现代检测技术
姓名: 周慧慧
学号: 124056
任课老师: 冯晓明
现代检测技术
一、概述
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, 从一般的参数量值测量到参数的状态估计, 从确定性测量到模糊的判断等, 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。
二、传感器的基本原理及检测技术的特点
利用某种转换功能, 将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可直接测量的信号的器件称为传感器。由于电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储和远距离传输, 加上计算机只能处理电信号, 因此, 从狭义上说, 传感器又能够定义为可唯一而重视性好的将外界信号转换成电信号的元器件; 从广义上讲, 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置; 简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。因此它由敏感元器件( 感知元件) 和转换器件两部分组成, 有的半导体敏感元器件能够直接输出电信号, 本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多, 就其感知外界信息的原理来讲, 可分为: ①物理类, 基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类, 基于化学反应的原理。③生物类, 基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。一般据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
检测技术的特点能够归纳为:
(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当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)从应用的领域看, 现代检测技术主要用于复杂设备、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, 即经过对传感器输出的信号进行处理得到特征量; 经过建立传感器的输出与待测量之间的模型; 经过应用专业知识、数据库、规则等进行推理, 根据被测量的信息获取待测量。
三、现代检测中传感器的应用
现代检测之中, 应用到的传感器有各式各样的, 各种功能应有尽有, 其中最为普遍的要数光电传感器、温度传感器以及光纤传感器, 下面就着重介绍这三种传感器。
1、光电传感器的应用
光电传感器是一种小型电子设备, 它能够检测出其接收到的光强的变化。现如今, 应用最为广泛的要数发光二极管( LED) 了, LED就是一种半导体元件, 其电气性能与普通二极管相同, 不同之处在于当给LED 通电流时, 它会发光。由于LED 是固态的, 因此它能延长传感器的使用寿命。因而使用LED 的光电传感器能被做得更小, 且比白炽灯传感器更可靠。LED 抗震动抗冲击, 而且没有灯丝。另外, LED 所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。再比如将接收器的放大器调制到发射器的调制频率, 那么它就只能对以此频率振动的光信号进行放大。我们能够将光波的调制比喻成无线电波的传送和接收。将收音机调到某台, 就能够忽略其它的无线电波信号。经过调制的LED 发射器就类似于无线电波发射器, 其接收器就相当于收音机。
2、温度传感器的应用
温度是一种最基本的环境参数, 人民的生活与环境的温度息息相关, 在工业生产过程中需要实时测量温度, 在农业生产中也离不开温度的测量, 因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义.测量温度的关键是温度传感器, 温度传感器的发展经历了三个发展阶段: 传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器、智能集成温度传感器。当前, 新型温度传感器正从模拟式向数字式, 从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。温度测量应用非常广泛, 不但生产工艺需要温度控制, 有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量, 如计算机要监控CPU的温度, 马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等, 温度是实际应用中经常需要测试的参数, 温度传感器从钢铁制造到半导体生产, 很多工艺都要依靠温度来实现, 温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。
3、光纤传感器的应用
光纤传感器OFS在应用上分为传光型的和传感型的, 顾名思义, 前一种就是起到传输光的作用, 传感元件要与光纤连在一起; 后一种就是既有传输光的作用, 又有传感作用。因为光纤传感器作为传感用有很多的应用, 比如抗腐蚀, 抗电磁干扰等, 能够在复杂恶劣的环境下使用。作为传感用的光纤, 原理上就是经过对传输光的偏振, 强度, 相位, 波长, 周期, 频率等进行调制, 经过检测器获得调制结果而进行传感的器件。因为当外界的环境变化时, 比如说温度, 应力、磁、声、压力、温度、加速度等都会对光纤的折射率分布等一些构造产生微小的影响, 导致传输光的特性发生改变, 经过探测这些改变而得到外界的变化, 起到传感作用。至于应用方面就很广泛了, 几乎能够应用到现在大多数电学传感器应用的领域了, 比如安防, 围界安全, 输油管道安全实时监控等, 其应用前景非常广泛。
四、现代检测技术的发展
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, 它不但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, 当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等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。
多传感器数据融合技术正在形成热点, 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, 因此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。
