检测技术—绪论课件.ppt

1、检测技术与自动化仪表检测技术与自动化仪表n课程性质：专业课课程性质：专业课n总学时总学时4040（32+832+8）1、掌握常见传感器的基本结构、工作原理、特性、测量电路、应用及信号调理技术。2、了解新型传感器的发展和应用情况以及自动检测系统的组成和基本的设计方法。2022-11-101 1考核方式考核方式：n闭卷考试n平时成绩30分（作业、考勤10分，实验20分）n考试成绩70分1 1、过程控制与自动化仪表过程控制与自动化仪表，潘永湘等编著，机械工业，潘永湘等编著，机械工业 出版社，出版社，20072007年；年；2 2、检测技术检测技术卜云峰编，机械工业出版社，卜云峰编，机械工业出版社，2

2、0052005年；年；3 3、非电量电测技术非电量电测技术（第（第2 2版），严钟豪等编著，机械工版），严钟豪等编著，机械工 业出版社，业出版社，20012001年年 参考书：参考书：2课程概述n主要内容主要内容检测技术概述检测技术概述测量概论（误差理论与数据处理）测量概论（误差理论与数据处理）传感器基本特性传感器基本特性应变式应变式电感式电感式电容式电容式压电式压电式磁电式磁电式热电式热电式光电式（光电检测技术）光电式（光电检测技术）半导体（气敏、湿敏）半导体（气敏、湿敏）超声波超声波红外辐射红外辐射数字式数字式信号调理信号调理数据采集数据采集抗干扰技术等抗干扰技术等32022-11-104

3、第一章 绪 论 检测（检测（DetectionDetection）定义：）定义：利用各种物理、化学效应，选择合利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。检测技术。42022-11-105例：曹冲称象例：曹冲称象方法：比较法；方法：比较法；装置：船、石头、小秤；装置：船、石头、小秤；检查检查、测量、测量，从而得到：，从而得到：定性定性、定量、定量的结果。的结果。51.1 检测技术的工程应用检测技术

4、的工程应用 检测技术是人类认识和改造客观世界的基础；检测技术是人类认识和改造客观世界的基础；检测技术的水平，在相当程度上影响科学技术发展检测技术的水平，在相当程度上影响科学技术发展的速度和深度；先进的检测技术已成为生产系统不的速度和深度；先进的检测技术已成为生产系统不可缺少的组成部分。可缺少的组成部分。661、机电工程中的应用、机电工程中的应用 a)机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转动转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器

5、、嗅觉传感器。在各种自动控制系统中，检测环节起着系统在各种自动控制系统中，检测环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分感官的作用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗77b)AGV自动送货车自动送货车 超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器控制运动轨迹和红外线色彩传感器控制运动轨迹和AGV小车位置识别；小车位置识别；条形码传感器，货品识别。条形码传感器，货品识别。香港理工香港理工AGV模型模型88切削力传感切削力传感器，器，加工噪声传加工噪声传感器，感

6、器，超声波测距超声波测距传感器、传感器、红外接近开红外接近开关传感器等。关传感器等。密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化工厂9c)生产加工过程监测生产加工过程监测 92、流程工业设备运行状态监控、流程工业设备运行状态监控 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在小时在线监测系统。线监测系统。石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄露检测和泄露检测。101011检测技术在工业生产领域的应用检测技术在工业生产领

7、域的应用在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.113、产品质量测量、产品质量测量 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机

8、床加工精度测量121213检测技术在汽车中的应用日新月异检测技术在汽车中的应用日新月异发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，）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：约安装几十到近百只传感器，普通轿车：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

9、余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。底底 盘：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、油温车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车车 身：身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 1314144、楼宇控制与安全防护、楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生

10、活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多检测技术，如闯入监测、空气监测、温楼宇中应用了许多检测技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。度监测、电梯运行状况。图示为某公司楼宇自动化系图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水控制、停车管理、水/废水管废水管理和电梯监控。理和电梯监控。烟雾传感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器红外人体探测器红外人体探测器15155、家庭与办公自动化、家庭与办公自动化 在家电产

