第一章 檢測(cè)技術(shù)概述

1土木工程測(cè)試與分析技術(shù)2學(xué)習(xí)本課程的目的了解土木工程領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)與地下工程領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)掌握有關(guān)土木工程領(lǐng)域中一般物理、力學(xué)參量的檢測(cè)原理、監(jiān)測(cè)方法和分析技術(shù)、常用檢測(cè)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(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

3本課主要內(nèi)容（1）測(cè)試技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)（2）測(cè)試系統(tǒng)及其性能特征分析。包括：精度、準(zhǔn)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(lèi)及其原因分析、誤差識(shí)別及其調(diào)整、常用數(shù)據(jù)處理方法、非線性方法等。（4）測(cè)力計(jì)、位移計(jì)工作原理及其應(yīng)用。包括：測(cè)力計(jì)、位移計(jì)工作原理、剛性實(shí)驗(yàn)機(jī)、司服實(shí)驗(yàn)機(jī)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(yīng)用范圍。（6）土木工程無(wú)損檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介。包括：混凝土性能檢測(cè)、鋼筋應(yīng)力檢測(cè)、巖體應(yīng)力與完整性檢測(cè)等技術(shù)。（7）結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法USTB4本課主要內(nèi)容（續(xù)）（8）超聲波檢測(cè)原理及其應(yīng)用。主要介紹超聲波檢測(cè)技術(shù)的工作原理、適用領(lǐng)域及其發(fā)展動(dòng)態(tài)。（9）聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用。重點(diǎn)介紹聲發(fā)射技術(shù)的基本原理、應(yīng)用領(lǐng)域、分析技術(shù)及其發(fā)展動(dòng)態(tài)。（10）實(shí)驗(yàn)與常用儀器操作技術(shù)（11）課堂討論USTB5考核方式平時(shí)成績(jī)（20％）文獻(xiàn)閱讀報(bào)告（30％）專項(xiàng)測(cè)試與試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)（50％）USTB6參考書(shū)目（1）工程測(cè)試技術(shù)，孔德仁，朱蘊(yùn)璞，狄長(zhǎng)安編著，科學(xué)出版社，2004年2月。（2）土木工程監(jiān)測(cè)技術(shù)，夏才初，潘國(guó)榮編著，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001年7月第一版。（3）巖體測(cè)試技術(shù)，李造鼎編著，冶金工業(yè)出版社。（4）巖石聲發(fā)射技術(shù)概論，秦四清等著，西南交通大學(xué)出版社，1993年12月。（5）混凝土聲發(fā)射性能研究及應(yīng)用，紀(jì)洪廣著，煤炭工業(yè)出版社，2004年9月。（6）地應(yīng)力測(cè)試原理和技術(shù)，蔡美峰著，科學(xué)出版社2000年。USTB7第一章檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)一、檢測(cè)的作用與意義二、檢測(cè)的基本概念三、檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成四、檢測(cè)方法分類(lèi)五、現(xiàn)在檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)六、試驗(yàn)注意事項(xiàng)

USTB8歷史時(shí)代手工機(jī)械化自動(dòng)化信息化檢測(cè)方式人與簡(jiǎn)單工具動(dòng)力機(jī)與機(jī)械自動(dòng)測(cè)量控制智能機(jī)械裝置第一章檢測(cè)技術(shù)概述一、檢測(cè)的地位和作用1.

信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然……USTB9

人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系：一、檢測(cè)的地位和作用USTB102.信息流是客觀世界的一個(gè)主流

物料流能流信息流客觀世界一、檢測(cè)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(cè)的地位和作用USTB12

獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)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(cè)試：測(cè)量技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)一、檢測(cè)的地位和作用USTB133檢測(cè)儀器儀表的作用一、檢測(cè)的地位和作用

工業(yè)生產(chǎn)倍增器

科學(xué)研究先行官

社會(huì)物化法官

軍事戰(zhàn)斗力

土木工程效果預(yù)知、結(jié)果檢驗(yàn)、質(zhì)量控制、災(zāi)害、事故評(píng)判USTB14一、檢測(cè)的地位和作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域在美國(guó)：檢測(cè)技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)66%USTB15檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用一、檢測(cè)的地位和作用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位….USTB16一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用離線檢測(cè)：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(cè)環(huán)節(jié)的成本約占50~70%USTB17檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用日新月異一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)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(chē)傳感器：汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容

