。非接觸式檢測儀表不直接接觸被測介質(zhì)，而是間接感受被測量的變化達到檢測目的。第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日按儀表各環(huán)節(jié)連接方式分類開環(huán)式儀