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。

2 现代检测
2.1现代检测技术
现代测试技术是一门交叉性学科，是自动化、电子信息工程、电气自动化、机电一体化等专业的专业基础课程。

尽管现代检测仪器和检测系统的种类、型号繁多，用途、性能千差万别，但它们的作用都是用于各种物理或化学成分等参量的检测，其组成单元按信号传输的流程来区分：通常由各种传感器（变送器）将非电被测物理或化学成分参量转化成电信号，然后经信号调理、数据采集、信号处理后显示并输出，由以上设备以及系统所需要的交、直流稳压电源盒必要的输入设备便组成了一个完整的检测系统，涉及内容主要包括传感器原理与技术、信号调理、数据采集、信号处理、
信号显示、信号输出、输入设备与稳压电源。

现代检测技术是指采用先进的传感技术、信息处理技术、建模与推理等技术实现用常规仪表、方法和手段无法直接获取的对待测参数的检测。

2.2 现代检测技术的特征
(1)从待测参数的性质看，现代检测技术主要用于非常见的参数的测量，对于这些参数的测量目前还没有合适的传感器对应，难以实现常规意义的“一一对应”的测量；另一种情况是待测参数虽已有传感器，但测量误差比较大，受各种因素的影响比较大，不能满足测量要求。

(2)从应用的领域(对象)看，现代检测技术主要用于复杂设备(对象)、复杂过程的影响性能质量等方面的综合性参数的测量，如高速运动机械的故障分析、油品质量的检测、多相流系统中的流动参数的测量等。

对于这样的被测对象或测量要求，很难用单一传感器来完成。

(3)从使用的技术或方法看，现代检测技术主要利用了新型的传感技术或传感器。

更多的利用了软技术，即通过对传感器输出的信号进行处理得到特征量；通过建立传感器的输出与待测量之间的模型；通过应用专业知识、数据库、规则等进行推理，根据被测量的信息获取待测量。

2.3 现代检测技术常用的方法
2.3.1先进传感技术
传感技术是关于传感器原理、结构、材料、设计、制造及应用的综合技术。

传感器处于检测过程的第一个环节，它直接感受被测参数，并将被测参数的变化转换成一种易于传输的物理量，通过传感器获得的信息正确与否直接关系到整个测量或控制系统的成败与精度。

因此，传感器在检测系统中占有非常重要的位置。

传感器的工作原理是建立在各种物理效应、化学效应和生物效应基础之上的，新材料、新效应、新工艺的不断问世，大大促进了传感技术的发展。

2.3.2 现代信息处理技术
现代信号处理方法，就是对传感器输出的信号进行处理或变换，获取信号的某些特征值，并通过这些特征值与待测参数的关系来得到待测参数的信息。

常见的现代信号处理方法主要有：(1)幅域分析方法；(2)时域分析方法；(3)频域分析方法。

2.3.3软测量技术
软测量技术的基本原理，是利用较易测量的辅助变量(或称为二次变量)，依据这些辅助变量与难以直接测量的待测变量(称为主导变量)之间的数学关系(称为软测量模型)，通过各种数学计算和估计方法以实现对主导变量的测量。

所以，软测量实际上以现有传感器为基础，以各种计算机软件为核心的一种硬件与软件相结合的新测量方法。

2.3.4 数据融合技术
基于多传感器数据融合技术的检测系统是由若干个传感器和具有数据综合和决策功能的计算机系统组成，以完成通常单个传感器无法实现的测量。

多传感器数据融合技术具有很多优点，如可以增加检测的可信度，降低不确定性，改善信噪比，增加对待测量的时间和空间覆盖程度等。

发展趋势：
近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。

新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传
统仪器仪表产业的改造，而且可导致建立新型工业和军事变革。

微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器（如上述EJX变送器）。

微电子机械加工技术，包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、L1GA技术（X光深层光刻、微电铸和微复制技术）、激光微加工技术和微型封装技术等。

MEMS的发展，把仪表的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。

传感器和多通道检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微传感器和微处理器及相关集成电路（运算放大器、A/D、D/A、存贮器、网络通讯接口电路）等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。

网络化方面，目前主要是指采用多种现场总线和以太网（互联网），这要按各行业的需求，选择其中的一种或多种，近年内最流行的有FF、Profibus、CAN、LonWorks、AS-I、Interbus、TCP/IP等。

除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能变送器、模糊传感器、多功能传感器等。

多传感器数据融合技术正在形成热点，它形成于20世纪80年代，它不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。

有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高，在信息获取基础上，多种功能进一步集成以至于融合，这是必然的趋势。

多传感器数据融合技术也促进了显示仪表技术的发展。

多传感器数据融合的定义概括为：把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，获得对被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。

其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层（像素层）融合、特征层融合、决策层（证据层）融合。

由于它比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以数字压力表逐步得到推广应用。

应用领域除军事外，还适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。

结束语
现代检测技术广泛应用于国防军事、医疗诊断、环境保护、工业、农业、交通运输、地质灾害的预报等领域并发挥着越来越大的作用。

随着现代科学技术的发展以及新材料、新工艺的出现，现代检测技术必将得到迅猛的发展。

参考文献
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[3]肖忠祥．数据采集原理[M]．西安：西北工业大学出版社，2001.
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