检测技术概述 + 一、检测的基本概念 1、检测与测量： 2、检测的分类 检测是意义更为广泛的测量 测量：

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1 检测技术概述 + 一、检测的基本概念 1、检测与测量： 2、检测的分类 检测是意义更为广泛的测量 测量：
以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 检测技术： 测量 信号检出（极为重要） + 检测过程： 信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理 检测技术： 检测方法、检测结构、检测信号处理 --- 综合性技术 2、检测的分类 *按被测量值的物理属性分类： 电量、非电量 *按检测原理分类（物理的、化学的、生物学的）： 电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等 *按检测方法分类： 主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、 动态和静态

2 3、测量单位 ----光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485 比较 测量： 被测量 基准量 倍数（结果） 单位
被测量 基准量 倍数（结果） 单位 国际单位制（SI） SI 基本单位： 七个物理量单位 --- 相互独立 长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 光量 （m） （kg） （s） （A） （K） （mol） （cd） 米 ----光在真空中1s时间内传播距离的1/ 实物单位----千克标准原器 SI 组合单位： 由基本单位导出 能量（J）=力  距离 =质量  加速度  距离 J = kg（m/s2）m = m2·kg/s2 能量 --- 焦（耳）：长度、质量、时间 （科学家） 大得多/小得多----词头：mm、m、nm（10-9m）； kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）

3 二、检测技术的作用与意义 1、产品检验和质量控制的重要手段 2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用 3、自动化系统中不可缺少的组成部分
被动检测 主动检测（在线检测） 质量控制领域 2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用 保证设备和人员安全提高经济效益 故障监测系统 动态监测 3、自动化系统中不可缺少的组成部分 控制 管理 数量状态趋向 生产过程： “物流” “信息流” 检测 获取信息 分析判断 自动控制 自动化： 信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行 4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步 检测手段水平决定科学研究的深度和广度 理论研究成果离不开必要的检测手段

4 三、检测系统构成 显示和处理 转换 信息获取 （信号检出部分） （信号变换部分） （分析处理部分、通信接口及总线）

5 1、信号检出部分 传感器（Sensor）---- 检出功能的器件 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分） 特点： 电阻、电容、电感
1）输出量为电压、电流、频率 电阻、电容、电感 两种：数字量、模拟量 2）输出的电信号一般较微弱： 电压 ---- 毫伏级、微伏级；电流 ---- 毫安级、纳安级 3）输出信号与噪声混杂在一起 ---- 传感器内部噪声 传感器的信噪比小、输出信号弱 ---- 信号淹没在噪声中 4）传感器的输出特性呈线性或非线性 5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性 选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制 检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分

6 2、信号变换部分 检出信号 适合于分析和处理的信号 信号调理电路 阻抗变换 ---- 输出阻抗很高时； 信号放大 ---- 输出信号微弱时；
噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 电压/电流（V/A）转换 ---- 需要电流输出时； 模拟/数字（A/D）转换 ---- 需要输出数字信号时 目的： 1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量 2） 消除或抑制传感器输出量中的无用信号 3）提高测量、分析的准确度 4）简化后续系统的组成

7 3、分析处理部分 4、通信接口与总线部分 不断注入新内容 ---- 检测系统的研究中心
计算机系统 ---- 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动化、智能化 4、通信接口与总线部分 功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 接口 --- 分系统和上位机之间/分系统之间交换信息 通用标准接口 --- 不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联 USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行 （硬件系统） 总线：传送数字信号的公共通道 ---- 信号线的集合 RS-232C、VXI、Centronics（并行） （规范、结构形式）

8 四、检测方法 1、直接测量与间接测量 选择：被测量的性质、特点和测量任务要求 分类： （1）按测量手续：直接测量、间接测量
（2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、 差分式测量 （3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、 非接触式测量 （4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量 1、直接测量与间接测量 直接测量 ---- 与同类基准进行简单的比较以得到被测量 线纹尺 ---- 物体尺寸、天平 ---- 物体重量 间接测量 ---- 被测量无法或不易进行直接测量 负载电阻功率 = 电压  电流 （关系） 目标变量 自变量 （直接测量）

9 2、偏移法与零位法测量 3、差分式测量 1）偏移法 --- 完全从被测量中获得信号转换所需能量 测量误差 例：弹簧秤
2）零位法 --- 不从信号源获得能量 高精度测量 例：天平称量物体 3、差分式测量 结构：对称结构的两个传感器， 被测量反对称作用在两个传感器上 2 作用： 消除干扰的影响 测量原理线性化、 提高灵敏度 （常见检测结构形式）

10 4、随动跟踪测量 5、主动探索与信息反馈型检测 --- 基于零位法的测量 高精度测量 例：高精度电子秤、 伺服加速度计、 高精度压力传感器
--- 智能化检测的标志之一 被测对象 传感器 信息处理 检测结果 自适应能力 改变传感器的工作温度 传感器的灵敏度 自学习能力 --- 神经网络模拟某种非线性映射 信号特征辨析 通过学习不断调整连接强度 问题最优解 调整对象的位置、姿态使检测结果具有确定性

11 五、检测技术的发展趋势 1、传感器水平的提高 重要手段 检测技术 科学研究 相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 形成
推动实验研究和发展 新的检测理论、方法和技术手段 1、传感器水平的提高 1）新原理、新材料、新工艺 新功能传感器 光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件） 2）新领域、新需求 新型传感器 化学传感器、 微生物传感器、 仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器

12 2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展
3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展 ① 集成化： 微电子技术 --- 多个同类型传感器集成在一个芯片或阵列上 特点：点测量 平面/空间测量 例：电荷耦合器件（CCD）---- 光敏元阵列 数码相机 多功能传感 ---- 不同功能的传感器集成化 特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数 例：测量血液中各种成分的多功能传感器 ② 一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体 特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用；可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成） ③ 微型化：微米/纳米技术、MEMS技术 体积微小、重量轻微 2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展 以计算机为中心的检测系统 复杂对象或系统的多路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加工；故障诊断

13 六、检测系统举例 智能电子警察监测系统

14 号

15 技术指标 图像分辨率 700x560 真彩色 16Mbit CCD镜头最低照度 <0.4 lux 镜头分辨率 >560线
焦距 12～48mm 记录模式 3张/每车 存储图像容量 >14000张 电源功率 <250W 供电电压 220VAC 50Hz 车型类别 5种 超速检测 公里/小时

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