【最新】一章检测技术概述
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01检测技术概述
（常见检测结构形式）
2
测量误差
4、随动跟踪测量
--- 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
5、主动探索与信息反馈型检测
--- 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
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）
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
祝同学们在新的一年身体健康，学习进步。
目标变量（关系）自变量 （直接测量）
2、偏移法与零位法测量
1）偏移法 --- 完全从被测量中获得信号转换所需能量
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
作用：消除干扰的影响 测量原理线性化、 提高灵敏度
2
测量误差
4、随动跟踪测量
--- 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
5、主动探索与信息反馈型检测
--- 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
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）
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
祝同学们在新的一年身体健康，学习进步。
目标变量（关系）自变量 （直接测量）
2、偏移法与零位法测量
1）偏移法 --- 完全从被测量中获得信号转换所需能量
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
作用：消除干扰的影响 测量原理线性化、 提高灵敏度
自动检测技术及仪表 第1章 检测技术及仪表概述
五、检测技术及仪表的研究内容
（1）研究传感原理方法及相应器件设备。 （2）研究信息处理（如信号放大、滤波等）与变换的方法。
【克服干扰；从间接信号中恢复目标信息。】 （3）研究检测问题中信息传输、接收、存储、显示的方法与技术。 （4）研究抗干扰技术和故障检测、诊断的功能。 （5）研究检测方法、检测仪表及检测系统的理论分析方法、参数及结 构的最优化设计技术。 （6）研究智能仪表的设计与集成方法。
2023年8月14日
EXIT
第1章第7页
二、检测技术及仪表的应用
工业生产 医疗卫生 日常生活 军工武器 ……
2023年8月14日
EXIT
第1章第8页
三、检测技术及仪表的地位和作用
人类正在走出机械化的过程，进入以物质手段扩展人的感官神经系统
及脑力智力的时代，而这种物质手段的首要方面正是检测技术及仪器仪表。
测。
2023年8月14日
EXIT
第1章第17页
二、直接检测、间接检测与联立检测
联立测量（也称组合测量）
其中： x1, x2, …, xm：被测量 y1，y2，…， yn：直接测得值
20第18页
二、直接检测、间接检测与联立检测
检测刻线0、1、2、3间的距离，要求每个刻线间隔测 量3次：
自动检测技术：能够自动地完成整
个检测过程的技术，以信息的获取、 转换、显示和处理的自动化为主要研 究内容。
研究新的检测方法
仪表技术 利用新的检测技术
开发现代化的检测系统
自动检测技术 检测技术
检测仪表技术
获取分辨率、准 确度、稳定性和 可靠性都很高的 对象信息
2023年8月14日
EXIT
第1章第12页
1检测技术的基本概念
传感器的分类
3）按传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转 换型传感器。 能量控制型传感器在信息变换过程中，其能量需外电源供给。 能量转换型传感器主要由能量变换元件构成，不需要外电源。 4）按照物理原理分类，可分为电参量式传感器、磁电式传感器、 压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器、射 线式传感器、半导体式传感器等。
数据采集系统的功能
采样/保持器 由于A/D转换器完成一次转换需要一定时间， 这段时间希望A/D转换器的输入端模拟信号电压保持不变， 采样保持器就是来实现这一功能的。 A/D转换器 将模拟信号转换成计算机可以处理的数字信号， 影响数据采集系统的采样速率和精度。 定时与逻辑控制电路 定时电路按照各采样器件的工作顺序 产生各种时序信号，逻辑控制电路依据时序信号产生各种逻 辑控制信号。定时与逻辑控制电路是数据采集的指挥棒。
集散式数据采集系统的特点： 1）系统的适应能力强，大中小规模的系统都可组建；
2）系统的可靠性高，多个以单片机为核心的数据采集站 如果某个出现故障并不会影响全系统；
3）系统的实时性好，因为系统中各个数据采集站之间是 并行工作的； 4）对系统的硬件要求不高，因为分散的数据采集站使得 处理任务也得以分散；
传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路组成。
被测量 敏感元件 转换元件 转换电路 电量
敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系 的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换 成电路参数。 转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换成电量输 出。
传感器的分类
检测技术的发展趋势
5）研究集成化、多功能和智能化的传感器。 传感器的集成化由两个含义：一是同一功能的多元件并列化， 即将同一类型的单个传感元件在同一平面上排列起来，排成 一维构成线型传感器，排成二维构成面型传感器。另一个含 义是功能一体化，即将传感器与放大、运算及温度补偿、信 号输出等环节一体化，组装成一个器件。
第一章检测技术概述
–信号处理方法:FFT,小波 –硬件
• 处理器件为例: LM101->AD620, Z80>FPGA
–软件
• 计算机技术
它的意义？（1）
• 对于科学的意义: “科学，只有当人类懂得 测量时才开始”--门捷列夫 –桌椅 –建筑 –飞机的雷达等各种检测测试设备 –载人飞船大量测试设备
它的意义？（2－1）
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位、 过程控制….
