第一章 檢測技術概述

1土木工程測試與分析技術2學習本課程的目的了解土木工程領域中結構與地下工程領域?qū)嶒灱夹g、檢測技術、監(jiān)測技術及其發(fā)展趨勢掌握有關土木工程領域中一般物理、力學參量的檢測原理、監(jiān)測方法和分析技術、常用檢測儀器的原理及使用方法掌握誤差分析、數(shù)據(jù)處理的的基本理論和基本方法了解并掌握聲發(fā)射、微震、超聲波等現(xiàn)代檢測與監(jiān)測技術及其應用

3本課主要內(nèi)容（1）測試技術及其發(fā)展趨勢（2）測試系統(tǒng)及其性能特征分析。包括：精度、準確度、線性特征、靈敏度、誤差、漂移等特征。（3）誤差分析與數(shù)據(jù)處理。包括：誤差分類及其原因分析、誤差識別及其調(diào)整、常用數(shù)據(jù)處理方法、非線性方法等。（4）測力計、位移計工作原理及其應用。包括：測力計、位移計工作原理、剛性實驗機、司服實驗機工作原理等。（5）常用傳感器工作原理及其性能。包括電磁式、壓感式、磁彈性等傳感器工作原理、工作特性及其應用范圍。（6）土木工程無損檢測技術簡介。包括：混凝土性能檢測、鋼筋應力檢測、巖體應力與完整性檢測等技術。（7）結構檢測方法USTB4本課主要內(nèi)容（續(xù)）（8）超聲波檢測原理及其應用。主要介紹超聲波檢測技術的工作原理、適用領域及其發(fā)展動態(tài)。（9）聲發(fā)射檢測技術及其應用。重點介紹聲發(fā)射技術的基本原理、應用領域、分析技術及其發(fā)展動態(tài)。（10）實驗與常用儀器操作技術（11）課堂討論USTB5考核方式平時成績（20％）文獻閱讀報告（30％）專項測試與試驗方案設計（50％）USTB6參考書目（1）工程測試技術，孔德仁，朱蘊璞，狄長安編著，科學出版社，2004年2月。（2）土木工程監(jiān)測技術，夏才初，潘國榮編著，中國建筑工業(yè)出版社，2001年7月第一版。（3）巖體測試技術，李造鼎編著，冶金工業(yè)出版社。（4）巖石聲發(fā)射技術概論，秦四清等著，西南交通大學出版社，1993年12月。（5）混凝土聲發(fā)射性能研究及應用，紀洪廣著，煤炭工業(yè)出版社，2004年9月。（6）地應力測試原理和技術，蔡美峰著，科學出版社2000年。USTB7第一章檢測技術及其發(fā)展趨勢一、檢測的作用與意義二、檢測的基本概念三、檢測系統(tǒng)構成四、檢測方法分類五、現(xiàn)在檢測技術的發(fā)展趨勢六、試驗注意事項

USTB8歷史時代手工機械化自動化信息化檢測方式人與簡單工具動力機與機械自動測量控制智能機械裝置第一章檢測技術概述一、檢測的地位和作用1.

信息化是科學技術發(fā)展的必然……USTB9

人與機器的機能對應關系：一、檢測的地位和作用USTB102.信息流是客觀世界的一個主流

物料流能流信息流客觀世界一、檢測的地位和作用USTB11信息流組成信息流獲取傳輸處理控制…信息獲取是信息流的一環(huán)一、檢測的地位和作用USTB12

獲取信息是儀器科學的基本任務儀器儀表是信息獲取的重要手段儀器儀表是信息工業(yè)的源頭測試：測量技術和試驗技術檢測與監(jiān)測一、檢測的地位和作用USTB133檢測儀器儀表的作用一、檢測的地位和作用

工業(yè)生產(chǎn)倍增器

科學研究先行官

社會物化法官

軍事戰(zhàn)斗力

土木工程效果預知、結果檢驗、質(zhì)量控制、災害、事故評判USTB14一、檢測的地位和作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測技術是帶動國民經(jīng)濟增長的一個關鍵領域在美國：檢測技術占4%，拉動經(jīng)濟增長66%USTB15檢測技術在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用一、檢測的地位和作用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….USTB16一、檢測技術的作用和地位檢測技術在工業(yè)生產(chǎn)領域的應用離線檢測：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%USTB17檢測技術在汽車中的應用日新月異一、檢測技術的作用和地位發(fā)動機：向發(fā)動機的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機的工作狀況信息，對發(fā)動機工作狀況進行精確控制溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關鍵部件，核心技術內(nèi)容

