第1章 檢測技術(shù)緒論

檢測技術(shù)電氣與信息工程學(xué)院自動化教研室32102013年9月饒激云l周杏鵬

教授，博士生導(dǎo)師●東南大學(xué)檢測技術(shù)與自動化裝置研究所所長●檢測技術(shù)與自動化裝置學(xué)科帶頭人●東南大學(xué)教學(xué)委員會委員●國家精品課程《檢測技術(shù)》課程負(fù)責(zé)人●江蘇省智能化儀器專業(yè)委員會主任●國家一級核心期刊《測控技術(shù)》編委●國務(wù)院學(xué)位辦學(xué)位授權(quán)通信評審、人事部博士后基金評審、教育部博士點基金評審、教育部推薦國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎評審專家教材：參考資料一：參考教材：1.傳感器原理與應(yīng)用黃賢武主編電子科技大學(xué)出版社2.傳感器與檢測技術(shù)（第2版）徐科軍主編電子工業(yè)出版社二：精品課程：1.上海交通大學(xué)：/jc/2.東南大學(xué)：/jpkc/2008jpkc/2008jcjs/apply/kcms_1c.html三：參考網(wǎng)站[1]傳感器資訊網(wǎng)[2]儀表技術(shù)與傳感器[3]傳感器世界[4]中國傳感器[5]傳感器技術(shù)[6]21IC中國電子網(wǎng)[7]傳感技術(shù)學(xué)報網(wǎng)

[8]中國傳感器科技網(wǎng):8000/index.htm課程內(nèi)容：本課程主要介紹工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、樓宇控制、交通、日常生活等領(lǐng)域中常見物理量（壓力、應(yīng)變、位移、速度、溫度、流量、物位等）的檢測原理、方法和技術(shù)，及這些方法和技術(shù)的特點、適用場合等。學(xué)習(xí)方法：檢測技術(shù)是一門與材料科學(xué)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學(xué)科。學(xué)習(xí)時既要掌握常用傳感器原理及測試電路，更要側(cè)重于實際應(yīng)用，不受教材局限。本課程是培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)實踐性。學(xué)習(xí)時應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源及課程所開設(shè)實驗。第一章

緒論l緒論1．1檢測技術(shù)的地位與作用1．2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成1．3現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的分類1．4檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1檢測技術(shù)的地位與作用1檢測的概念檢測是指在生產(chǎn)、科研、試驗及服務(wù)等各個領(lǐng)域，為及時獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實時或非實時地對一些參量進(jìn)行定性檢查和定量測量。2檢測與計量的不同“計量”是指用精度等級更高的標(biāo)準(zhǔn)量具、器具或標(biāo)準(zhǔn)儀器，對被測樣品、樣機(jī)進(jìn)行考核性質(zhì)的測量。特點：非實時、離線、標(biāo)定?！皺z測”是指在生產(chǎn)、實驗等現(xiàn)場，利用某種合適的檢測儀器或綜合測試系統(tǒng)對被測對象進(jìn)行在線、連續(xù)的測量。

3檢測的應(yīng)用檢測技術(shù)與信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)并列成為支撐整個信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。檢測技術(shù)是自動化和信息化的基礎(chǔ)與前提。1.1檢測技術(shù)的地位與作用應(yīng)用領(lǐng)域主要有：石化行業(yè)的自動化控制。如右圖，有液位、溫度、壓力等檢測。在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運行狀態(tài)關(guān)系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立24小時在線監(jiān)測系統(tǒng)。

石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。揚子石化50MW熱電機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)陽邏電廠300MW汽輪機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)荊門電廠200MW機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)寶鋼30KW以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動紋監(jiān)測系統(tǒng)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….離線檢測：零件參數(shù)、尺寸與形位公差、品質(zhì)參數(shù)作用：現(xiàn)代工程裝備中，檢測環(huán)節(jié)的成本約占

50~70%城市生活污水處理主要有流量檢測和成分量檢測。1.1檢測技術(shù)的地位與作用新型武器和裝備的研制與測試定位與導(dǎo)航1.1檢測技術(shù)的地位與作用“阿波羅10”：火箭部分---2077個傳感器飛船部分---1218個傳感器，神州飛船：185臺（套）儀器裝置檢測參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動、流量、應(yīng)變、聲學(xué)、先進(jìn)醫(yī)療檢測儀