42
1.1检测的地位和作用
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 50~70%
43
44
1.1检测的地位和作用
检测技术在汽车中的应用日新月异
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， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 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 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
–英文的对应词: –measurement –testing
• 广义上是人的认知行为，用科学的方法 发现、度量一个客观存在的过程,(从定 性到定量的过程, 例如“热”)
例：曹冲称象
方法：比较法； 装置：船、石头、小秤； 检查、测量，从而得到： 定性、定量的结果。
涉及的学科内容
• 对被测试量的认识：
讲什么？(1-1)
• 如何完成需要我们解决的一个检测任务?检 测一个我们关心的量？思考它涉及的东西
• 处理器件为例: LM101->AD620, Z80>FPGA
–软件
• 计算机技术
它的意义？（1）
• 对于科学的意义: “科学，只有当人类懂得 测量时才开始”--门捷列夫 –桌椅 –建筑 –飞机的雷达等各种检测测试设备 –载人飞船大量测试设备
它的意义？（2－1）
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位、 过程控制….
42
1.1检测的地位和作用
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 50~70%
43
44
1.1检测的地位和作用
检测技术在汽车中的应用日新月异
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， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 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 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
–英文的对应词: –measurement –testing
• 广义上是人的认知行为，用科学的方法 发现、度量一个客观存在的过程,(从定 性到定量的过程, 例如“热”)
例：曹冲称象
方法：比较法； 装置：船、石头、小秤； 检查、测量，从而得到： 定性、定量的结果。
涉及的学科内容
• 对被测试量的认识：
讲什么？(1-1)
• 如何完成需要我们解决的一个检测任务?检 测一个我们关心的量？思考它涉及的东西
一检测技术的基础知识
二、零位式测量 用指零仪表的零位指示检测系统的平 衡状态，在系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测 未知量的测量方法，称为零位式测量。这种测量方法精 度较高，但过程比较复杂，不适于测量变化迅速的信号。
三、微差式测量 综合了偏差式测量法和零位式测量法 的优点而提出的测量方法，它是将被测的未知量与已知 的标准量进行比较，并取得差值后，用偏差法测得此值。 优点是反应快、精度高，适用于在线控制参数的检测。
选用仪表时，一般使其最好能工作在不小于满刻度值 2/3的区域。
1.3 测量误差
1.3.2 误差的分类与来源 一、系统误差 在相同的条件下多次测量同一量时，误差
的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时，与某一个或几 个因素成函数关系的有规律的误差，称为系统误差。 它产生的主要原因是仪表制造、安装或使用方法不正确， 也可能是测量人员一些不良的读数习惯等。 二、随机误差 服从统计规律的误差称随机误差，又称偶 然误差。误差产生的原因很复杂，所以不能用修正或采取 某种技术措施的办法来消除。 应该指出，在任何一次测量中，系统误差与随机误差一般 都是同时存在的，而且两者之间并不存在绝对的界限。 三、粗大误差 是一种显然与实际值不符的误差。
