1、湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院丁善婷丁善婷Tel: 156-2390-2218QQ: 448-200-671湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 凡存在之物，必以一定的量存在。 當你能測量你在談及的事物并將它用數字表達時，你對它便是有所了解的；而當你不能測量它，不能將它用數字表達時，你的知識是貧瘠的且不能令人滿意的。 開爾文湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院測試測試 Measurement and Test，具有試驗性質的測量，具有試驗性質的測量 測試提供了有關物理變量和過程的現實狀態測試提供了

2、有關物理變量和過程的現實狀態的定量信息，測量是重新認識客觀世界的工具，的定量信息，測量是重新認識客觀世界的工具，是一切研究、設計、開發的基礎。是一切研究、設計、開發的基礎。 測量技術基礎測量技術基礎湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院測試系統測試系統原理框圖被測對象傳感器信號調理數據顯示與記錄湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院課程內容：課程內容： 本課程主要介紹工程領域中常見物理量本課程主要介紹工程領域中常見物理量( (應變、位移、加速度、應變、位移、加速度、溫度、壓力等溫度、壓力等）的測量原理和信號分析方法。）的測量原理和信號分析方法。內容如下內容如下測量技術基礎測量技術基礎湖北工

3、業大學機械學院湖北工業大學機械學院 任務任務： 使學生掌握測試技術的基本基礎理論、常用傳感器的使學生掌握測試技術的基本基礎理論、常用傳感器的工作原理、結構、特性及其應用、以及常見信號處理方法。工作原理、結構、特性及其應用、以及常見信號處理方法。 目的：目的： 1. 1. 具有選擇傳感器的能力；具有選擇傳感器的能力； 2. 2. 具有組成自動測試系統的能力；具有組成自動測試系統的能力； 3. 3. 對測試系統中的技術問題具有一定的處理能力。對測試系統中的技術問題具有一定的處理能力。教學任務及目的教學任務及目的湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院實踐性強實踐性強課程特點：課程特點： 期望逐步解

4、決側重課本教學中存在的一些問題：期望逐步解決側重課本教學中存在的一些問題：1.1.檢測檢測技術應用、發展部分空洞；技術應用、發展部分空洞；2.2.傳感器部分沒有實物對象、枯燥無味；傳感器部分沒有實物對象、枯燥無味；3.3.信號分析理論部分深奧、難懂。信號分析理論部分深奧、難懂。教學方法：教學方法： 理論教學理論教學案例教學案例教學 三者結合三者結合實踐教學實踐教學測量技術基礎測量技術基礎簡單簡單復雜復雜 單元單元系統系統靜態靜態動態動態 特殊特殊一般一般湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院1 1實驗實驗 本課程是一門工程性、應用性都非常強的課程，學生必須完成本課程規定的實本課程是一門工程性

5、、應用性都非常強的課程，學生必須完成本課程規定的實驗，否則不能參加期末考試。（驗，否則不能參加期末考試。（6 6學時學時）2 2作業作業: : 通過作業來加深對教材內容的理解、掌握和運用。學生應按時完成規定的作業。通過作業來加深對教材內容的理解、掌握和運用。學生應按時完成規定的作業。3 3考試：考試： 期中考試，開卷隨堂考試期中考試，開卷隨堂考試 期末采用閉卷考試方法，考試時間期末采用閉卷考試方法，考試時間2 2小時。小時。 課程總成績由期中考試成績、期末考試成績和平時考查成績（作業和實驗）合課程總成績由期中考試成績、期末考試成績和平時考查成績（作業和實驗）合成。其中考試成績占成。其中考試成績

6、占40%40%，期中考試占期中考試占30%30%，平時考查成績占，平時考查成績占30%30%。4.4.出勤情況出勤情況 無故缺課無故缺課1/31/3，期末取消考試資格。事、病假需提前請假。，期末取消考試資格。事、病假需提前請假。課程安排及要求課程安排及要求湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院名稱編著者出版社出版日期參考書傳感器原理及工程應用郁有文西安電子科技大學出版社2000參考書傳感器原理及應用王化祥天津大學出版社2000參考書目參考書目機械工程測試技術基礎參考書機械工業出版社黃長藝1984機械工程測試技術基礎（第3版）王伯雄清華大學出版社2006參考書測試技術基礎參考書熊詩波黃長藝機械