成分量檢測，可測試項目為生化、離子檢測、微免疫、腫瘤標(biāo)志物、毒品檢測、同工酶測定、脂類、糖尿病診斷等。1.1檢測技術(shù)的地位與作用生活中化學(xué)成分的檢測利用化學(xué)反應(yīng)機(jī)理檢測成分，上圖為酒精檢測儀，右圖為空氣質(zhì)量檢測儀。1.1檢測技術(shù)的地位與作用防火防盜和見用電器安全檢測左圖為漏電報警器，上圖為煙霧報警器。1.1檢測技術(shù)的地位與作用PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服檢測技術(shù)的作用和地位科學(xué)研究的先行官諾貝爾獎獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”俄國化學(xué)家門捷列夫指出“科學(xué)是從測量開始的”近80年來，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎獲得者達(dá)38人軍事戰(zhàn)斗力

1991年海灣戰(zhàn)爭精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占8%

2003年伊拉克戰(zhàn)爭90%

1994年美國防部建立自動測試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空l1．1檢測技術(shù)的地位與作用1．2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成1．3現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的分類1．4檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成由圖可知：由各種傳感器將非電被測物理或化學(xué)成分參量轉(zhuǎn)換成電參量信號，然后經(jīng)信號調(diào)理（信號轉(zhuǎn)換、信號檢波、信號濾波、信號放大等）、數(shù)據(jù)采集、信號處理（處理器）后，進(jìn)行顯示、輸出；加上系統(tǒng)所需的交、直流穩(wěn)壓電源和必要的輸入設(shè)備，便構(gòu)成了一個完整的現(xiàn)代檢測系統(tǒng)。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成1傳感器定義及作用傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置，有敏感元件和轉(zhuǎn)換部分組成。作用是感受指定被測參量的變化并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成傳感器分類按被測參量分類：溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、荷重傳感器等。按傳感器轉(zhuǎn)換機(jī)理分類：電阻式、電容式、電感式、壓電式、超聲波式、霍爾式等。按輸出信號分類：模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩大類。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成傳感器性能要求準(zhǔn)確性

傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系；穩(wěn)定性傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時間和溫度而變化；靈敏度

要求被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號；其他要求耐腐蝕性要好、低能耗、輸出阻抗小和售價相對較低等。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成2調(diào)理電路信號調(diào)理在檢測系統(tǒng)中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。對調(diào)理電路要求是：能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號；信噪比高，抗干擾性能要好。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成3數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集的作用是對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的數(shù)值信息，同時把數(shù)據(jù)及時傳遞給微處理器或自動存儲。性能指標(biāo)如下：輸入模擬電壓信號范圍單位V；轉(zhuǎn)換速度單位次/秒；分辨率以模擬信號輸入為滿度時的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來表征；轉(zhuǎn)換誤差實際轉(zhuǎn)換數(shù)值與理想A/D轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值之差。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成4信號處理信號處理模塊以各種型號的單片機(jī)、微處理器為核心，對高頻信號和復(fù)雜信號的處理需增加數(shù)據(jù)傳輸和運算速度快、處理精度高的專用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）或直接采用工業(yè)控制計算機(jī)。除了以上比較核心的功能模塊以外，作為一個完整的現(xiàn)在檢測系統(tǒng)來說，還必須有信號顯示、信號輸出、輸入設(shè)備和穩(wěn)壓電源組成。1.2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成l1．1檢測技術(shù)的地位與作用1．2現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的組成1．3現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的分類1．4檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1.3現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的分類隨著科技和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代檢測系統(tǒng)(儀表)的種類不斷增加，其分類方法也很多，工程上常用的幾種分類法如下：按被測參量分類按被測參量的檢測轉(zhuǎn)換方法分類按使用性質(zhì)分類1.3現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的分類1

按被測參量分類

電工量電壓、電流、電功率、電阻、電容、頻率、磁場強(qiáng)度、磁通密度等；熱工量

溫度、熱量、比熱、熱流、熱分布、