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1、自动检测技术Automation of Test&Measurement Technology,孙正鼐,2,第1章 检测技术概述,1.1 检测的地位与作用1.2 检测的基本概念1.3 检测系统的构成1.4 一般检测方法1.5 检测系统的发展趋势,3,1.1检测的地位和作用,信息化是科学技术发展的必然1.1.2 信息流是客观世界的一个主流1.1.3 检测仪器仪表的作用,4,1.1检测的地位和作用,信息化是科学技术发展的必然,晶体管集成电路计算机,工业革命蒸汽机内燃机电机,石器木器,计算机网络人工智能,5,测控系统中人与机器的机能对应关系,1.1检测的地位和作用,6,检测系统中人与机器的相互参与程
2、度,1.1检测的地位和作用,7,1.1.2 信息流是客观世界的一个主流,物料流 能量流 信息流,客观世界,1.1检测的地位和作用,8,信息流组成,信息流,获取,传输,处理,控制,信息获取是信息流的一环,1.1检测的地位和作用,传感器仪器仪表,通信,计算机,自动化,9,获取信息是仪器科学的基本任务 仪器仪表是信息产业的重要组成部分 仪器仪表是信息工业的源头,1.1检测的地位和作用,10,1.1.3 检测仪器仪表的作用,工业生产 倍增器,科学研究 先行官,社会生活 物化法官,军事斗争 战斗力,1.1检测的地位和作用,11,工业生产倍增器,检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域在美国：检测技术占
3、4%，拉动经济增长66%,1.1检测的地位和作用,12,检测技术在工业生产领域的应用,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位、过程控制.,1.1检测的地位和作用,13,1.1检测的地位和作用,14,检测技术在工业生产领域的应用离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数现代工程装备中，检测环节的成本约占 5070%,1.1检测的地位和作用,15,检测技术在汽车中的应用日新月异,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容,普通轿车
4、：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,1.1检测的地位和作用,16,1.1检测的地位和作用,17,检测技术在日常生活中的应用与日俱增,家用电器：,数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器,数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器,自动感应灯：亮度检测-光敏电阻,空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶,电话、麦克风：话音转换-电容传感
5、器,遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,办公商务：,可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,扫描仪：文档扫描-线阵CCD,红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,医疗卫生：,电子血压计：血压检测-压力传感器,血糖测试仪、胆固醇检测仪-离子传感器,1.1检测的地位和作用,18,科学研究的先行官,诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”,俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”,近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人,1.1检测的地位和作用,检测技术与科学研究相互促进!,19,军事战斗力,1991年海湾战争 精确制导武器 8
6、%,2003年伊拉克战争 90%,1994年美国防部建立自动测试系统执行局：统一 海陆空测试产品的规格标准,立体作战,1.1检测的地位和作用,20,检测技术在军事上的应用,美军研制的未来单兵作战武器-OICW,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术,激光测距仪：可精确定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。,1.1检测的地位和作用,21,美国国家导弹防御计划-NMD,检测技术在国防领域的应用,监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,1.1检测的地位和作用,22,检测技术在航