7、工業出版社2006使用方向湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院學習網站http:/ 華中科技大學國家精品課程 工程測試技術何嶺松http:/ 東南大學國家精品課程 機械工程測試與控制技術 http:/ 測試系統的基本概念測試系統的基本概念l 檢測技術在國民經濟中的地位和作用檢測技術在國民經濟中的地位和作用l 工業檢測技術涉及的內容工業檢測技術涉及的內容l 測試系統的組成測試系統的組成l 傳感器傳感器l 傳感器及檢測技術的發展趨勢傳感器及檢測技術的發展趨勢第一章第一章 緒論緒論湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院被測信息：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、測試系統傳感器、檢測儀器、檢

8、測裝置、測試系統全部操作：全部操作：檢測過程：檢測過程：信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、物理量（光、電、力、熱、磁、聲、）被測對象：被測對象： 宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體 ）檢測器具：檢測器具：化學量（化學量（PH、成份、成份）生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、） 測試測試系統（系統（檢測檢測系統系統/ /測量測量系統）系統）1.1測試系統的基本概念測試系統的基本概念 定義：確定被測對象的定義：確定被測對象的屬性屬性和和量值量值為目的的全部操作為目的的全部操作湖北工業

9、大學機械學院湖北工業大學機械學院測試系統概念（測試系統測試系統概念（測試系統/ /測量系統）測量系統） 測試技術是實驗科學的一部分，主要研究各種測試技術是實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的測量原理物理量的測量原理和和信信號分析處理號分析處理方法。方法。 測試技術是信息技術的重要組成部分，它所研究的內容是測試技術是信息技術的重要組成部分，它所研究的內容是信息的提取信息的提取與處理與處理的理論、方法和技術。的理論、方法和技術。1.1 測試系統的基本概念測試系統的基本概念 科學僅僅是在人們懂得了測量才開始的科學僅僅是在人們懂得了測量才開始的 門捷列夫Mendelyeev,Dmitry Ivano

10、vich 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 信息信息 是指客觀世界物質運動的內容。是指客觀世界物質運動的內容。 如：天氣較冷、某處地震、刀具發生了磨損、李四病了。 信號信號 是指信息的表現形式。是指信息的表現形式。 如：刀具磨損，切削力會加大；李四病了，可能會發燒；等等。1.1 測試系統的基本概念測試系統的基本概念 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 檢測技術是進行各種科學實驗研究和生產過程參數測量必不可少檢測技術是進行各種科學實驗研究和生產過程參數測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。的手段，起著人的感官的作用。簡單的測試系統可以只有簡單的測試系統可以只有一個模塊，如玻璃管溫

11、度一個模塊，如玻璃管溫度計。它直接將被測溫度變計。它直接將被測溫度變化轉化為液面示值。沒有化轉化為液面示值。沒有電量轉換和分析電路，很電量轉換和分析電路，很簡單，但精度低，無法實簡單，但精度低，無法實現測量自動化?，F測量自動化。 為提高測量精度和自動為提高測量精度和自動化程度，以便于和其它化程度，以便于和其它環節一起構成自動化裝環節一起構成自動化裝置，通常先將被測物理置，通常先將被測物理量轉換為電量，再對電量轉換為電量，再對電信號進行處理和輸出。信號進行處理和輸出。1.1 測試系統的基本概念測試系統的基本概念 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院例：曹沖稱象例：曹沖稱象方法：比較法；方法：

12、比較法；裝置：船、石頭、小秤；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測量，得到：檢查、測量，得到： 定性、定量的結果。定性、定量的結果。1.1測試系統的基本概念測試系統的基本概念 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院例：空調機測量控制室溫例：空調機測量控制室溫被測對象被測對象：被測信息被測信息：檢測器具檢測器具：操作過程操作過程：室內空氣室內空氣溫度溫度溫度傳感器溫度傳感器 - 熱電阻、熱電偶熱電阻、熱電偶空氣空氣 熱敏電阻熱敏電阻 電信號電信號 處理處理 顯示顯示空調機空調機1.1測試系統的基本概念測試系統的基本概念 被測對象傳感器信號調理數據顯示與記錄湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 工