三、联立测量 在使用仪表进行测量时，若被测物理 量必须经 过求解联立方程组才能得到最后结果，称 这种测量 为联 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
一、偏差式测量 用仪表指针的位移（即偏差）决定被 测量的方法，称为偏差式测量法。这种测量方法过程比 较简单、迅速，但精度低，广泛用于工程测量中。
1.3 测量误差
一、随机误差的影响及统计处理 二、系统误差的发现与校正 1、系统误差的发现与判别
发现系统误差的常用方法如下： （1） 实验对比法 （2）剩余误差观察法 （3）不同公式计算标准误差比较法 （4）计算数据比较法 2、系统误差的校正 （1）补偿法 （2）差动法 （3）比值补偿法 （4）测量数据的修正
三、微差式测量 综合了偏差式测量法和零位式测量法 的优点而提出的测量方法，它是将被测的未知量与已知 的标准量进行比较，并取得差值后，用偏差法测得此值。 优点是反应快、精度高，适用于在线控制参数的检测。
选用仪表时，一般使其最好能工作在不小于满刻度值 2/3的区域。
1.3 测量误差
1.3.2 误差的分类与来源 一、系统误差 在相同的条件下多次测量同一量时，误差
的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时，与某一个或几 个因素成函数关系的有规律的误差，称为系统误差。 它产生的主要原因是仪表制造、安装或使用方法不正确， 也可能是测量人员一些不良的读数习惯等。 二、随机误差 服从统计规律的误差称随机误差，又称偶 然误差。误差产生的原因很复杂，所以不能用修正或采取 某种技术措施的办法来消除。 应该指出，在任何一次测量中，系统误差与随机误差一般 都是同时存在的，而且两者之间并不存在绝对的界限。 三、粗大误差 是一种显然与实际值不符的误差。
三、联立测量 在使用仪表进行测量时，若被测物理 量必须经 过求解联立方程组才能得到最后结果，称 这种测量 为联 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
一、偏差式测量 用仪表指针的位移（即偏差）决定被 测量的方法，称为偏差式测量法。这种测量方法过程比 较简单、迅速，但精度低，广泛用于工程测量中。
1.3 测量误差
一、随机误差的影响及统计处理 二、系统误差的发现与校正 1、系统误差的发现与判别
发现系统误差的常用方法如下： （1） 实验对比法 （2）剩余误差观察法 （3）不同公式计算标准误差比较法 （4）计算数据比较法 2、系统误差的校正 （1）补偿法 （2）差动法 （3）比值补偿法 （4）测量数据的修正
检测技术基础知识
在实际测量工作中，一定要从测量任务的具体情况出发， 经过具体分析后， 再确定选用哪种测量方法。
第1章 检测技术基础知识
2. 按测量方式分类
1）
在测量过程中，用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的 测量方法，称为偏差式测量法。应用这种方法进行测量时标准 量具不装在仪表内，而是事先用标准量具对仪表刻度进行校准。 在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值， 决 定被测量的数值。它以直接方式实现被测量与标准量的比较， 测量过程比较简单、迅速，但是测量结果的精度较低。这种测 量方法广泛用于工程测量中。
第1章 检测技术基础知识 3）
在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立 方程组才能得到最后结果，则称这样的测量为联立测量(也称 为组合测量)。在进行联立测量时，一般需要改变测试条件， 才能获得一组联立方程所需要的数据。
联立测量的操作手续很复杂，花费时间很长，是一种特殊 的精密测量方法。它多适用于科学实验或特殊场合。
第1章 检测技术基础知识 1.2.2
1.