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

底盤(pán)：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等車(chē)速、踏板、加速度、節(jié)氣門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車(chē)身：提高汽車(chē)的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車(chē)速、測(cè)距、圖象等USTB18USTB19檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦---紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)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(cè)---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)---壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀---離子傳感器USTB20一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位科學(xué)研究的先行官

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst說(shuō)“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來(lái)越依靠尖端儀器的發(fā)展”

俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫指出“科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的”

近80年來(lái)，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者達(dá)38人USTB21一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位軍事戰(zhàn)斗力1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占8%2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)90%1994年美國(guó)防部建立自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)USTB22一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來(lái)單兵作戰(zhàn)武器---OICW夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射20毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以便精確的設(shè)定引爆時(shí)間。USTB23美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位檢測(cè)技術(shù)在國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署(如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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

攔截器：能識(shí)別真假?gòu)楊^，敵友方USTB24檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位飛行器測(cè)控---檢測(cè)飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱

火箭測(cè)控---檢測(cè)火箭狀況、姿態(tài)、軌跡

USTB25一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器，檢測(cè)參數(shù)---加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、聲學(xué)、神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置USTB26一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位“物化法官”

檢查產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

識(shí)別指紋假鈔

查服違禁藥物

偵破刑事案件USTB27一、檢測(cè)技術(shù)的作用和地位……教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)、交通指揮、……涵蓋吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空USTB28定義：被測(cè)信息傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)全部操作檢測(cè)過(guò)程以確定被測(cè)對(duì)象的屬性和量值為目的的全部操作二、檢測(cè)的基本概念信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測(cè)對(duì)象宇宙萬(wàn)物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體……）檢測(cè)器具化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……USTB29例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫二、檢測(cè)的基本概念空氣被測(cè)對(duì)象被測(cè)信息檢測(cè)器具操作過(guò)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(hào)處理顯示空調(diào)機(jī)USTB30信號(hào)獲取信號(hào)放大、預(yù)濾波量程切換、分時(shí)采樣、A/D轉(zhuǎn)換等控制中樞智能傳感器集成儀器三、檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成USTB31三、檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成接口總線存儲(chǔ)顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構(gòu)成：信號(hào)檢出┇信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號(hào)檢出：功能---將被測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號(hào)轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件---信號(hào)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(chǔ)、監(jiān)控、決策

USTB32檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)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(yùn)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(dǎo)體存儲(chǔ)器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀

電子計(jì)算機(jī)

被測(cè)對(duì)象

傳感器

中間變換測(cè)量裝置

顯示及記錄裝置

實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置

激發(fā)裝置

某種效應(yīng)

物理效應(yīng)化學(xué)效應(yīng)生物效應(yīng)被測(cè)特征和被測(cè)量靈敏性、準(zhǔn)確性測(cè)試環(huán)境USTB33四、檢測(cè)方法分類(lèi)1.

直接測(cè)量（絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)測(cè)量）間接測(cè)量2.

開(kāi)環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量3.

偏差法、零位法、微差法USTB34四、檢測(cè)方法分類(lèi)1、直接測(cè)量與間接測(cè)量

直接測(cè)量：直接將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對(duì)測(cè)量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸）

相對(duì)測(cè)量USTB35四、檢測(cè)方法分類(lèi)--絕對(duì)測(cè)量采用儀器、設(shè)備、手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值測(cè)量結(jié)果：20.1mm--相對(duì)測(cè)量將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高基準(zhǔn)量：20.00mm測(cè)量值：+0.08mm結(jié)果：20.08mm特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高USTB36四、檢測(cè)方法分類(lèi)

間接測(cè)量如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率ρ：測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量由計(jì)算獲得USTB37四、檢測(cè)方法分類(lèi)2、開(kāi)環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開(kāi)環(huán)測(cè)量閉環(huán)測(cè)量（反饋測(cè)量）特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精度不高特點(diǎn)：精度高；復(fù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)判斷決策，實(shí)時(shí)控制對(duì)象感知器件信號(hào)調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換

