微课现场讲稿

材料检测与控制（绪论）

1. 课程认知

大家下午好，我是王程。我们今天要开始学习的课程叫做“材料检测与控制”。那么，遵循人们认知事物的传统规律，即what-why-how，或者称为WWW原则，我们来看下这门课程。

What，什么是材料检测与控制？他是描述了一门为材料加工工艺服务的工程设计课。

Why，为什么要学习这门课程？因为在材料加工工艺中，我们希望材料依据我们设定或期待的方向去发展和变化。所以，需要首先检测其当前的材料状态或属性，其次利用控制理论，改变材料自由的发展趋势，为我们所用。

How，如何来学习和使用这门课程的内容？在前述的环节里，我们分别解释了课程涉及的几个名词：材料、检测、控制，并且提到了该门课程中涉及的检测与控制是为了材料加工工艺服务的。或者说，这门课程里所提到的只是检测与控制的一个狭小的领域。

2. 课程目标

通过前面的描述，其实我们已经明确了我们的学习目标。也就是说，这门课程里所讲的内容都是检测与控制的基础理论，只不过它更偏向于材料加工工艺方面，同时工科的理论从来都是为了工程实践服务的。所以，我们需要花大篇幅讲述的是检测与控制的基础理论在实践工业中的应用，而并不在乎其具体的理论计算。

好了，总结一下，材料检测与控制，是通过对检测与控制基本理论的学习，为材料加工工艺过程中的工程实践服务的一门课程。

OK，到此为止，我们已经非常清楚的明白了这门课程的主要授课内容。也就是我们后续的课程讲解中，将带领大家从日常生活案例的范畴去了解检测与控

制的基础理论，最后，将这些理论知识契合到材料加工工艺中去。

那么，我们就先从检测与控制的基础理论说起。

3. 课程概述

关于检测与控制的基础理论，教材上的讲解顺序是：

1.某一种传感器/控制器；

2.该传感器/控制器的原理；

3.该传感器/控制器在材料中的应用举例；

实际生活中，有太多种传感器及控制器，因此，书本上涉及很多章节进行分别描述。章节内容设置很合理，却由于内容过于分散，不方便大家的学习。

为了让大家能够更快的理解检测与控制的基础理论，我把教材上的内容进行了重新编排，使其变得更加系统化，更加清晰明了。

整理后的课程内容，可以用几个词来概括：

◆传感器

◆控制器

◆数据仿真

◆智能化

我们来分别看下他们的含义。

传感器，它是用来采集自然界中物质本身及人为附加的属性信息，如温度、湿度等。

我们需要传感器所采集来的这些信息来标定当前物质的状态，但同时这些信息，就像电报中的电文一样，明明有其确切的含义，却没有人能够在脱离译码本的前提下看懂它。所以目前来说，这些信息对我们一点实用价值都没有。

那么，我们的“译码本”在哪里呢？控制器。

控制器，它将传感器传递的信息进行辨认及收集，然后根据不同的工业需求（人为需求）进行计算和处理，最终通过一些良好的人机界面，如显示屏等将“翻译好”的信息反馈给人们，以便完成其他后续操作。

此时，人们才真正理解了传感器所采集的信息。

对于使用者来说，我们不关心控制器都做了哪些动作，更加不关心传感器所采集出来的信息有多么难于理解，我们只需要知道结果即可。

而对于技术人员，他们必须针对这样的数据传递及数据处理过程，制定相应的法则，以保证信息的真实传递。所以，他们需要数据仿真。

数据仿真，狭义上来说，它是建立在产品开发初期的理论文档。它主要保证了该产品设计过程的合理性。也就是去除了复杂的环境因素干扰后，所得到的理论结果。然而，广义上来说，它则是理论与实践结合的桥梁。人们在产品后期的测试阶段，往往须要模拟出产品的真实使用环境，从而验证其可靠性及稳定性。这才是数据仿真的本色。

智能化，其实有上述的三个部分，我们已经可以完成任何一个产品的开发，就像人们可以读懂所有的电文一样。然而现实环境的复杂性，导致任何一个微小的差异都可能使得产品失效，即电文受到干扰出现错误。因此就有了智能化的提出。

对于电报系统而言，人们读到电文后会做出相应的动作，而智能化的意思就是，即使你没看到那封发给你的电文，也不用担心，因为机器已经明白了电文的内容，也知道后续应该做什么，怎么做。所以，检测与控制的最高境界，或者说最终目标，就是达成智能化的水平。

各领域的技术人员，完成了产品的开发之后，就可以去做任意他想要做的事情。机器完全取代了人的工作。再甚者，今后所有的研发工作也可以由机器代劳。当然，这种美好的愿景在目前仍旧只能是停留在理论的阶段，而无法应用到现实生活中去。

到此为止，我们已经对于检测与控制相关的几个关键知识点有了大致的概念，接下来，我将举几个相关的例子对上述的概念进行复习。

4. 应用举例

4.1. 触摸屏

第一个例子，触摸屏。

大家手中的手机大都是采用触摸屏技术进行控制和操作的，所以对这样的技

术其实并不陌生。只不过之前我们仅仅是使用者，而现在则应该学着用一个技术人员的眼光去看待它。

触摸屏是什么？用专业性质的术语来说，传感器——电容传感器或电阻传感器。它通过采集触摸前后的屏幕状态信息，来判定屏幕是否有按压产生。随后，将该信息发送给控制器进行计算和处理，确定当前点击的位置及对应的功能。

接下来，就要利用仿真的效用，在测试过程中，模拟人们使用触摸屏的真实环境，如干燥天气、高温天气、高湿环境等等，校正触摸屏的设置，使得其通用性得到大幅提升。

4.2. 消防监控系统

第二个例子，消防监控器。

现在，几乎每个房间里都会有消防监控器，它负责监控当前是否有火灾发生，并且及时作出相应的响应动作。

从技术人员的角度来看，消防监控器，什么原理？我们拿常用的烟雾报警器来描述其工作过程。

首先，在监控器内部须设置一个光源，一个接收器。正常情况下，接收器所能接收到的光强是基本不变的，一旦出现大量烟雾，会遮住光的传播路径，使得接收到的光强迅速减弱，从而触发安全装置。也就是光学传感器将采集到的光强信息，忠实的传递给控制器，数据经过计算和处理后，比对后期测试阶段所完成的仿真结果，判定当前状态是否需要触发喷水装置。

在这个案例中，我们可以提出智能化的概念，也就是该监控器可以自主的判定当前烟雾的来源。如果是众多人吸烟造成的，则可以不必触发喷水。当然，这个过程，需要大量的后期仿真测试才能完成。

另外，消防监控器通常还有几种类型：

◆气体报警；

◆火焰报警；

◆温度报警；

◆视频报警；

至于它们的工作原理，留待大家在课下进行学习讨论。