1）
在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算， 就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。例如，用磁 电式电流表测量电路的支路电流，用弹簧管式压力表测量锅炉 压力等就为直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而迅速， 缺点是测量精度通常较低。这种测量方法是工程上大量采用的 方法。
第1章 检测技术基础知识 3. 网络化检测系统
总线和虚拟仪器的应用，使得组建集中和分布式测控系统 比较方便，可满足局部或分系统的测控要求，但仍然满足不了 远程和范围较大的检测与监控的需要。近十年来，随着网络技 术的高速发展，网络化检测技术与具有网络通信功能的现代网 络检测系统应运而生。例如，基于现场总线技术的网络化检测 系统，由于其组态灵活、综合功能强、运行可靠性高，已逐步 取代相对封闭的集中和分散相结合的集散检测系统。又如，面 向Internet的网络化检测系统，利用Internet丰富的硬件和软 件资源，实现远程数据采集与控制、高档智能仪器的远程实时 调用及远程监测系统的故障诊断等功能；
第1章 检测技术基础知识
2. 按测量方式分类
1）
在测量过程中，用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的 测量方法，称为偏差式测量法。应用这种方法进行测量时标准 量具不装在仪表内，而是事先用标准量具对仪表刻度进行校准。 在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值， 决 定被测量的数值。它以直接方式实现被测量与标准量的比较， 测量过程比较简单、迅速，但是测量结果的精度较低。这种测 量方法广泛用于工程测量中。
第1章 检测技术基础知识 3）
在应用仪表进行测量时，若被测物理量必须经过求解联立 方程组才能得到最后结果，则称这样的测量为联立测量(也称 为组合测量)。在进行联立测量时，一般需要改变测试条件， 才能获得一组联立方程所需要的数据。
联立测量的操作手续很复杂，花费时间很长，是一种特殊 的精密测量方法。它多适用于科学实验或特殊场合。
第1章 检测技术基础知识 1.2.2
1.
1）
在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算， 就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。例如，用磁 电式电流表测量电路的支路电流，用弹簧管式压力表测量锅炉 压力等就为直接测量。直接测量的优点是测量过程简单而迅速， 缺点是测量精度通常较低。这种测量方法是工程上大量采用的 方法。
第1章 检测技术基础知识 3. 网络化检测系统
总线和虚拟仪器的应用，使得组建集中和分布式测控系统 比较方便，可满足局部或分系统的测控要求，但仍然满足不了 远程和范围较大的检测与监控的需要。近十年来，随着网络技 术的高速发展，网络化检测技术与具有网络通信功能的现代网 络检测系统应运而生。例如，基于现场总线技术的网络化检测 系统，由于其组态灵活、综合功能强、运行可靠性高，已逐步 取代相对封闭的集中和分散相结合的集散检测系统。又如，面 向Internet的网络化检测系统，利用Internet丰富的硬件和软 件资源，实现远程数据采集与控制、高档智能仪器的远程实时 调用及远程监测系统的故障诊断等功能；
检测第一章 检测技术的基本概念ppt课件
第一章 检测技术的基本概念
测量的分类
测量误差及分类
传感器及其基本特性
编辑版pppt
1
第一章 检测技术的基本概念
检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方
法与装置，将生产、生活、科研等各个方面的有关信
息通过检查和测量的方法赋予定性和定量结果的过程。
？怎样进行检测？
首先要学会测量，通过测量来得到数据，
34
第三节
传感器及基本特性
一、传感器的组成
举例：测量压力的电位器式压力传感器
结合上述
工作原理，
能否将上
图方框图
中的内容
具体化？
1-弹簧管 2-电位器
2021/7/31
编辑版pppt
35
电位器式压力传感器原理框图
画一画
画出的电位器式压力传感器原理框图如图所示。
2021/7/31
编辑版pppt
36
弹性敏感元件（弹簧管）
分辨率常以百分比或几分之一
表示，是量纲为1的数。
右表的满量程为19.9A，问：该表的分辨率为多少？
2021/7/31
编辑版pppt
45
想一 想
在图1-11中，3位（最大显示999）数字液位计面板表的示值是多少？满量程
是多少？分辨力是多少？分辨率又约为多少？
2021/7/31
编辑版pppt
46
4.线性关系：
Ax
m
100%
Am
m
S
100
Am
编辑版pppt
准确 基本误
度等 差（引
1-2
级 用误差）
0.1
±0.1%
0.2
0.5
测量的分类
测量误差及分类
传感器及其基本特性
编辑版pppt
1
第一章 检测技术的基本概念
检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方
法与装置，将生产、生活、科研等各个方面的有关信
息通过检查和测量的方法赋予定性和定量结果的过程。
？怎样进行检测？
首先要学会测量，通过测量来得到数据，
34
第三节
传感器及基本特性
一、传感器的组成
举例：测量压力的电位器式压力传感器
结合上述
工作原理，
能否将上
图方框图
中的内容