11、品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和检测技术来提高产品性能和质量。了传感器和检测技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器传感器，透光率光传感器(洗净度洗净度)液位传感器，电液位传感器，电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器161617检测技术在日常生活中的应用与日俱增检测技术在日常生活中的应用与

12、日俱增 家用电器：家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器红外测距传感器数字体温计：接触式数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红外传感器红外传感器自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感器遥控接收：红外检测遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管办公商务：办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取可视对讲、可视电话：图像获取-面阵

13、面阵CCDCCD扫描仪：文档扫描扫描仪：文档扫描-线阵线阵CCDCCD红外传输数据：红外检测红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：医疗卫生：电子血压计：血压检测电子血压计：血压检测 -压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 -离子传感器离子传感器176、其他应用、其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学1818鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服7、PC机中的检测技术应用机中的检测技术应用1

14、919检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器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：可精确的定位目标。在发射激光测距仪：可精确的定位目标。在发射2020毫米高爆弹时，激光测距仪可毫米高爆弹时，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。间。20飞行器测控飞行器测控-检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵 火箭测控火箭测控-检测火箭状况、姿态、轨迹

15、检测火箭状况、姿态、轨迹 检测技术在航天领域举足轻重检测技术在航天领域举足轻重21“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器，个传感器，检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、振动、流量、应变、振动、流量、应变、声学、声学、神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置222022-11-102323检测技术在卫星中的应用检测技术在卫星中的应用红外扫红外扫描区域描区域人造卫星人造卫星24检测技术在海啸预报中的应用检测技术在海啸预报中的应用海浪振动海浪振动检测系统检测系统浮标浮标深海地沟深海地沟252022-1

16、1-1026检测技术在飞行器中的应用检测技术在飞行器中的应用26教学实验、气象预报、大地测教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、绘、灾情预报、交通指挥、涵盖涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空吃穿用、农轻重、海陆空272022-11-1028二、工业检测技术涉及的内容二、工业检测技术涉及的内容 ：热工量：热工量：n温度温度t（、K、）n例：例：0 等于等于32 ，20 等于等于68 ，100 等于等于212 n压力压力（压强压强）p（Pa）、）、压差压差 p、真空度、流量、真空度、流量q（t、m 3）、流速）、流速v（m/s）、物位、液位）、物位、液位h（m）机械量：机械量：n直线位移直线

17、位移x（m）、角位移）、角位移、速度、加速度、速度、加速度a（m/s2）、转速转速n（r/min）、应变）、应变 （m/m）、力矩）、力矩T（Nm）、振）、振动、噪声、质量（重量）动、噪声、质量（重量）m（kg、t）几何量几何量n 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等硬度、材料缺陷等282022-11-1029工业检测涉及的内容（工业检测涉及的内容（续）续）物体的性质和成分量：物体的性质和成分量：n空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜

18、色液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色状态量：状态量：n 工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）电工量电工量（U、I、f、R、Z、E、B 在电工、电子等课在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）292022-11-1030三、自动检测系统的组成 不带微处理器时不带微处理器时 自动检测技术系统原理框图自动检测技术系统原理框图302022-11-1031一种典型的一种典型的自动检测系统自动检测系统（

19、检测系统在发电厂的应用）（检测系统在发电厂的应用）312022-11-1032传感器：在本教材中是指一个能将被传感器：在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件测的非电量变换成电量的器件 玻璃玻璃温度计不温度计不属于属于本教本教材所讲授材所讲授的传感器的传感器范围。范围。322022-11-1033 能将温度转换为电压的传感器能将温度转换为电压的传感器热电偶热电偶332022-11-1034目前常用的显示器有四类：模拟显示、目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等数字显示、图象显示及记录仪等 模拟显示模拟显示的的特点特点：直观直观342022-11-1035光柱也

