现代检测技术--检测技术概述
现代检测技术-图文
现代检测技术-图文第一章1、检测系统通常由哪几个部分组成？各类检测系统对传感器及信号调理电路的一般要求是？答：传感器要求准确性、稳定性、灵敏性、耐腐蚀性好、低能耗等。
信号调理要求能准确转换、稳定放大、可靠的传输信号，信噪比高、抗干扰能力要好。
2、试述信号调理和信号处理的主要功能和区别，并说明信号调理单元和信号处理单元通常由哪些部分组成？答：信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波，转换，滤波，放大等，以便检测系统后续处理或显示。
信号处理模块是自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和大脑相类似。
信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。
信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速处理器（DSP）和大规模可编程集成电路，或直接采用工业控制计算机来构建。
第二章1、什么是绝对误差？什么是相对误差？什么是引用误差？答:（1）绝对误差是测量结果与真值之差，绝对误差＝测量值－真值（2）相对误差是绝对误差与被测量值之比，常用绝对误差与仪表示值之比，以百分数表示，相对误差＝（绝对误差／仪表示值）某100%（3）引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示。
引用误差＝（绝对误差／量程）某100%仪表的精度等级是根据引用误差来划分的。
2、工业仪表常用的精度等级是如何定义的？精度等级与测量误差是什么关系？答：人为规定：取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，即用最大引用误差去掉正负号的数字来表示精度等级。
精度等级常用符号G表示。
0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七个等级是我国工业检测仪器（系统）常用精度等级。
检测仪器（系统）的精度等级由生产商根据其最大引用误差的大小并以选大不选小的原则就近套用上述精度等级得到。
3、已知被测电压范围为0~5V，现有（满量程）20V、0.5级和150V、0.1级两只电压表，应选用哪只电表进行测量？答：A表20某0.5/100=0.1B表150某0.1/100=0.15两者比较，通常选用A表进行测量所产生的测量误差较小。
现代检测技术
《现代检测技术》综述前言:随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步，现代化生产的规模越来越大，管理的形式和方式趋于多样性，管理也更加科学，人们对产品的产量和质量的要求也越来越高，这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。
从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测，从一般的参数的量值测量到参数的状态估计，从确定性的测量到模糊的判断等等，已成为当前检测领域中的发展趋势，正受到越来越广泛的关注，从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法，这些技术和方法统称为现代检测技术。
检测的发展和现代检测技术：检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个领域，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定性检查和定量测量，而工业化的发展则对传统的检测提出了更高的要求，为了保证生产过过程能正常、高效、经济的运行，严格控制生产过程中某些重要的工艺参数（如温度、压力、流量等）进行严格的控制，基于这样的理念现代检测呼之欲出。
1 检测的发展：检测技术是20世纪六十年代发展起来的一门具有广泛应运价值的交叉学科，发展过程经历了三个阶段。
(1)第一阶段是依靠人工为主。
通过专家现场获取设备运行时的感观状态，感知异常的震动、噪声、温度等信息，凭经验确定可能存在何种故障或故障隐患。
(2)第二阶段是信号分析监测与诊断阶段。
随着传感器技术、测量技术以及分析技术的发展，状态监测逐步发展为依靠传感器和测量仪器获取设备的工作参数(如频率、振幅、速度、加速度、温度等参数)，通过与正常工作状态下的参数进行对比，确定故障点或故障隐患点。