具体化？
1-弹簧管 2-电位器
2021/7/31
编辑版pppt
35
电位器式压力传感器原理框图
画一画
画出的电位器式压力传感器原理框图如图所示。
2021/7/31
编辑版pppt
36
弹性敏感元件（弹簧管）
分辨率常以百分比或几分之一
表示，是量纲为1的数。
右表的满量程为19.9A，问：该表的分辨率为多少？
2021/7/31
编辑版pppt
45
想一 想
在图1-11中，3位（最大显示999）数字液位计面板表的示值是多少？满量程
是多少？分辨力是多少？分辨率又约为多少？
2021/7/31
编辑版pppt
46
4.线性关系：
Ax
m
100%
Am
m
S
100
Am
编辑版pppt
准确 基本误
度等 差（引
1-2
级 用误差）
0.1
±0.1%
0.2
0.5
第一章检测技术概述(修改)
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
社会的“物化法官”
• 检查产品质量 • 监测环境污染 • 查服违禁药物 • 识别指纹假钞
总结：检测技术广泛应用于工农业生 产、科学研究、航空航天、交通运输、 医疗卫生及日常生活的每一个领域， 是人类科学认知客观世界的手段，起 着人的感官的作用。
三、检测系统构成
信息获取
转换
显示和处理
（分析处理部分、 通信接口及总线）
科学研究的先行官
科学仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障； 许多重要的科学分支的确立和发展归功于重要的 科学仪器装置的研制成功。色谱仪的发明产生了色 谱学，光谱仪的发明产生了光谱学 。 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”。
约有三分之一的诺贝尔物理和化学奖授予了那些
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
六、检测系统举例
智能电子警察监测系统
号
技术指标
图像分辨率 700x560 真彩色 16Mbit
第一章检测技术的基本概念
随机事件与随机误差有区别， 随机事件与随机误差有区别， 并不一定符合正态分布规律。 并不一定符合正态分布规律。 正态分布规律 彩票摇奖
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
随机误差的正态分布规律
次 数 统 计
长度相对测量值
随机误差的正态分布规律
1）集中性： ）集中性： 大量的测量值集中分布于算术平均值附近。 大量的测量值集中分布于算术平均值附近。
第一章 检测技术的基本概念
本章学习测量的基本概念、测量方法、 本章学习测量的基本概念、测量方法、 测量的基本概念 误差分类、测量结果的数据统计处理、 误差分类、测量结果的数据统计处理、测量 不确定度，以及传感器的基本特性等，是检 不确定度，以及传感器的基本特性等， 测技术的理论基础。 测技术的理论基础。
第一节 检测技术的基本概念及方法
静态测量
对缓慢变化的对 象进行测量亦属于静 态测量。 态测量。
最高、 最高、最低 温度计
动态测量
地震测量 振动波形
便携式仪表
可以显示波形的 手持示波器
直接测量
电子卡尺
间接测量
对多个被测量进行测量， 对多个被测量进行测量，经过计算求得 被测量。 被测量。 阿基米德测量皇冠的比重） （阿基米德测量皇冠的比重）
作业讲评
“第三节 测量不确定度”的关键词 第三节 测量不确定度” 错误的选取：认为本章学习中， 错误的选取 ： 认为本章学习中 ， 对学生较为 关键的内容， 重要” 概念” 关键的内容，如：“重要”、“概念”、“定义 区别” 分类” 评定” 报告” ”、“区别”、“分类”、“评定”、“报告” 等一般性的单词。 等一般性的单词。 正确的选取：测量不确定度， 正确的选取 ： 测量不确定度 ， 不确定度评定 置信水平，约定概率，分布密度， ，置信水平，约定概率，分布密度，不确定度合 仪器误差，真值，等等。 成，仪器误差，真值，等等。
第1章 检测技术概述
式（1-1）表示的误差也称为绝对误差。绝对误差可以为正也可以为负值 ，且是一个有单位的物理量。
2．相对误差
相对误差为绝对误差与真值之比，因测得值与真值接近，所以也可近似用 绝对误差与测得值之比值作为相对误差，一般用百分比来表示，即
0
100% 100% X0 X
（3-2）
3．引用误差
反馈测量： 输入量x
传感器
反馈传感器
放大
输出量y
特点：精度高；复杂、成本高、要求高
10
三、检测方法分类
3、偏差法、零位法和微差法
偏差法： 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
零位法：
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， 根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值
电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声
(3) 环境误差： 测量环境、条件引起的测量误差 空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动， (4) 使用误差： 读数误差、违规操作、
21
基本理论
三、测量误差的性质与分类
(1) 随机误差( random error )
第1章 传感器与检测技术的理论基础
1.1 检测技术概论
1.2 误差理论与数据处理
4 学时
1
1.1 检测技术概论