13、業生產工業生產 倍增器倍增器 科學研究科學研究 先行官先行官 社社 會會 物化法官物化法官 軍軍 事事 戰斗力戰斗力1.2測試技術在國民經濟中的地位和作用測試技術在國民經濟中的地位和作用 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院檢測技術是帶動國民經濟增長的一個關鍵領域檢測技術是帶動國民經濟增長的一個關鍵領域在美國：檢測技術占在美國：檢測技術占4%4%，拉動經濟增長，拉動經濟增長66%66%工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院測試系統的工程應用測試系統的工程應用 在工程領域，科學實驗、產品開發、生產監督、質量控制等，在工程領域，科學實驗、產品開發、生產監督、質量控

14、制等，都離不開檢測技術。檢測技術應用涉及到航天、機械、電力、石化都離不開檢測技術。檢測技術應用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸等每一個工程領域。和海洋運輸等每一個工程領域。 工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院1)1)工業自動化中的應用工業自動化中的應用 機械手、機器人中的傳感器機械手、機器人中的傳感器 轉動轉動/ /移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。 在各種自動控制系統中，測試環節起著系

15、統感官的作用，是其重在各種自動控制系統中，測試環節起著系統感官的作用，是其重要組成部分。要組成部分。密歇根大學的機械手裝配模型密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數碼的機器狗廣州中鳴數碼的機器狗工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 生產加工過程監測生產加工過程監測 切削力傳感器，加工切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、紅外接測距傳感器、紅外接近開關傳感器等。近開關傳感器等。密歇根大學數字化工廠密歇根大學數字化工廠工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院2)2)流程工業設備運行狀態監控流程工業設備運行狀態監控

16、在電力、冶金、石化、化工等流程工業中，在電力、冶金、石化、化工等流程工業中，生產線上設備運行狀態關系到整個生產線生產線上設備運行狀態關系到整個生產線流程。通常建立流程。通常建立2424小時在線監測系統。小時在線監測系統。 石化企業輸石化企業輸油管道、儲油管道、儲油罐等壓力油罐等壓力容器的破損容器的破損和泄漏檢測和泄漏檢測揚子石化揚子石化50MW熱電機組監測系統熱電機組監測系統陽邏電廠陽邏電廠300MW汽輪機組監測系統汽輪機組監測系統荊門電廠荊門電廠200MW機組監測系統機組監測系統青山熱電廠生產信息實時查詢系統青山熱電廠生產信息實時查詢系統沙角電廠生產信息實時查詢系統沙角電廠生產信息實時查詢系

17、統寶鋼寶鋼30KW以上風機監測系統以上風機監測系統寶鋼精軋寶鋼精軋F2軋機網絡化監測系統軋機網絡化監測系統寶鋼冷軋帶鋼振動紋監測系統寶鋼冷軋帶鋼振動紋監測系統武鋼風機狀態監測系統武鋼風機狀態監測系統工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院3)3)產品質量測量產品質量測量 在汽車、機床等設備，電機、發動機等零部件出廠時，必須對在汽車、機床等設備，電機、發動機等零部件出廠時，必須對其性能質量進行測量和出廠檢驗。其性能質量進行測量和出廠檢驗。 汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數包括潤汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發動滑油溫度、冷卻水溫度、

18、燃油壓力及發動機轉速等。通過對抽樣汽車的測試，工程機轉速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產品質量。師可以了解產品質量。汽車扭距測量汽車扭距測量機床加工精度測量機床加工精度測量工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院在線檢測：零件尺寸、產品缺陷、裝配定位在線檢測：零件尺寸、產品缺陷、裝配定位.湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院鼠標鼠標:光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD傳感器傳感器聲位筆聲位筆:超聲波傳感器超聲波傳感器麥克風麥克風:電容傳聲器電容傳聲器聲卡聲卡:A/D卡卡 + D/A卡卡軟驅軟驅:速度速度,位置伺服位置伺服4)PC4)PC機