(3)第三阶段是现代化状态监测与故障诊断阶段。
随着信号处理技术、软测量技术、计算机技术和网络技术的发展，状态监测与故障诊断技术也发展到计算机时代，数据采集工作站采集现场的各种传感器信号，通过计算机网络将数据发送到远程的监测与诊断工作站，利用各种信号处理技术和分析软件对设备状态进行监测。
现代检测技术1
测量中存在累进性系统误差。
用阿卑－赫梅特准则判断，得：
＝0.485
求出均方根误差的平均值：
≈0.076
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1.4.3 随机误差
1）随机误差的统计特性
随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的 基础上，运用统计学方法得出统计规律
变差型系统误差。
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1 系统误差的发现
1）恒定系统误差
校准和对比 改变测量条件 理论计算及分析
2）变值系统误差
累进性系统误差的特点是其数值随着某种因素的变化而不断 增加或减小
累进性系统误差的检查：马利科夫准则，适用于判断、发
现和确定线性系统误差。此准则的实际操作方法是将在同一条
件下顺序重复测量得到的一组测量值
，按序排
列，求得：
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式中：Xi——第i次测量值； n——测量次数； ——全部n次测量值的算术平均值，简称测量均值； νi——第i次测量的残差。
求出它们相应的残差ν1,ν2,…νn, 并将这些残差序列以中 间νk为界分为前后两组分别求和，然后把两组残差和相减， 即
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教学大纲
1.绪论（2学时） 2.先进传感技术（8学时） 3.红外检测技术（10学时） 4.专家系统（4学时） 5.软测量技术（4学时） 6.计算机视觉检测技术（8学时）
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第一章 绪论
1.1 检测的概念
定义：检测是指利用敏感元件或其他获取 手段得到被测量的信息。
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①由被测对象本身引起的误差：性质、状态、条件以及被测
现代检测技术应用实训报告
现代检测技术应用实训报告一、引言现代检测技术是指利用先进的仪器设备和方法，对物质的组成、结构、性质、形态等进行分析和检测的技术。
它在工业生产、环境保护、食品安全等领域发挥着重要作用。
本文将重点介绍现代检测技术应用实训的相关内容。
二、实训目的现代检测技术应用实训旨在培养学生对现代检测技术的实际操作能力，提高其分析和解决问题的能力，为其未来的工作做好充分准备。
三、实训内容1. 仪器设备的认识与操作在实训中，学生首先需要了解和熟悉各种常用的检测仪器设备，如质谱仪、光谱仪、色谱仪等。
通过实际操作，学生可以掌握这些仪器设备的使用方法和操作流程。
2. 样品的制备与处理对于不同的检测项目，需要对样品进行不同的制备和处理工作。
学生需要学习如何正确地采集样品，并进行预处理以提高检测的准确性和可靠性。
3. 数据分析与结果解读实训过程中，学生要学会对实验数据进行分析，并能够准确地解读实验结果。
他们需要掌握统计学方法和数据处理软件的使用，以便从海量数据中提取有用信息。
4. 仪器维护与故障排除在实际工作中，仪器设备常常会出现故障或需要进行维护。
学生需要学习如何排除仪器设备的故障，并学会对仪器进行维护和保养，以确保其正常运行。
四、实训过程1. 实验前的准备工作在进行实验之前，学生需要对实验内容和流程进行充分的了解和准备。
他们需要查阅相关文献，了解实验的目的和方法，并制定实验计划和安全防护措施。
2. 实验的具体操作在实验过程中，学生需要按照实验计划和操作规程，仔细进行实验操作。
他们需要注意实验条件的控制和操作方法的正确性，确保实验结果的准确性和可靠性。
3. 数据处理和结果分析实验结束后，学生需要对实验数据进行处理和分析。
他们可以使用各种数据处理软件，如Excel、Origin等，对数据进行统计和绘图，从中获取有用的信息和结论。
4. 实验报告的撰写与展示实验结束后，学生需要按照规定的格式和要求，撰写实验报告。