一、检测的基本概念
测量定义： 确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 被测信息： 物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具： 传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 检测过程： 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
2．相对误差
相对误差为绝对误差与真值之比，因测得值与真值接近，所以也可近似用 绝对误差与测得值之比值作为相对误差，一般用百分比来表示，即
0
100% 100% X0 X
（3-2）
3．引用误差
反馈测量： 输入量x
传感器
反馈传感器
放大
输出量y
特点：精度高；复杂、成本高、要求高
10
三、检测方法分类
3、偏差法、零位法和微差法
偏差法： 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
零位法：
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， 根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值
电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声
(3) 环境误差： 测量环境、条件引起的测量误差 空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动， (4) 使用误差： 读数误差、违规操作、
21
基本理论
三、测量误差的性质与分类
(1) 随机误差( random error )
第1章 传感器与检测技术的理论基础
1.1 检测技术概论
1.2 误差理论与数据处理
4 学时
1
1.1 检测技术概论
一、检测的基本概念
测量定义： 确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 被测信息： 物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具： 传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 检测过程： 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
第一章 检测技术概述gai
1.2测量与检测、计量 测量与检测、 测量与检测
• 测量与检测、计量 测量与检测、
测量是指以确定被测对象的属性 和量值为目的的全部操作。 被测量检测、计量 测量与检测、 测量与检测
• 测量与检测、计量 测量与检测、
“检测”是测量，“计量”也是 测量。 检测是指在各类生产、科研、试 验及服务等领域，为及时获得被 测、被控对象的有关信息而实时 或非实时地对一些参量进行的定 性检查和定量测量。可以说检测 是意义更为广泛的测量。 检测技术：测量+信号检出（极 为重要）
1.2测量与检测、计量 测量与检测、 测量与检测
• 测量与检测、计量 测量与检测、
“计量”是指用精度等级更高的 标准量具、器具或标准仪器，对 送检量具、仪器或被测样品、样 机进行考核性质的测量；这种测 量通常在规定的具有良好环境条 件的计量室、实验室，采用比被 测样品、样机更高精度的并按有 关计量法规经定期校准的标准量 具、器具或标准仪器进行测量。 而“检测”通常是指在生产、实 验等现场，利用检测仪器或综合 测试系统对被测对象进行定性检 查和定量测量。
• 广义的安全检测，包括安全检测与安全监 控，也称为安全检查。它是借助仪器、设 备迅速而准确地了解生产系统与作业环境 中危险因素与有毒因素的类型、危害程度、 范围及动态的一种手段。 • 安全监控是安全监测和控制的总称。安全 监控的对象是对生产设备和设施的安全状 态和安全水平进行监督检测。
/jc/index.html
1.2测量与检测、计量 测量与检测、 测量与检测
• 狭义的安全检测，侧重于测量，对生产过 程中的某些与不安全、不卫生因素有关的 量连续或断续测量，用以对生产过程进行 检查、监督、保护、调整、预测，或累积 数据，寻求规律。
最新第1章检测技术基础知识ppt课件
（1）理论线性度及其拟合直线
理论线性度也称绝对线性度。它以测量系统静态理想特性
yx kx作为拟合直线，如图1-9中的直线1（曲线2为系统全量程
多次重复测量平均后获得的实际输出/输入关系曲线；曲线3为 系统全量程多次重复测量平均后获得的实际测量数据，采用根 据最小二乘法方法拟合得到的直线）。此方法优点是简单、方 便和直观；缺点是多数测量点的非线性误差相对都较大。
例：量程为0～1000 V的数字电压表，如果其整个量 程中最大绝对误差为1.05V，则有:
m a x x L m a1 x% 0 1 1 0 .00 5 10 % 0 0 0 0 .1% 05
由于0.105不是标准化精度等级，因此需要就近套 用标准化精度等级值。0.105位于0.1级和0.2级之间， 按选大不选小的原则，该数字电压表的精度等级G 应为0.2级。
6.重复性 重复性表示检测系统或传感器在输入量按同一方 向(同为正行程或同为反行程)作全量程连续多次 变动时所得特性曲线不一致的程度(见图1-11)。
图1-11 检测系统重复性示意图
特性曲线一致性好, 重复性就好,误差也小。重复
性误差是属于随机误差性质的,测量数据的离散程