19、中的測試技術應用機中的測試技術應用工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院5 5）測試技術在汽車中的應用日新月異）測試技術在汽車中的應用日新月異發動機：發動機：向發動機的電子控制單元（向發動機的電子控制單元（ECU）提供發動機的工作狀況信息，）提供發動機的工作狀況信息， 對發動機工作狀況進行精確控制對發動機工作狀況進行精確控制 溫度、壓力、位置、轉速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等溫度、壓力、位置、轉速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等 汽車傳感器：汽車電子控制系統的信息源，關鍵部件，核心技術內容汽車傳感器：汽車電子控制系統的信息源，關鍵部件，核心技術內容 普通轎車：約安

20、裝普通轎車：約安裝幾十到近百只幾十到近百只傳感器，傳感器， 豪華轎車：傳感器數量可多達豪華轎車：傳感器數量可多達二百余只二百余只。 底底 盤：盤：控制變速器系統、懸架系統、動力轉向系統、制動防抱死系統等控制變速器系統、懸架系統、動力轉向系統、制動防抱死系統等 車速、踏板、加速度、節氣門、發動機轉速、水溫、油溫車速、踏板、加速度、節氣門、發動機轉速、水溫、油溫 車車 身：身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等 溫度、濕度、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等溫度、濕度、風量、日照、加速度、車速、測距、圖象等 工業生產工業生產-倍增器倍增器湖北工業大學機械學院湖

21、北工業大學機械學院工業生產倍增器工業生產倍增器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 科學研究的先行官科學研究的先行官 諾貝爾獎獲得者諾貝爾獎獲得者R. R. Ernst說說“現代科學的進現代科學的進步越來越依靠尖端儀器的發展步越來越依靠尖端儀器的發展” 俄國化學家門捷列夫指出俄國化學家門捷列夫指出“科學是從測量開始科學是從測量開始的的” 近近8080年來，與科學儀器密切相關的諾貝爾獎獲得年來，與科學儀器密切相關的諾貝爾獎獲得者達者達3838人人科學研究先行官科學研究先行官湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 軍事戰斗力軍事戰斗力 1991年海灣戰爭年海灣戰爭 精確制導炸彈和導彈占精確制

22、導炸彈和導彈占8% 2003年伊拉克戰爭年伊拉克戰爭 90% 1994年美國防部建立自動測試系統執行局年美國防部建立自動測試系統執行局立體作戰立體作戰軍事戰斗力軍事戰斗力湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院檢測技術在軍事上的應用檢測技術在軍事上的應用美軍研制的未來單兵作戰武器美軍研制的未來單兵作戰武器-OICW 夜視瞄準夜視瞄準機系統：非冷卻紅外傳感器技術機系統：非冷卻紅外傳感器技術激光測距激光測距儀：可精確的定位目標。在發射儀：可精確的定位目標。在發射20mm20mm高爆彈時，激光測距儀可將高爆彈時，激光測距儀可將目標的距離信息自動傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設定引爆時間。目標的距離

23、信息自動傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設定引爆時間。軍事戰斗力軍事戰斗力湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院美國國家導彈防御計劃美國國家導彈防御計劃-NMD檢測技術在國防領域的應用檢測技術在國防領域的應用1.1.地基攔截器地基攔截器2.2.早期預警系統早期預警系統3.3.前沿部署前沿部署( (如雷達）如雷達）4.4.管理與控制系統管理與控制系統5. 5. 衛星紅外線監測系統衛星紅外線監測系統監測系統監測系統: 探測和發現敵探測和發現敵人導彈的發射并追蹤導人導彈的發射并追蹤導彈的飛行軌道；彈的飛行軌道；攔截器：能識別真假彈攔截器：能識別真假彈頭，敵友方頭，敵友方軍事戰斗力軍事戰斗力湖北工業