7、天领域举足轻重,飞行器测控-检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵,火箭测控-检测火箭状况、姿态、轨迹,1.1检测的地位和作用,23,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器，,检测参数-加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学、,神舟飞船：,185台（套）仪器装置,1.1检测的地位和作用,24,“物化法官”,检查产品质量,监测环境污染,识别指纹假钞,查服违禁药物,侦破刑事案件,1.1检测的地位和作用,25,教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、环境监测、交通运输、海关缉私、医药卫生,涵盖:吃穿用、农轻重、海陆空,1.1检测的地位和作用,26,定义：,确定被
8、测对象的量值为目的的全部操作,1.2检测的基本概念,物理量、化学量,实验比较过程,测量因素：对象、方法、设备,27,例：空调机测量控制室温,空气,被测对象：,被测信息：,检测器具：,操作过程：,室内空气,温度,温度传感器-热电阻、热电偶,热敏电阻,电信号,处理,显示,空调机,1.2检测的基本概念,28,接口总线,存储显示分析监控判断决策,一般构成：,1.3检测系统的构成,29,力位移 速度 加速度 压力流量温度,电阻式电容式电感式 压电式热电式 光电式磁电式,电桥 放大器滤波器调制器解调器运算器 阻抗变换器,笔式记录仪光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡,数据处理器
9、频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机,被测对象,传感器,中间变换测量装置,显示及 记录装置,实验结果处理装置,激发装置,1.3检测系统的构成,30,1.4.1 直接测量与间接测量 开环测量与闭环测量1.4.3 偏差法、零位法、微差法,1.4检测方法分类,31,1.4.1 直接测量与间接测量,直接测量：直接将被测量与标准量进行比较 包含绝对测量与相对测量,标准量,标准计量单位（如米尺、光栅尺、激光、）绝对测量,定值标准量（如某一固定尺寸）相对测量,1.4检测方法分类,32,-绝对测量：,采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值,测量结果：20.1 mm,-相对测量：,将被测量直接
10、与基准量比较，得到偏差值,特点：简单、直观、明了；测量精度不高,基准量：20.00 mm,测量值：+0.08 mm,结 果：20.08 mm,特点：精确度高；复杂、成本高、要求高,1.4检测方法分类,33,间接测量,如测导线的导电率：,测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量由计算获得,如质量流量：,1.4检测方法分类,34,开环测量与闭环测量,开环测量：,反馈测量：,特点：简单、直观、明了；测量精确度不高,特点：精确度高；复杂、成本高、要求高,1.4检测方法分类,35,1.4.3 偏差法、零位法和微差法,偏差法：,零位法：,利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值,利用指零机
11、构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值,微差法：,偏差法和零位法的结合,1.4检测方法分类,36,思考：,杆秤、磅秤和天平分别属于何种检测方法？动圈式毫伏表？自动平衡是仪表？,1.4检测方法分类,37,测量技术指标不断提高高新技术和最新科技成果大量采用微型化、智能化、固体化立体化、网络化,1.5现代检测技术发展趋势,38,测量技术指标不断提高精确度、测量范围、速度、可靠性、稳定性等例如：工业参数测量精确度普遍优于0.02%；电压测量范围：纳伏106V；电阻测量范围：超导1014；频率测量范围：1010Hz；压力测量范围：108Pa；温度测量范
12、围：接近绝对零度 1010C；尺寸测量灵敏度：纳米甚至亚纳米 可靠性：平均25万h，甚至高达25万h；稳定性：年变精确度 0.05%；,1.5现代检测技术发展趋势,39,高新技术和最新科技成果大量采用检测技术是一门跨学科的边缘技术学科新技术：计算机硬件与软件技术、激光技术、微纳米技 术、网络技术、传感技术等新理论：信息论、控制论、系统工程理论等新材料：纳米材料、功能材料等,1.5现代检测技术发展趋势,40,微型化、智能化、固体化微型化：微电子技术和纳米技术：体积小、集成度高、功能增加。如MEMS器件：集传感、监测、信号处理、执行等功于一体。微泵、微流量控制芯片、微生物芯片等。智能化：计算机（包括DSP）技术的发展出现了具有理解、分析、判断和控制等多种功能的仪器。固体化：分离式仪器仪表系统集成到一个芯片上，做成一个封装的系统。,1.5现代检测技术发展趋势,41,立体化、网络化立体化：单个仪器仪表测量处理一维、二维、三维信息。传感器与仪表空间配置，完成大型工业装置、工业控制过程的立体化监测。网络化：互联网、局域网、现场总线将各仪器仪表联系 在一起，实施网络化测量、数据传输与共享、远程诊断等。,1.5现代检测技术发展趋势,42,43,44,45,