普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等USTB18USTB19檢測技術在日常生活中的應用與日俱增一、檢測技術的作用和地位

家用電器：數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：自動對焦---紅外測距傳感器數(shù)字體溫計：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動感應燈：亮度檢測---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管辦公商務：可視對講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計：血壓檢測---壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀---離子傳感器USTB20一、檢測技術的作用和地位科學研究的先行官

諾貝爾獎獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學的進步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”

俄國化學家門捷列夫指出“科學是從測量開始的”

近80年來，與科學儀器密切相關的諾貝爾獎獲得者達38人USTB21一、檢測技術的作用和地位軍事戰(zhàn)斗力1991年海灣戰(zhàn)爭精確制導炸彈和導彈占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)USTB22一、檢測技術的作用和地位檢測技術在軍事上的應用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準機系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術激光測距儀：可精確的定位目標。在發(fā)射20毫米高爆彈時，激光測距儀可將目標的距離信息自動傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設定引爆時間。USTB23美國國家導彈防御計劃---NMD一、檢測技術的作用和地位檢測技術在國防領域的應用1.地基攔截器2.早期預警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng):探測和發(fā)現(xiàn)敵人導彈的發(fā)射并追蹤導彈的飛行軌道；

攔截器：能識別真假彈頭，敵友方USTB24檢測技術在航天領域舉足輕重一、檢測技術的作用和地位飛行器測控---檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機工況，控制與操縱

火箭測控---檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

USTB25一、檢測技術的作用和地位“阿波羅10”：火箭部分---2077個傳感器飛船部分---1218個傳感器，檢測參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動、流量、應變、聲學、神州飛船：185臺（套）儀器裝置USTB26一、檢測技術的作用和地位“物化法官”

檢查產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測環(huán)境污染

識別指紋假鈔

查服違禁藥物

偵破刑事案件USTB27一、檢測技術的作用和地位……教學實驗、氣象預報、大地測繪、災情預報、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空USTB28定義：被測信息傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)全部操作檢測過程以確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作二、檢測的基本概念信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……USTB29例：空調(diào)機測量控制室溫二、檢測的基本概念空氣被測對象被測信息檢測器具操作過程室內(nèi)空氣溫度溫度傳感器---熱電阻、熱電偶熱敏電阻電信號處理顯示空調(diào)機USTB30信號獲取信號放大、預濾波量程切換、分時采樣、A/D轉(zhuǎn)換等控制中樞智能傳感器集成儀器三、檢測系統(tǒng)的構成USTB31三、檢測系統(tǒng)的構成接口總線存儲顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構成：信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的轉(zhuǎn)換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)

其它環(huán)節(jié)：存儲、監(jiān)控、決策

USTB32檢測系統(tǒng)構成力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運算器

阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導體存儲器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實時信號分析儀

電子計算機

被測對象

傳感器

中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實驗結果處理裝置

激發(fā)裝置

某種效應

物理效應化學效應生物效應被測特征和被測量靈敏性、準確性測試環(huán)境USTB33四、檢測方法分類1.

直接測量（絕對測量、相對測量）間接測量2.

開環(huán)測量與閉環(huán)測量3.

偏差法、零位法、微差法USTB34四、檢測方法分類1、直接測量與間接測量

直接測量：直接將被測量與標準量進行比較標準量標準計量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對測量定值標準量（如某一固定尺寸）

相對測量USTB35四、檢測方法分類--絕對測量采用儀器、設備、手段測量被測量，直接得到測量值測量結果：20.1mm--相對測量將被測量直接與基準量比較，得到偏差值特點：簡單、直觀、明了；測量精度不高基準量：20.00mm測量值：+0.08mm結果：20.08mm特點：精度高；復雜、成本高、要求高USTB36四、檢測方法分類