24、大學機械學院湖北工業大學機械學院檢測技術在航天領域舉足輕重檢測技術在航天領域舉足輕重飛行器測控飛行器測控 - 檢測飛行器姿態、發電機工況，控制與操縱檢測飛行器姿態、發電機工況，控制與操縱 火箭測控火箭測控 - 檢測火箭狀況、姿態、軌跡檢測火箭狀況、姿態、軌跡 軍事戰斗力軍事戰斗力湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院“阿波羅阿波羅10”：火箭部分火箭部分-2077個傳感器個傳感器飛船部分飛船部分-1218個傳感器個傳感器檢測參數檢測參數-加速度、溫度、壓力、加速度、溫度、壓力、 振動、流量、應變、振動、流量、應變、 聲學等聲學等神州飛船：神州飛船：185臺（套）儀器裝置臺（套）儀器裝置軍事戰

25、斗力軍事戰斗力湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院“物化法官物化法官” 檢查產品質量檢查產品質量 監測環境污染監測環境污染 識別指紋、假鈔識別指紋、假鈔 查服違禁藥物查服違禁藥物 偵破刑事案件偵破刑事案件物化法官物化法官教學實驗教學實驗氣象預報氣象預報大地測繪大地測繪災情預報災情預報交通指揮交通指揮涵蓋涵蓋 吃穿用、農輕重、海陸空吃穿用、農輕重、海陸空湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院檢測技術在海嘯預報中的應用檢測技術在海嘯預報中的應用海浪振動海浪振動測試系統測試系統浮標浮標深海地溝深海地溝物化法官物化法官湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院測試技術在日常生活中的應用與日俱增測試

26、技術在日常生活中的應用與日俱增 家用電器：家用電器： 數碼相機、數碼攝像機：自動對焦數碼相機、數碼攝像機：自動對焦-紅外測距傳感器紅外測距傳感器數字體溫計：接觸式數字體溫計：接觸式-熱敏電阻，非接觸式熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器紅外傳感器自動感應燈：亮度檢測自動感應燈：亮度檢測-光敏電阻光敏電阻空調、冰箱、電飯煲：溫度檢測空調、冰箱、電飯煲：溫度檢測-熱敏電阻、熱電偶熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風：話音轉換電話、麥克風：話音轉換-駐極電容傳感器駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測遙控接收：紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管辦公商務：辦公商務：可視對講、可視電話：圖像獲取可視對講

27、、可視電話：圖像獲取-面陣面陣CCDCCD掃描儀：文檔掃描掃描儀：文檔掃描-線陣線陣CCDCCD紅外傳輸數據：紅外檢測紅外傳輸數據：紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管醫療衛生：醫療衛生：電子血壓計：血壓檢測電子血壓計：血壓檢測 - - 壓力傳感器壓力傳感器血糖測試儀、膽固醇檢測儀血糖測試儀、膽固醇檢測儀 - - 離子傳感器離子傳感器物化法官物化法官湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院樓宇控制與安全防護樓宇控制與安全防護 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環境，并為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環境，并能保證系統運行的經濟性和管理的智能化。在

28、樓宇中應用了許多測試能保證系統運行的經濟性和管理的智能化。在樓宇中應用了許多測試技術，如闖入監測、空氣監測、溫度監測、電梯運行狀況。技術，如闖入監測、空氣監測、溫度監測、電梯運行狀況。 圖示為某公司樓宇自動化系圖示為某公司樓宇自動化系統。該系統分為：電源管理、統。該系統分為：電源管理、安全監測、照明控制、空調安全監測、照明控制、空調控制、停車管理、水控制、停車管理、水/ /廢水管廢水管理和電梯監控。理和電梯監控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器物化法官物化法官湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院家庭與辦公自動化家庭與辦公自動化 在家電產品和辦公自動化產品設計中，人們大量的應用了傳感器在家

29、電產品和辦公自動化產品設計中，人們大量的應用了傳感器和檢測技術來提高產品性能和質量。和檢測技術來提高產品性能和質量。全自動洗衣機中的傳感器：全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器傳感器，透光率光傳感器( (洗凈度洗凈度) ) 液位傳感器，液位傳感器，電阻傳感器電阻傳感器( (衣物烘干檢衣物烘干檢測測) )。指紋傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器物化法官物化法官湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院其他應用其他應用航天航天農業農業交通交通醫學醫學物化