报告内容包括实验目的、原理、实验步骤、数据处理和结果分析等。
现代食品检测技术
第一章 人工嗅觉、人工味觉检测技术
第一节 人工嗅觉、人工味觉检测技术概述 人工嗅觉系统－－电子鼻 人工味觉系统－－电子舌
它得到的不是被测样品中某个或某几种成分的 定性与定量结果，而是样品的整体信息，也 称“指纹”数据。 涉及传感器融合技术、计算机技术和应用数学 以及食品科学技术等
一、生物嗅觉与味觉
短波近红外：780-1100nm 长波近红外：1100-2526nm
第一节 近红外光谱分析技术简介
一、近红外光谱的采集方法
近红外光谱主要是由物质吸收光能使分子振动从基态向高能级 跃迁时产生的。
红外光线的能量要被分子基团吸收，必须满足两个条件： （1）光辐射的能力恰好满足分子振动能级跃迁所需的能量，
用 五、近红外光谱分析技术在食品生产线上的应用 六、近红外光谱分析技术在食品其他方面的应用
第三章 PCR基因扩增技术
第一节 PCR技术的检测原理 一、PCR的基本原理
模版DNA
变性和退火
引物延伸
长产物片段 短产物片段
二、PCR技术的特点
（一）特异性强 （二）灵敏度高 （三）简便快速 （四）对标本的纯度要求低
技术特点： （1）分析速度块，测量过程大多在1min中完成 （2）分析效率高 （3）适用的样品范围 （4）样品一般无需预处理 （5）分析成本较低 （6）测量重现性好 （7）对样品无损伤 （8）便于在线分析 （9）对操作人员要求低
四、近红外光谱分析技术存在的问题
（1）灵敏度相对较低 （2）需要用标样进行校正对比 （3）检测限易受影响 （4）变动性大 （5）难以用常规方法解析图谱 （6）多个谱峰的重叠
第二节 PCR引物的设计
一、引物的选择 二、引物设计的原则 三、引物合成的质量
现代检测技术
现代检测技术的发展，已经成为工业、医学、食品、环保等领域的关键技术和主要手段。
在很多行业，准确、快速、高效地进行检测和检验，对于保证质量、安全和环保都扮演了至关重要的角色。
本文将从的发展历程、应用领域、优缺点和未来发展趋势等方面进行探讨。
一、的发展历程是建立在物理、化学、生物等多个科学领域基础上的综合性技术，它从传统检测技术中逐步演化而来。
20世纪的50年代至70年代，人类开始全面发展电子技术、计算机技术、光学技术等基础科学技术，为检测技术的发展奠定了坚实的基础。
在此基础上，先进的检测设备和技术得以发展，如红外光谱仪、拉曼光谱仪、质谱仪、核磁共振仪、荧光光谱分析仪等。
这些设备充分利用现代先进技术，在化学、物理等领域拓展了新的研究领域和新的检验手段。
同时，检测技术也开始扩展到新的应用领域，如环保、食品安全、医学检验、制药等。
随着科技的不断发展，已经成为许多领域必不可少的手段，为人类提供了巨大帮助。
二、的应用领域1. 食品安全在食品安全领域中有着广泛的应用。
如常见的农药残留、重金属、细菌、化学物质等污染物质，都需要使用先进的检测技术来进行检测。
此外，食品中成分的检测也需要的支持。
2. 医学检验在医学检验中也发挥着重要的作用。
如医学影像技术、细胞检测技术、分子诊断技术等都是现代医学检验中不可或缺的手段。
3. 环保环保领域中，所解决的问题是环境污染问题。
针对环境中的水、空气、土壤等进行监测和检测，可用于监测污染物浓度、监控跟踪排放源、评估生态环境质量等。
4. 制造业在制造业中，主要用于材料质量检测、生产线的监控和诊断、产品的质量监控等。
如金属疲劳检测、X光检测、红外热成像等技术都被广泛应用于制造业。
三、的优缺点相对于传统检测技术，在准确性、稳定性、快速性等方面优势很明显。
其快速、简便且结果准确，对于检测工作和检验工作都十分方便和快捷。
而传统检测技术有些繁琐、耗时，且没有那样全面、深入。
但是，的设备较贵，使用成本也很高。
现代检测技术
偿电路、基准电源电路等在内的各个单元它使传感器和集成电路融为一体。
热电偶、热电阻的典型应用
金属表面温度的测量 热电偶炉温控制系统 钢水漏钢预报系统 采用集成温度传感器的数字式温度计 电动机保护器
强度随物质的厚度而变,I=I0e-μΗ，Ｉ、Ｉ０射入介质前和通过介质后的射线强度,μ为介质对 射线的吸收系数,H为介质厚度,I0、μ为常数，只要能测知穿过介质后的射线强度I，则介质的 厚度即物位的高度，可求出。放射源和接收器放置在被测容器旁，由放射源放射出的射线强 度I0 穿过设备和被测介质，由探测器接收并把探测出的射线强度I转换成电信号，经放大器放 大送入显示仪表进行显示
光电高温计
热辐射:任何物体,其温度超过绝对零度,以电磁波的形式向周围辐射能量,其中与物体本身温度有关的 传播热能那部分辐射.