20、属于模拟显示光柱也属于模拟显示光柱显示光柱显示的特点：的特点：一目了然一目了然352022-11-1036数字式仪表数字式仪表数字式仪表数字式仪表的特点：的特点：准确，但最准确，但最后一位经常后一位经常跳动不止。跳动不止。热敏电阻热敏电阻362022-11-1037 LED亮度高、耐振动；亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成耗电省、集成度高，但不利于夜间观察。度高，但不利于夜间观察。LED、LCD的特点：372022-11-1038 图像显示图像显示 特点特点能显示复杂的能显示复杂的图形和曲线图形和曲线382022-11-1039 图像显示（续）图像显示（续）392022-11-1040带带RS

21、-232接口的万用表及图像显示接口的万用表及图像显示特点特点 能在能在计算机中计算机中存储测量存储测量到的波形到的波形及数据，及数据，可随时重可随时重放，价格放，价格适中。适中。402022-11-1041无纸记录仪无纸记录仪 主要用主要用来记录和存来记录和存储被检测对储被检测对象的动态变象的动态变化过程。化过程。412022-11-1042数据处理装置数据处理装置 数据数据处理装置处理装置主要是指主要是指计算机，计算机，将复杂的将复杂的系统用到系统用到频谱分析频谱分析仪。仪。422022-11-1043执行机构执行机构继电器插座继电器插座 所谓执行机构通所谓执行机构通常是指各种继电器，常是指

22、各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路动机等，它们在电路中是起通断、控制、中是起通断、控制、调节、保护等作用的调节、保护等作用的电器设备。电器设备。432022-11-1044各种继电器各种继电器442022-11-1045 电磁铁电磁铁能产生机械力能产生机械力 452022-11-1046电磁阀门的电磁阀门的控制线圈控制线圈 加上额定电压加上额定电压后，电磁阀门导通，后，电磁阀门导通，被控对象可以是液体或气体。电磁阀门电磁阀门 电磁阀门只有通电磁阀门只有通断断两种状态。两种状态。流体流体462022-11-1047电磁调节阀电磁

23、调节阀 用于控制流量的大小用于控制流量的大小 加上控加上控制信号，电制信号，电磁调节阀在磁调节阀在电动机的控电动机的控制下，可以制下，可以逐渐开合逐渐开合472022-11-1048伺服电动机伺服电动机可以正转、反转、可以正转、反转、快转、慢转。快转、慢转。伺服是使物体的位置、伺服是使物体的位置、方位、状态等输出被控方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变（或给定值）的任意变化的化的自动控制系统自动控制系统。伺服型伺服型雷达天线雷达天线482022-11-1049报警器报警器报警灯及喇叭报警灯及喇叭492022-11-1050四、检测技术的发展趋势四、检测技

24、术的发展趋势 ：1.1.不断提高检测系统的测量精度、量程范不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性：围、延长使用寿命、提高可靠性：502022-11-1051提高测量精度提高测量精度 数字电压、欧姆表数字电压、欧姆表 将量程将量程切换到切换到2V2V时，时，最小显示值最小显示值为为1V1V512022-11-1052提高可靠性提高可靠性承受剧烈振动承受剧烈振动522022-11-1053 2.应用新技术和新的物理效应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域应，扩大检测领域月球车月球车532022-11-10542.应用新技术应用新技术和新的物理效和新的物理效应，扩大检测应，扩

25、大检测领域（续）领域（续）火星车火星车542022-11-10552.应用新技术和新的物理效应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）应，扩大检测领域（续）“惠更斯惠更斯”号登陆土卫六号登陆土卫六的效果图的效果图土卫六表面土卫六表面552022-11-1056 2.应用新技术和新的物理效应，应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域（续）扩大检测领域（续）安全检查安全检查 3.3.发展集发展集成化、功能化成化、功能化的传感器的传感器 562022-11-10574.4.采用计算机技术，使检测技术智能化采用计算机技术，使检测技术智能化 面部面部 识别技术识别技术572022-11-10584.4.