30、法官物化法官湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 測量過程一方面是采集和表達被測物理量，另一方面是與標準做比較。測量數值應與一定的標準緊密相連。1.3工業檢測涉及的內容工業檢測涉及的內容 xNX dd上述兩式是測量定義的數學表達。該測量應滿足以下基本條件才可實施：1. 被測量必須有明確的定義；2. 測量標準必須通過協議事先確定。湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 彼此相互獨立的標準稱為絕對標準絕對標準或基本標準基本標準。 國際計量大會（CFPM）定義了7個基本標準 國際單位制 （SI）1.3工業檢測涉及的內容工業檢測涉及的內容 量的名稱量綱SI單位單位名稱單位符號長度L米m質量M千克

31、kg時間T秒s溫度開爾文K電流I安培A光強J坎德拉cd物質的量N摩爾mol湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院國際單位制的導出單位（P9-10）1. 用基本單位表示的SI導出單位2. 具有專門名稱的SI導出單位3. 專用名稱單位表示的導出單位1.3工業檢測涉及的內容工業檢測涉及的內容 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院1）熱工量：）熱工量：溫度溫度t（ 、K、 ） 例：例：0 等于等于32 ， 20 等于等于68 ， 100 等于等于212 壓力（壓強）壓力（壓強）p（Pa）、壓差）、壓差 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

32、位、液位h（m）2）機械量：）機械量：直線位移直線位移x（m）、角位移）、角位移、速度、加速度、速度、加速度a（ m/s2） 、轉速、轉速n（r/min）、應變）、應變 （ m/m ）、力矩）、力矩T（Nm）、振動、噪聲、質量）、振動、噪聲、質量（重量）（重量）m（kg、t）3）幾何量）幾何量 長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、 硬度、材料缺陷等硬度、材料缺陷等1.3工業檢測涉及的內容工業檢測涉及的內容 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院4）物體的性質和成分量：）物體的性質和成分量：空氣的濕度（絕對、相對）、氣體的化學成分、濃度、液體

33、的粘度、空氣的濕度（絕對、相對）、氣體的化學成分、濃度、液體的粘度、濁度、透明度、物體的顏色濁度、透明度、物體的顏色5）狀態量：）狀態量： 工作機械的運動狀態（啟停等）、生產設備的異常狀態（超溫、過工作機械的運動狀態（啟停等）、生產設備的異常狀態（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）6)電工量電工量（U、I、f、R、Z、E、B 在電工、電子等課程中講授，大多數在電工、電子等課程中講授，大多數不屬于本課程的范圍。）不屬于本課程的范圍。）1.3工業檢測涉及的內容工業檢測涉及的內容 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院 一般說來，測試系統由傳感器、中間

34、變換裝置和顯示記錄裝置三一般說來，測試系統由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。部分組成。 傳感器傳感器將被測物理量將被測物理量( (如噪聲如噪聲, ,溫度溫度) ) 檢出并轉換為電量，中間變換檢出并轉換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經A/DA/D變換后用軟件進變換后用軟件進行行信號分析信號分析，顯示記錄裝置則將測量結果顯示出來，提供給觀察者或其，顯示記錄裝置則將測量結果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。它自動控制裝置。 測試系統組成測試系統組成1.4測試系統的組成測試系統的組成 湖北工業大學機械學院

35、湖北工業大學機械學院力力位移位移 速度速度 加速度加速度 壓力壓力流量流量溫度溫度電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式 壓電式壓電式熱電式熱電式 光電式光電式磁電式磁電式電橋電橋 放大器放大器濾波器濾波器調制器調制器解調器解調器運算器運算器 阻抗變換器阻抗變換器 筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器 磁帶記錄儀磁帶記錄儀 電子示波器電子示波器 半導體存儲器半導體存儲器 顯示器顯示器 磁卡磁卡 數據處理器數據處理器 頻譜分析儀頻譜分析儀 FFT 實時信號分析儀實時信號分析儀 電子計算機電子計算機 被測對象被測對象 傳感器傳感器 中間變換中間變換測量裝置測量裝置 顯示及顯示及 記錄裝置記錄裝置