間接測量如測導線的導電率ρ：測量與被測量有一定函數(shù)關系的參量，被測量由計算獲得USTB37四、檢測方法分類2、開環(huán)測量與閉環(huán)測量開環(huán)測量閉環(huán)測量（反饋測量）特點：簡單、直觀、明了；測量精度不高特點：精度高；復雜、成本高、要求高傳感器輸入量x輸出量y傳感器輸入量x輸出量y放大反響傳感器USTB38閉環(huán)控制系統(tǒng):實時數(shù)據(jù)采集，實時判斷決策，實時控制對象感知器件信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換

控制器

執(zhí)行機構功率放大數(shù)模轉(zhuǎn)換通信接口

USTB四、檢測方法分類39四、檢測方法分類3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用測量儀表的指針相對于刻度的偏差位移直接表示測量的數(shù)值利用指零機構的作用，使用被測量和已知標準量兩者達到平衡，根據(jù)指零機構示值為零來確定被測量等于標準量值微差法：偏差法和零位法的結合補償測量被測量余數(shù)被償測量的值與標準量大體平衡USTB40四、檢測方法分類思考：桿秤、磅稱和天平分別屬于何種檢測方法？USTB41五、現(xiàn)代檢測技術發(fā)展趨勢智能化虛擬化網(wǎng)絡化微型化軟測量技術421、傳感器向新型、微型、智能型方向發(fā)展

利用新材料（半導體、陶瓷、有機材料等）、新原理（生物、物理、化學效應等）、新工藝開發(fā)出的新型傳感器?，F(xiàn)代測試技術的發(fā)展趨勢USTB石墨烯43現(xiàn)代測試技術的發(fā)展趨勢USTB44現(xiàn)代測試技術的發(fā)展趨勢USTB45現(xiàn)代測試技術的發(fā)展趨勢2、測試儀器向高精度、集成化、多功能、在線監(jiān)測、性能標準化和低價格發(fā)展USTB46現(xiàn)代測試技術的發(fā)展趨勢USTB47現(xiàn)代測試技術的發(fā)展趨勢3、測量數(shù)據(jù)處理以計算機為核心，使測量、分析處理、顯示及故障預報向自動化、網(wǎng)絡化發(fā)展USTB48實驗中需要注意的五個細節(jié)1、記錄USTB

人的記憶力是有限的，在做實驗的時候，不可能記住做過的每一步。例如實驗記錄如果不及時寫，第二天就會忘記很多，一周之后就完全忘記了。所以做實驗一定要做好實驗記錄。（1）一要及時，否則就會忘記，最好是隨時記錄。（2）二要詳細，因為一個很小的細節(jié)可能就是實驗失敗或者成功的原因，如果沒有記下這個細節(jié)，實驗出問題了就難以找到原因。（3）三要整潔，如果過于潦草，看起來很不方便，需要找相關信息的時候就難以找到。標簽一定要詳細：包括試劑名稱、配置日期、配置者及其它必要信息。在配試劑的時候，為了防止忘記貼標簽的情況，應該先貼標簽，再加試劑。電子記錄有易于檢索的優(yōu)點，對于某些重要信息，可以記錄到電子文檔（例如word文檔）里面。

49測試實驗需要注意的五個環(huán)節(jié)2、核查USTB

很多時候，我實驗失敗的原因是沒有仔細核查。每一個小錯誤都可能導致實驗失敗，所以一定要養(yǎng)成仔細核查的習慣。具體來說，在加試劑的時候，一定要仔細核查標簽（包括試劑名稱、配置日期），是否有沉淀，顏色是否改變等；使用儀器的時候，要核查設置，例如溫度、轉(zhuǎn)速、時間設置等。50測試實驗需要注意的五個環(huán)節(jié)3、分裝

USTB

諺語說：不要把所有雞蛋都放到同一個籃子里。同樣，在做實驗的時候，有時也不要把所有試劑、試樣都放到同一個容器里。分裝有很多好處。第一，保險。可以防止損失全部試劑或者樣品。第二，容易管理。第三，延長保質(zhì)期。很多試劑都要低溫保存。如果不分裝，每次使用的時候都全部受熱一次，變質(zhì)就會很快。分裝之后，每次使用只有少量試劑受熱，其它的還可以繼續(xù)保持于低溫，可以延長使用壽命?？贵w、體積較大的酶、熱不穩(wěn)定的其它試劑等最好分裝保存于-20度或者更低的溫度。51測試實驗需要注意的五個環(huán)節(jié)4、備份USTB

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