26、采用计算机技术，使采用计算机技术，使检测技术智能化（续）检测技术智能化（续）单片机芯片单片机芯片582022-11-1059 5.5.发展网络化传感器及检测系统发展网络化传感器及检测系统59思考题：思考题：1.列出你身边的检测技术应用的例子。列出你身边的检测技术应用的例子。2.画出检测系统的组成框图。画出检测系统的组成框图。6060第第2章章 测量与误差测量与误差2.1 测量的基本概念测量的基本概念2.2 测量误差及分类测量误差及分类2.3 测量误差的分析与处理测量误差的分析与处理返回主返回主目录目录61 2.1 测量的基本概念测量的基本概念 在工程实践和科学实验中提出的检测任务是正在工程实践

27、和科学实验中提出的检测任务是正确及时地掌握各种信息确及时地掌握各种信息,大多数情况下是要获取被测大多数情况下是要获取被测对象信息的大小对象信息的大小,即被测量的大小。即被测量的大小。这样，信息采集的主要含义就是测量这样，信息采集的主要含义就是测量,取得测量取得测量数据。数据。62 测量是以测量是以确定量值为目的确定量值为目的的一系列操作。的一系列操作。所以测量也就是将被测量与同种性质的标准量所以测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较进行比较,确定被测量对标准量的倍数。确定被测量对标准量的倍数。2.1.1 测量测量测量过程就是传感器从被测对象获取被测量测量过程就是传感器从被测对象获取被测量

28、的信息的信息,建立起测量信号建立起测量信号,经过变换、传输、处理经过变换、传输、处理,从而获得被测量的量值。从而获得被测量的量值。63 实现被测量与标准量比较得出比值的方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法,称为称为测量方法测量方法。对于测量方法对于测量方法,从不同角度从不同角度,有不同的分类有不同的分类方法。方法。2.1.2测量方法测量方法641.根据获得测量值的方法根据获得测量值的方法可分为可分为直接测量、间接测直接测量、间接测量和组合测量量和组合测量;2.据测量方式可分为据测量方式可分为偏差式测量、零位法测量与微偏差式测量、零位法测量与微差法测量差法测量;3.根据被测量变化快慢可分为根

29、据被测量变化快慢可分为静态测量与动态测量静态测量与动态测量;4.根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为接接触测量与非接触测量触测量与非接触测量;5.根据测量系统是否向被测对象施加能量可分为根据测量系统是否向被测对象施加能量可分为主主动式测量与被动式测量等。动式测量与被动式测量等。65 2.偏差法、零位法和微差法偏差法、零位法和微差法偏差法：偏差法：零位法：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构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，利用指零机构的作用，使用

30、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：微差法：偏差法和零位法的结合偏差法和零位法的结合被偿测量被测量余数被偿测量被测量余数被偿测量大值与标准量大体平衡被偿测量大值与标准量大体平衡66 静态测量静态测量67 对缓慢变化的对象进对缓慢变化的对象进行测量亦属于静态测量行测量亦属于静态测量。最高、最低最高、最低温度计温度计68动态测量动态测量 地震测量地震测量振动波形振动波形69便携式仪表便携式仪表 可以显示波可以显示波形的便携式形的便携式仪表仪表70直接测量直接测量 电子卡尺电子卡尺71间接测量间接测量 对多个被测量进行测量，经过计对多个被测量进行测量，经过计算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比算求得被测量（阿基米德测量皇冠的比重）。重）。72接触式测量接触式测量 73非接触式测量非接触式测量 例：雷达测速例：雷达测速车载电子警察车载电子警察74离线测量离线测量 产品质量检验产品质量检验75在线测量在线测量 在流水线上，边加工，边在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和检验，可提高产品的一致性和加工精度。加工精度。76