第一章 檢測(cè)技術(shù)概述

第一章檢測(cè)技術(shù)概述第一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第1章檢測(cè)技術(shù)概述1.1

檢測(cè)的地位與作用1.2

檢測(cè)的基本概念1.3

檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成1.4

一般檢測(cè)方法1.5

檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)2第二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1檢測(cè)的地位和作用1.1.1信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然1.1.2信息流是客觀世界的一個(gè)主流1.1.3檢測(cè)儀器儀表的作用3第三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1檢測(cè)的地位和作用1.1.1信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然歷史時(shí)代：手工化機(jī)械化自動(dòng)化信息化生產(chǎn)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……晶體管集成電路計(jì)算機(jī)工業(yè)革命蒸汽機(jī)內(nèi)燃機(jī)電機(jī)石器木器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人工智能4第四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

測(cè)控系統(tǒng)中人與機(jī)器的機(jī)能對(duì)應(yīng)關(guān)系1.1檢測(cè)的地位和作用5第五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(cè)系統(tǒng)中人與機(jī)器的相互參與程度1.1檢測(cè)的地位和作用100%100%？！人力機(jī)器遠(yuǎn)古社會(huì)發(fā)展時(shí)間軸未來(lái)6第六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1.2信息流是客觀世界的一個(gè)主流物料流能量流信息流客觀世界1.1檢測(cè)的地位和作用7第七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四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)1.1檢測(cè)的地位和作用傳感器儀器儀表通信計(jì)算機(jī)自動(dòng)化8第八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分儀器儀表是信息工業(yè)的源頭1.1檢測(cè)的地位和作用9第九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1.3檢測(cè)儀器儀表的作用工業(yè)生產(chǎn)倍增器科學(xué)研究先行官社會(huì)生活物化法官軍事斗爭(zhēng)戰(zhàn)斗力1.1檢測(cè)的地位和作用10第十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四工業(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%1.1檢測(cè)的地位和作用11第十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位、過(guò)程控制….1.1檢測(cè)的地位和作用12第十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1檢測(cè)的地位和作用13第十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(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)現(xiàn)代工程裝備中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占50~70%1.1檢測(cè)的地位和作用14第十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(cè)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用日新月異發(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

汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容普通轎車：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(dá)二百余只。

底盤：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)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)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(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等1.1檢測(cè)的地位和作用15第十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1檢測(cè)的地位和作用16第十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增

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---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1.1檢測(cè)的地位和作用17第十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四科學(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1.1檢測(cè)的地位和作用檢測(cè)技術(shù)與科學(xué)研究相互促進(jìn)!18第十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四軍事戰(zhàn)斗力1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)精確制導(dǎo)武器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：統(tǒng)一海陸空測(cè)試產(chǎn)品的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)立體作戰(zhàn)1.1檢測(cè)的地位和作用19第十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(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。1.1檢測(cè)的地位和作用20第二十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四美國(guó)國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃---NMD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1.1檢測(cè)的地位和作用21第二十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重飛行器測(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

1.1檢測(cè)的地位和作用22第二十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四“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)、神舟飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置1.1檢測(cè)的地位和作用23第二十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四“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1.1檢測(cè)的地位和作用24第二十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四……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)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、海關(guān)緝私、醫(yī)藥衛(wèi)生……涵蓋:吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空1.1檢測(cè)的地位和作用25第二十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四定義：確定被測(cè)對(duì)象的量值為目的的全部操作傳感器、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：信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出檢測(cè)器具：被測(cè)信息：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……）化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……1.2檢測(cè)的基本概念物理量、化學(xué)量實(shí)驗(yàn)比較過(guò)程測(cè)量因素：對(duì)象、方法、設(shè)備26第二十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫空氣被測(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)1.2檢測(cè)的基本概念27第二十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四接口總線存儲(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)的變化器件---傳感器信號(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器件---信號(hào)調(diào)理電路處理顯示：功能---分析、處理、顯示通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環(huán)節(jié)：存儲(chǔ)、監(jiān)控、決策1.3檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成28第二十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四力位移

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

1.3檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成29第二十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.4.1直接測(cè)量與間接測(cè)量1.4.2

開(kāi)環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量1.4.3偏差法、零位法、微差法1.4檢測(cè)方法分類30第三十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.4.1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)行比較包含絕對(duì)測(cè)量與相對(duì)測(cè)量標(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1.4檢測(cè)方法分類31第三十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四--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)：精確度高；復(fù)雜、成本高、要求高1.4檢測(cè)方法分類32第三十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

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)算獲得如質(zhì)量流量：1.4檢測(cè)方法分類33第三十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.4.2開(kāi)環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開(kāi)環(huán)測(cè)量：反饋測(cè)量：特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀、明了；測(cè)量精確度不高特點(diǎn)：精確度高；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放大反向傳感器1.4檢測(cè)方法分類34第三十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.4.3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)合確定被測(cè)量余數(shù)確定被測(cè)量大值（與標(biāo)準(zhǔn)量大體平衡）1.4檢測(cè)方法分類35第三十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四思考：桿秤、磅秤和天平分別屬于何種檢測(cè)方法？動(dòng)圈式毫伏表？自動(dòng)平衡是儀表？1.4檢測(cè)方法分類36第三十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.5.1測(cè)量技術(shù)指標(biāo)不斷提高1.5.2高新技術(shù)和最新科技成果大量采用1.5.3微型化、智能化、固體化1.5.4立體化、網(wǎng)絡(luò)化1.5現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)37第三十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.5.1測(cè)量技術(shù)指標(biāo)不斷提高精確度、測(cè)量范圍、速度、可靠性、穩(wěn)定性等例如：工業(yè)參數(shù)測(cè)量精確度普遍優(yōu)于0.02%；電壓測(cè)量范圍：納伏—106V；電阻測(cè)量范圍：超導(dǎo)—1014Ω；頻率測(cè)量范圍：—1010Hz；壓力測(cè)量范圍：—108Pa；溫度測(cè)量范圍：接近絕對(duì)零度—1010?C；尺寸測(cè)量靈敏度：納米甚至亞納米可靠性：平均2—5萬(wàn)h，甚至高達(dá)25萬(wàn)h；穩(wěn)定性：年變精確度<0.05%；1.5現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)38第三十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.5.2高新技術(shù)和最新科技成果大量采用檢測(cè)技術(shù)是一門跨學(xué)科的邊緣技術(shù)學(xué)科新技術(shù)：計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、激光技術(shù)、微納米技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等新理論：信息論、控制論