辐射式温度计:把能对被测物体热辐射能量进行检测,来确定被测物体温度的仪表. 光电高温计工作原理:
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压力传感器
弹性式压力传感器：当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件就产生相应变形，根据变形的 大小，可以知道被测压力的数值。如：弹簧管式压力表。霍尔片式远传压力传感器。
声速受到介质的温度、压力影响，造价高。
探头
电容式液位计
将液位的变化转换成电容量的变化，通过测量电容量的大小，来间接测量液位高低的液位测 量仪表。
电极
绝缘套 管
在液体中插入一根带绝缘套管的电极，金属电极作为一个电极， 容器和液体可视为另一个电极，绝缘套管为中间介质，三者组 成圆筒形电容器
现代检测技术
第二章 超声波换能器
（1）按能量转换的机理和换能材料分： 压电、磁致伸缩、机械型等超声换能器．
（2）按振动模式分：纵向(厚度)振动、剪切振动、弯曲振动等换能器．
（3）按工作介质分： 气介、液体、固体等超声换能器．
（4）按工作状态分： 发射型、接收型、收发两用型超声换能器．
（5）按输入功率和工作信号分： 功率型、检测型、脉冲信号、调制信号和
直流电场E
剩余极化强度
电场作用下的伸长 (a)极化处理前
制作过程： 后 成型 烧成 上电极
极化
测试
电极：陶瓷上镀的一层金属（银、铜、金和镍）薄膜．
极化：在压电陶瓷上加一个强直流电场，使陶瓷中的电轴沿电场方向取向排列． 未极化的压电陶瓷由于其中的电轴取向杂乱排列，不具有压电效应．
厚度t 长a
施加压力 P ，晶体产生电压为 U
g 33
Up P
[米伏2 牛顿]
，则
p
(三)压电形变常数 h 3 3
施加一定压力，厚度增加
h33
Up ta
[伏
ta ，
米]
使产生电压 U
p
。则
电压 宽b
压电晶体
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(四) 厚向机电耦合系数 K t
K t 愈大，转换效率愈高，应选取 K t 高的晶片。
缺点：性能与温度有关，机电耦合系数较小，损耗大，介电常数很小，不适合制作发 射型换能器．
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4. 压电复合材料
§2一1压电材料及压电效应
{ } 压电材料 (通常是PZT) 高分子聚合物
按一定的方式相结合的材料 (PVF2—PZT)。
特点 ：低密度、低阻抗、低机械品质因数、高频带、高的抗机械冲击性能和低的横
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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
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
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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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
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： 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
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
二、检测技术的作用与意义
1、产品检验和质量制的重要手段
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
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
数量 状态 趋向 自动控制
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 检测 获取信息 “信息流” 分析判断
3、测量单位
测量： 被测量
比较
基准量 单位
倍数（结果）
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 （mol） （cd） （m）（kg） （s） （A） （K） 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 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、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
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）
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
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
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
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
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
2、信号变换部分
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）
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 测量误差
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
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）
（信号检出部分） （信号变换部分）
1、信号检出部分