控制器

執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大數(shù)模轉(zhuǎn)換通信接口

USTB四、檢測(cè)方法分類(lèi)39四、檢測(cè)方法分類(lèi)3、偏差法、零位法和微差法偏差法：零位法：利用測(cè)量?jī)x表的指針相對(duì)于刻度的偏差位移直接表示測(cè)量的數(shù)值利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測(cè)量和已知標(biāo)準(zhǔn)量?jī)烧哌_(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來(lái)確定被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量值微差法：偏差法和零位法的結(jié)合補(bǔ)償測(cè)量被測(cè)量余數(shù)被償測(cè)量的值與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡USTB40四、檢測(cè)方法分類(lèi)思考：桿秤、磅稱和天平分別屬于何種檢測(cè)方法？USTB41五、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化軟測(cè)量技術(shù)421、傳感器向新型、微型、智能型方向發(fā)展

利用新材料（半導(dǎo)體、陶瓷、有機(jī)材料等）、新原理（生物、物理、化學(xué)效應(yīng)等）、新工藝開(kāi)發(fā)出的新型傳感器。現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)USTB石墨烯43現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)USTB44現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)USTB45現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2、測(cè)試儀器向高精度、集成化、多功能、在線監(jiān)測(cè)、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價(jià)格發(fā)展USTB46現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)USTB47現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)3、測(cè)量數(shù)據(jù)處理以計(jì)算機(jī)為核心，使測(cè)量、分析處理、顯示及故障預(yù)報(bào)向自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展USTB48實(shí)驗(yàn)中需要注意的五個(gè)細(xì)節(jié)1、記錄USTB

人的記憶力是有限的，在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，不可能記住做過(guò)的每一步。例如實(shí)驗(yàn)記錄如果不及時(shí)寫(xiě)，第二天就會(huì)忘記很多，一周之后就完全忘記了。所以做實(shí)驗(yàn)一定要做好實(shí)驗(yàn)記錄。（1）一要及時(shí)，否則就會(huì)忘記，最好是隨時(shí)記錄。（2）二要詳細(xì)，因?yàn)橐粋€(gè)很小的細(xì)節(jié)可能就是實(shí)驗(yàn)失敗或者成功的原因，如果沒(méi)有記下這個(gè)細(xì)節(jié)，實(shí)驗(yàn)出問(wèn)題了就難以找到原因。（3）三要整潔，如果過(guò)于潦草，看起來(lái)很不方便，需要找相關(guān)信息的時(shí)候就難以找到。標(biāo)簽一定要詳細(xì)：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(shí)候，為了防止忘記貼標(biāo)簽的情況，應(yīng)該先貼標(biāo)簽，再加試劑。電子記錄有易于檢索的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)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(cè)試實(shí)驗(yàn)需要注意的五個(gè)環(huán)節(jié)2、核查USTB

很多時(shí)候，我實(shí)驗(yàn)失敗的原因是沒(méi)有仔細(xì)核查。每一個(gè)小錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，所以一定要養(yǎng)成仔細(xì)核查的習(xí)慣。具體來(lái)說(shuō)，在加試劑的時(shí)候，一定要仔細(xì)核查標(biāo)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(shí)候，要核查設(shè)置，例如溫度、轉(zhuǎn)速、時(shí)間設(shè)置等。50測(cè)試實(shí)驗(yàn)需要注意的五個(gè)環(huán)節(jié)3、分裝

USTB

諺語(yǔ)說(shuō)：不要把所有雞蛋都放到同一個(gè)籃子里。同樣，在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，有時(shí)也不要把所有試劑、試樣都放到同一個(gè)容器里。分裝有很多好處。第一，保險(xiǎn)?？梢苑乐箵p失全部試劑或者樣品。第二，容易管理。第三，延長(zhǎng)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(shí)候都全部受熱一次，變質(zhì)就會(huì)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(zhǎng)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(cè)試實(shí)驗(yàn)需要注意的五個(gè)環(huán)節(jié)4、備份USTB

在