度是与随机误差的精密度相关的,因此应该根据标
图1-10 迟滞特性示意图
迟滞误差通常用最大迟滞引用误差来表示，即
HY HFmSax10% 0
式中 H－－最大迟滞引用误差；
Hmax－－（输入量相同时）正反行程输出 之间最大绝对偏差；
YFS ——测量系统满量程值。 在多次重复测量时,应以正反程输出量平均值间 的最大迟滞差值来计算。迟滞误差通常是由于弹 性元件、磁性元件以及摩擦、间隙等原因所产生 ，一般需通过具体实测才能确定。
第1章检测技术的基本知识.
第一章、检测技术的基本知识第一节、概述一、检测技术的含义、作用和地位①、在各项生产活动和科学实验中，为了解和掌握整个过程的进展及其最后结果，经常需要对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，并以之作为分析判断和决策的依据。
②、检测技术是人们为对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。
③、随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和科技进步的广阔领域内发挥着重要作用。
检测技术主要应用如下：1 )、检测技术是产品检验和质量控制的重要手段：①、借助于检测工具对产品进行质量评价是检测技术重要的应用领域。
②、但传统的检测方法只能将产品区分为合格品和废品，起到产品验收和废品剔除的作用。
这种被动检测方法，对废品的出现并没有预先防止的能力。
③、在传统检测技术基础上发展起来的主动检测技术或称之为在线检测技术，使检测和生产加工同时进行，及时、主动地用检测结果对生产过程进行控制，使之适应生产条件的变化或自动地调整到最佳状态。
④、在线检测技术的作用已经不只是单纯的检查产品的最终结果，而且要过问和干预造成这些结果的原因，从而进入质量控制的领域。
2)、检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用：①、电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压、高速和大功率状态下运行，保证这些关键设备安全运行在国民经济中具有重大意义。
②、为此，通常设置故障监测系统对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态监测，以便及时发现异常情况，加强故障预防，达到早期诊断的目的。
这样做可以避免严重的突发事故，保证设备和人员安全，提高经济效益。
③、即使设备发生故障，也可以从监测系统提供的数据中找出故障原因，缩短检修周期，提高检修质量。
另外，在日常运行中，这种连续监测可以及时发现设备故障前兆，采取预防性检修。
第一章 检测技术的基础知识
1.1 检测技术的基本概念
1.1.2 自动检测系统 自动检测系统是自动测量、自动计 量、自动保护、自动诊断、自动信号处 理等诸系统的总称。组成如图1.1.1 所 示。
1.1 检测技术的基本概念
根据输出单元划分系统： 1、自动测量系统：输出单元为显示器、记录 器、打印机、绘图仪； 2、自动计量系统：输出单元为计数器、累加 器； 3、自动保护、自动诊断系统：输出单元为报 警器； 4、自动控制系统：输出单元为处理电路。
灵敏度的三种情况如下图。 从灵敏度的定义可知，灵敏度是刻度 特性的导数，因此它是一个有单位的量。
1.4 传感器的基本特性
1.4 传感器的基本特性
3、灵敏度域与分辨力 灵敏度域是指传感 器最小所能够区别的读数变化量。分辨力 是指数字式仪表指示数字值的最后一位数 字所代表的值，当被测量的变化量小于分 辨力时，仪表的最后一位数不变，仍指示 原值。灵敏度域或分辨力都是有单位的量， 它的单位与被测量的单位相同。
1.1 检测技术的基本概念
1.1.3检测技术作用与地位 1、与人们日常生活密切相关：家用电 器温度设定、控制、显示；家居防火、 防盗、防煤气泄漏；医学医疗疾病检查 与诊断； 2、工业生产中，借助检测技术，提高 自动化程度，提高产品质量，提高经济 效益：对工艺参数、成分进行检测与控 制；对工业设备运行状态进行监测；对 产品质量进行自动测试；对产品数量进 行自动计数；
1.1 检测技术的基本概念
3、传感器的组成 功用是一感二传，即感受被测信息，并传 送 出去。一般由敏感元件、转换元件、转换 电路三 部分组成。 4、传感器的分类方法:按工作原理、能量关系、 转换原理、用途、信号变换的特征、测量方式、 输出信号等。 表1.1.1按传感器转换原理分类:电参数传 感器、电量传感器。
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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
故障监测系统 动态监测
保证设备和人员安全 提高经济效益
3、自动化系统中不可缺少的组成部分
管理 生产过程： “物流” 控制 “信息流”
检测
获取信息
分析判断息处理、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
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
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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
特点： 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