36、 信號分析信號分析處理裝置處理裝置 激發裝置激發裝置 1.4測試系統的組成測試系統的組成 被測對象傳感器信號調理數據顯示與記錄湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院傳感器定義傳感器定義傳感器作用傳感器作用傳感器組成傳感器組成傳感器分類傳感器分類1.5傳感器傳感器 湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院國家標準（GB7665-87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義：能夠感受規定的被測量并按照一定規律轉換成能夠感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置?？捎幂敵鲂盘柕钠骷蜓b置。傳感器是測量裝置，能完成檢測任務；輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化

37、學量、生物量等；輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量；傳感器名稱：變送器、變換器、探測器、敏感元件、換能器、一次儀表、探頭等傳感器功用：一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去。V、I、f、P傳感器的定義傳感器的定義湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院外界刺激人的五官傳感器大腦計算機骨骼和肌肉執行機構神經機器人通訊神經通訊現代信息技術的三大基礎：信息采集、傳輸與處理技術分別應用到傳感技術、通訊技術和計算機技術構成了信息技術系統中的“感官”、“神經”、“大腦”1.5傳感器傳感器 傳感器的作用傳感器的作用湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院輔

38、助電源敏感元件敏感元件轉換元件轉換元件基本轉換電路被測量電量敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。轉換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參量?；巨D換電路：上述電路參數接入基本轉換電路（簡稱轉換電路），便可轉換成電量輸出。傳感器的組成傳感器的組成湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院由于空間的限制或者其他原因,轉換電路常裝入電箱中。然而，因為不少傳感器要在通過轉換電路后才能輸出電信號，從而決定了轉換電路是傳感器的組成環節之一。 最簡單的傳感器由一個敏感元件(兼轉換元件)組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉換元件

39、組成，沒有轉換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質量塊m是敏感元件，壓電片（塊）是轉換元件。有些傳感器，轉換元件不只一個，要經過若干次轉換。實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復雜，大多數是開環系開環系統統，也有些是帶反饋的閉環系統閉環系統。傳感器的組成傳感器的組成熱電偶壓電加速度傳感器氣體壓力傳感器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院1、按傳感器的工作機理，分為物理型、化學型、生物型等 2、按構成原理，結構型與物性型兩大類 3、根據傳感器的能量轉換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器4、按照物理原理分類：十種 5、按照傳感器的用途分類 ：位移、壓力、振動、溫度傳感器7、根據傳感器輸

40、出信號：模擬信號和數字信號 6、根據轉換過程可逆與否 ：單向和雙向8、根據傳感器使用電源與否：有源傳感器和無源傳感器 傳感器的分類傳感器的分類湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院結構型傳感器：依賴結構參數的變化實現信息轉換利用物理學中場的定律構成的，包括動力場的運動定律，電磁場的電磁定律等。這類傳感器的特點是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對位置變化引起場的變化為基礎，而不是以材料特性變化為基礎。 物性型傳感器：依賴敏感元件的物理特性的變化實現信息轉換利用物質定律構成的,如虎克定律、歐姆定律等。物質定律是表示物質某種客觀性質的法則。這種法則，大多數是以物質本身的常數形式給出。這些常數的大

41、小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。如，光電管，它利用了物質法則中的外光電效應。所有半導體傳感器，以及所有利用各種環境變化而引起的金屬、半導體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都屬于物性型傳感器。 傳感器的分類傳感器的分類湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院能量控制型傳感器：在信息變化過程中，傳感器將從被測對象獲取的信息能量用于調制或控制外部激勵源，使外部激勵源的部分能量載運信息而形成輸出信號，這類傳感器必須由外部提供激勵源，如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于這一類傳感器?；趹冸娮栊?、磁阻效應、熱阻效應、光電效應、霍爾效應等的傳感器也屬于此類傳感

