现代检测系统及发展趋势

张雪梅

中国电子科技集团公司第四十九研究所 黑龙江哈尔滨 1 5 0 0 2 8

随着世界各国现代化步伐的加快，对检测技术的大量需求与日俱增；而科学技术，尤其是大规模集成电路技术、微型计算机技术、机电一体化技术、微机械和新材料技术的不断进步，则大大促进了现代检测技术的发展。目前，现代检测技术发展总的趋势大体有以下几个方面。

1 不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性

随着科学技术的发展，对检测仪器和检测系统的性能要求，尤其是精度、测量范围、可靠性指标要求越来越高。以温度为例，为满足某些科研实验的需求，不仅要求研制测温下限接近绝对零度（-273.15℃），且测温范围尽可能达到15K（约-258℃）的高精度超低温检测仪表；同时，某些场合需连续测量液态金属的温度或长时间连续测量2500-3000℃的高温介质温度。目前虽然已能研制和生产最高上限超过2800℃的热电偶，但测温范围一旦超过2500℃，其准确度将下降，而且极易氧化从而严重影响其使用寿命与可靠性；因此，寻找能长时间连续准确检测上限超过2000℃被测介质温度的新方法[1]。

新材料和研制（尤其是适合低成本大批量生产）出相应的测量传感器是各国科技工作者的许多年来一直努力试图解决的课题。目前，非接触式辐射型温度检测仪表测温度上限原理上最高可达105℃以上，但与聚核反应优化控制理想温度约108℃相比还相差3个数量级，这就说明超高温检测的需求远远高于当前温度检测所能达到的技术水平。仅在十余年前，如果在长度、位移检测中仅存在几丝（m）的测量误差，则一定会被大家认为这是高清度测量；但随着近几年许多国家大力开展微机电系统、超精细加工等高技术研究，“微米（10-6m）、纳米（10-9m）技术”很快成了人们熟知的词汇，这就意味着科技的发展迫切需要有达到纳米级，甚至更高精度检测技术和检测系统。

目前，除了超高温、超低温度检测仍有待突破外，诸如混相流量检测、脉动流量检测、微差压（几十个帕）、超高压检测、高温高压下物质成分检测、分子量检测，高精度（0.02%以上）、大吨位（3×107N以上）重量检测等都是需要今早攻克的检测课题[2]。

2 传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展

鉴于传感器与信号调理电路分开，微弱的传感器信号在通过电缆传输的过程中容易受到各种电磁干扰信号的影响；以及各种传感器输出信号形成众多，而使检测仪器与传感器的接口电路无法统一和标准化，实施起来颇为不便。随着大规模集成电路技术与产业的迅猛发展，采用贴片封装方式、体积大大缩小的通用和专用集成电路越来越普遍；因此，目前已有不少传感器实现了敏感元件与信号调理电路的集成和一体化，对外直接输出标准的4-20mA电信号；成为名符其实的变送器。这对检测仪器整机研发与系统集成提供了很大的方便，从而亦使得这类传感器身份倍增。其次，一些厂商把两种或两种以上的敏感元件集成于一体，而成为可实现多种功能新型组合式传感器。例如，将热敏元件、湿敏元件和信号调理电路集成在一起，传感器可同时完成温度和湿度的测量。

此外，还有厂商把敏感元件与信号调理电路、信号处理电路统一设计并集成化，成为能直接输出数字信号的新型传感器。例如，美国DALLAS公司推出的数字温度传感器DS18B20，可测温度范围为-55至+150℃、精度0.5℃，封装和形状与普通小功率三极管十分相似，采用独特的一线制数字信号输出。

3 重视非接触式检测技术研究

在检测过程中，把传感器置于被测对象上，敏感被测参量的变化，这种接触式检测方法通常比较直接、可靠，测量精度较高；但在某些情况下，因传感器加入会对被测对象的工作状态产生干扰，而影响测量的精度。而在有些被测对象上，根本不允许或不可能安装传感器，例如测量高速旋转轴的振动、转矩等。因此，各种可行的非接触式检测技术的研究愈来愈受到重视，目前已商品化的光电式传感器、电涡流式传感器、超声波检测仪表、核辐射检测仪表等正是在这些背景下不断发展起来的。今后不仅需要继续改进和克服非接触式（传感器）检测仪器易受外界干扰及绝对精度较低等问题，而且相信对一些难以采用接触式检测，或无法采用接触方式进行检测，尤其是那些具有重大军事、经济或其他应用价值的非接触检测技术课题的研究投入会不断增加，非接触检测技术的研究、发展和应用步伐都将明显加快。

4 检测系统智能化

近十年来，由于包括微处理器、单片机在内的大规模集成电路的成本和价格不断降低，功能和集成度不断提高，使得许许多多以单片机、微处理器或微型计算机为核心的现代检测仪器（系统）实现了智能化，这些现代检测仪器通常具有系统故障自检、自诊断、自调解、自校准、自选量程、自动测试和自动分选功能、自校正功能、强大数据处理和统计功能、远距离数据通信和输入、输出功能，可配置各种数字通讯接口，传递检测数据和各种操作命令等，可方便地接入不同规模的自动检测、控制与管理信息网络系统。与传统检测系统相比智能化的现代检测系统具有更高的精度和性能、价格比[3]。

正是由于智能化检测仪器、检测系统具有上述优点，所以其市场占有率多年来一直维持强劲的上升趋势。

5 结语

随着大规模集成电路、微型计算机、机电一体化、微机械和新材料等技术的发展，则大大促进了现代检测技术的发展。目前，现代检测技术将向着提高精度和可靠性、集成化和数字化、智能化及非接触式检测技术的趋势发展。