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
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今日作业
无
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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1/299792485
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
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）
被测量值的物理属性： 电量、非电量
检测原理（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
检测方法：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、
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动态和静态
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3、测量单位
比较
测量： 被测量
基准量
倍数（结果）
单位 避免混乱 ---- 国际单位制（SI）：
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）；
2021/2/2
kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz） 2
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
被动检测
主动检测（在线检测）
检测手段水平决定科学研究的深度和广度
2021/2/2 理论研究成果离不开必要的检测手段
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三、检测系统构成
信息获取
转换
20（21/信2/2号检出部分） （信号变换部分）
显示和处理
（分析处理部分、 4 通信接口及总线）
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）
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）
2021/2/2
目标变量
自变量 （直接测量）
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2、偏移法与零位法测量
1）偏移法 --- 完全从被测量中获得信号转换所需能量
伺服加速度计、
高精度压力传感器
5、主动探索与信息反馈型检测
--- 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
2021/2/2调整对象的位置、姿态使检测结果具有确定性
以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制
2021/2/2
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检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分
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
第一章 检测技术概述
一、检测的基本概念
1、检测与测量： 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
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）
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
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6
3、分析处理部分
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
（规范、结构形式）
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四、检测方法
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
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
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）
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测量误差
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4、随动跟踪测量
--- 基于零位法的测量 高精度测量
例：高精度电子秤、
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五、检测技术的发展趋势
检测技术 重要手段 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