42、器。 傳感器的分類傳感器的分類能量轉換型傳感器：又稱有源型或發生器型，傳感器將從被測對象獲取的信息能量直接轉換成輸出信號能量，主要由能量變換元件構成，它不需要外電源。如基于壓電效應、熱電效應、光電動勢效應等的傳感器都屬于此類傳感器。湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院按照物理原理分類：按照物理原理分類：l電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式等； l磁電式傳感器：磁電感應式、霍爾式、磁柵式等； l壓電式傳感器：聲波傳感器、超聲波傳感器； l光電式傳感器：一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導纖維式、紅外式、攝像式等；l氣電式傳感器：電位器式、應變式； l熱電式傳感器：熱電偶、熱電阻；

43、 l波式傳感器：超聲波式、微波式等；l射線式傳感器：熱輻射式、射線式；l半導體式傳感器：霍耳器件、熱敏電阻；l其他原理的傳感器：差動變壓器、振弦式等。 有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復合形式,如不少半導體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。 傳感器的分類傳感器的分類湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院v 開發新型傳感器開發新型傳感器 v 開發新材料開發新材料 v 新工藝的采用新工藝的采用 v 集成化、多功能化集成化、多功能化v 智能化智能化 開展基礎研究，發現新現象，開發傳感器的新開展基礎研究，發現新現象，開發傳感器的新材料和新工藝；實現傳感器的集成化與智能化材料和新工藝；實現傳感器

44、的集成化與智能化1.6傳感器及檢測技術的發展趨勢傳感器及檢測技術的發展趨勢1 1、傳感器方面、傳感器方面 可拍照的手機湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院傳感器的工作機理是基于各種效應和定律，由此啟發人們進一步探索具有新效應的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件物性型傳感器件，這是發展高性能、多功能、低成本和小型化高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結構型傳感器發展得較早，目前日趨成熟。結構型傳感器結構型傳感器，一般說它的結構復雜，體積偏結構復雜，體積偏大，價格偏高大，價格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優點，加之過去發展也不夠。世界各國都在物

45、性型傳感器方面投入大量人力、物力加強研究，從而使它成為一個值得注意的發展動向。 開發新型傳感器開發新型傳感器新型傳感器包括：采用新原理；填補傳感器空白；仿生傳感器等方面。光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，由于材料科學的進步，人們在制造時，可任意控制它們的成分，從而設計制造出用于各種傳感器的功能材料。用復雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后的發展方向之一。開發新材料開發新材料（1）半導體敏感材料（2）陶瓷材料 （3）磁性材料 （4）智能

46、材料如，半導體氧化物可以制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠高于半導體，光導纖維的應用是傳感器材料的重大突破，用它研制的傳感器與傳統的相比有突出的特點。有機材料作為傳感器材料的研究，引起國內外學者的極大興趣。湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院在發展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發展新型傳感器聯系特別密切的微細加工技術。該技術又稱微機械加工技術，是近年來隨著集成電路工藝發展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學刻蝕等用于微電子加工的技術，目前已越來越多地用于傳感器領域。 新工藝的采用新工藝的采用例如利用半導體技術制造出壓阻式傳感器，利用

47、薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，日本橫河公司利用各向異性腐蝕技術進行高精度三維加工，在硅片上構成孔、溝棱錐、半球等各種開頭，制作出全硅諧振式壓力傳感器。湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院集成化、多功能化集成化、多功能化同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，如CCD圖像傳感器。多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償等環節一體化，組裝成一個器件。把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進行多種參數的測量外，還可對這些參數的測量結果進行綜合處理和評價，可反映出被測系統的整體狀態。 為同時測量幾種不同被測參數，可將幾種不同的傳感器元件復合在一起，作成集成塊。例如一種溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器已經研制成功。湖北工業大學機械學院湖北工業大學機械學院智能化智能化對外界信息具有檢測檢測、數據處理數據處理、邏輯判斷邏輯判斷、自診斷自診斷和自適應自適應能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器具有與主機互相對話的功能，可以自行選擇最佳方案，能將已獲得的大量數據進行分割處理，實現遠距離、高速度、