現(xiàn)代檢測系統(tǒng)及發(fā)展趨勢

張雪梅

中國電子科技集團公司第四十九研究所 黑龍江哈爾濱 1 5 0 0 2 8

隨著世界各國現(xiàn)代化步伐的加快，對檢測技術的大量需求與日俱增；而科學技術，尤其是大規(guī)模集成電路技術、微型計算機技術、機電一體化技術、微機械和新材料技術的不斷進步，則大大促進了現(xiàn)代檢測技術的發(fā)展。目前，現(xiàn)代檢測技術發(fā)展總的趨勢大體有以下幾個方面。

1 不斷拓展測量范圍，努力提高檢測精度和可靠性

隨著科學技術的發(fā)展，對檢測儀器和檢測系統(tǒng)的性能要求，尤其是精度、測量范圍、可靠性指標要求越來越高。以溫度為例，為滿足某些科研實驗的需求，不僅要求研制測溫下限接近絕對零度（-273.15℃），且測溫范圍盡可能達到15K（約-258℃）的高精度超低溫檢測儀表；同時，某些場合需連續(xù)測量液態(tài)金屬的溫度或長時間連續(xù)測量2500-3000℃的高溫介質溫度。目前雖然已能研制和生產最高上限超過2800℃的熱電偶，但測溫范圍一旦超過2500℃，其準確度將下降，而且極易氧化從而嚴重影響其使用壽命與可靠性；因此，尋找能長時間連續(xù)準確檢測上限超過2000℃被測介質溫度的新方法[1]。

新材料和研制（尤其是適合低成本大批量生產）出相應的測量傳感器是各國科技工作者的許多年來一直努力試圖解決的課題。目前，非接觸式輻射型溫度檢測儀表測溫度上限原理上最高可達105℃以上，但與聚核反應優(yōu)化控制理想溫度約108℃相比還相差3個數(shù)量級，這就說明超高溫檢測的需求遠遠高于當前溫度檢測所能達到的技術水平。僅在十余年前，如果在長度、位移檢測中僅存在幾絲（m）的測量誤差，則一定會被大家認為這是高清度測量；但隨著近幾年許多國家大力開展微機電系統(tǒng)、超精細加工等高技術研究，“微米（10-6m）、納米（10-9m）技術”很快成了人們熟知的詞匯，這就意味著科技的發(fā)展迫切需要有達到納米級，甚至更高精度檢測技術和檢測系統(tǒng)。

目前，除了超高溫、超低溫度檢測仍有待突破外，諸如混相流量檢測、脈動流量檢測、微差壓（幾十個帕）、超高壓檢測、高溫高壓下物質成分檢測、分子量檢測，高精度（0.02%以上）、大噸位（3×107N以上）重量檢測等都是需要今早攻克的檢測課題[2]。

2 傳感器逐漸向集成化、組合式、數(shù)字化方向發(fā)展

鑒于傳感器與信號調理電路分開，微弱的傳感器信號在通過電纜傳輸?shù)倪^程中容易受到各種電磁干擾信號的影響；以及各種傳感器輸出信號形成眾多，而使檢測儀器與傳感器的接口電路無法統(tǒng)一和標準化，實施起來頗為不便。隨著大規(guī)模集成電路技術與產業(yè)的迅猛發(fā)展，采用貼片封裝方式、體積大大縮小的通用和專用集成電路越來越普遍；因此，目前已有不少傳感器實現(xiàn)了敏感元件與信號調理電路的集成和一體化，對外直接輸出標準的4-20mA電信號；成為名符其實的變送器。這對檢測儀器整機研發(fā)與系統(tǒng)集成提供了很大的方便，從而亦使得這類傳感器身份倍增。其次，一些廠商把兩種或兩種以上的敏感元件集成于一體，而成為可實現(xiàn)多種功能新型組合式傳感器。例如，將熱敏元件、濕敏元件和信號調理電路集成在一起，傳感器可同時完成溫度和濕度的測量。

此外，還有廠商把敏感元件與信號調理電路、信號處理電路統(tǒng)一設計并集成化，成為能直接輸出數(shù)字信號的新型傳感器。例如，美國DALLAS公司推出的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，可測溫度范圍為-55至+150℃、精度0.5℃，封裝和形狀與普通小功率三極管十分相似，采用獨特的一線制數(shù)字信號輸出。

3 重視非接觸式檢測技術研究

在檢測過程中，把傳感器置于被測對象上，敏感被測參量的變化，這種接觸式檢測方法通常比較直接、可靠，測量精度較高；但在某些情況下，因傳感器加入會對被測對象的工作狀態(tài)產生干擾，而影響測量的精度。而在有些被測對象上，根本不允許或不可能安裝傳感器，例如測量高速旋轉軸的振動、轉矩等。因此，各種可行的非接觸式檢測技術的研究愈來愈受到重視，目前已商品化的光電式傳感器、電渦流式傳感器、超聲波檢測儀表、核輻射檢測儀表等正是在這些背景下不斷發(fā)展起來的。今后不僅需要繼續(xù)改進和克服非接觸式（傳感器）檢測儀器易受外界干擾及絕對精度較低等問題，而且相信對一些難以采用接觸式檢測，或無法采用接觸方式進行檢測，尤其是那些具有重大軍事、經濟或其他應用價值的非接觸檢測技術課題的研究投入會不斷增加，非接觸檢測技術的研究、發(fā)展和應用步伐都將明顯加快。

4 檢測系統(tǒng)智能化

近十年來，由于包括微處理器、單片機在內的大規(guī)模集成電路的成本和價格不斷降低，功能和集成度不斷提高，使得許許多多以單片機、微處理器或微型計算機為核心的現(xiàn)代檢測儀器（系統(tǒng)）實現(xiàn)了智能化，這些現(xiàn)代檢測儀器通常具有系統(tǒng)故障自檢、自診斷、自調解、自校準、自選量程、自動測試和自動分選功能、自校正功能、強大數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計功能、遠距離數(shù)據(jù)通信和輸入、輸出功能，可配置各種數(shù)字通訊接口，傳遞檢測數(shù)據(jù)和各種操作命令等，可方便地接入不同規(guī)模的自動檢測、控制與管理信息網絡系統(tǒng)。與傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)相比智能化的現(xiàn)代檢測系統(tǒng)具有更高的精度和性能、價格比[3]。

正是由于智能化檢測儀器、檢測系統(tǒng)具有上述優(yōu)點，所以其市場占有率多年來一直維持強勁的上升趨勢。

5 結語

隨著大規(guī)模集成電路、微型計算機、機電一體化、微機械和新材料等技術的發(fā)展，則大大促進了現(xiàn)代檢測技術的發(fā)展。目前，現(xiàn)代檢測技術將向著提高精度和可靠性、集成化和數(shù)字化、智能化及非接觸式檢測技術的趨勢發(fā)展。