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检测系统
2025-07-16
在信号传输通道中，检测系统是指连接输入、输出并具有特定功能的部分。在工程测试实践中，大多数检测系统属于线性时不变系统。检测技术的目的是从测量对象中获取反映其变化规律的有用信息，为了实现此目的，一个广义的检测系统一般由激励装置、测试装置、数据处理与记录装置组成。
检测技术
在人类的各项生产活动和科学实验中，为了了解和掌握整个过程的进展及其最后结果，经常需要对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，并以之作为分析判断和决策的依据。可以认为检测技术就是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。
随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和科技进步的广阔领域内发挥着重要作用。检测技术几乎已应用于所有的行业，它是多学科知识的综合应用。它涉及到半导体技术、激光技术、光纤技术、声控技术、遥感技术、自动化技术、计算机应用技术、以及数理统计、控制论、信息论等近代新技术和新理论
检测系统组成
一个广义的检测系统一般由激励装置、测试装置、数据处理与记录装置组成。
尽管现代检测仪器、检测系统的种类、型号繁多，用途、性能千差万别，但它们作用都是用于各种物理或化学成分等参量检测， 其组成单元可按信号传递的流程来区分。
如下图所示： 首先通常由各种传感器（变送器）将非电被测物理或化学成分参量转换成电信号， 然后经信号调理（包括信号转换、信号检波、 信号滤波、 信号放大等）、数据采集、 信号处理、 信号显示、 信号输出 （通常有 4～20 m A、经 D/A 变换和放大后的模拟电压、开关量、脉宽调制——PWM、串行数字通信和并行数字输出等）以及系统所需的交、直流稳压电源和必要的输入设备 ( 如拨动开关、按钮、数字拨码盘、数字键盘等 ) 便组成了一个完整的检测（仪器）系统
传感器
传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置。 它的作用是感受指定被测参量的变化并按照一定规律转换成一个相应的便于传递的输出信号。 传感器通常由敏感元件和转换部分组成； 其中， 敏感元件为传感器直接感受被测参量变化的部分， 转换部分作用通常是将敏感元件输出转换为便于传输和后续处理的电信号。
例如，半导体应变片式传感器能把被测对象受力后微小的变形感受出来， 通过一定的桥路转换成相应的电压信号输出。 这样， 通过测量传感器输出电压便可知道被测对象的受力情况。 这里应该说明， 并不是所有的传感器均可清楚、 明晰地区分敏感和转换两部分； 有的传感器已将两部分合二为一，也有的仅有敏感元件（如热电阻、热电偶） 、无转换部分，但人们仍习惯称其为传感器（如人们习惯称热电阻、热电偶为温度传感器）。
传感器种类繁多，其分类方法也较多。主要有按被测参量分类（例如，温度传感器、湿度传感器、 位移传感器、 加速度传感器、 荷重传感器等） 法，按传感器转换机理 （工作原理） 分类（例如，电阻式、电容式、电感式、压电式、超声波式、霍尔式等）法和按输出信号分类（分为模拟式传感器和数字式传感器两大类） 法等。采用按被测参量分类法有利于人们按照目标对象的检测要求选用传感器，而采用按传感器转换机理（工作原理）分类法有利于对传感器作研究、试验。
传感器作为检测系统的信号源， 其性能的好坏将直接影响检测系统的精度和其它指标， 是检测系统中十分重要的环节。 本书主要介绍工程上涉及面较广、 应用较多、 需求量大的各种物理量、化学成份量常用和先进的检测技术与实现方法以及如何选用合适的传感器， 对传感器要求了解其工作原理、 应用特点， 而对如何提高现有各种传感器本身的技术性能、 以及设计开发新的传感器则不作深入研究。通常检测仪器、检测系统设计师对传感器有如下要求：
(1) 准确性：传感器的输出信号必须准确地反应其输入量，即被测量变化。因此，传感器的输出与输入关系必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系；
(2) 稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度而变化，受外界其它因素的干扰影响亦应很小，重复性要好；
(3) 灵敏度：即要求被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号；
(4) 其他：如耐腐蚀性好、低能耗、输出阻抗小和售价相对较低等。
各种传感器输出信号形式也不尽相同， 通常有电荷、 电压、 电流、 频率等； 在设计检测系统、 选择传感器时对此也应给予重视。
信号调理
信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、 转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。例如，工程上常见的热电阻型数字温度检测（控制）仪表其传感器 Pt100 输出信号为热电阻值的变化，为便于后续处理，通常需设计一个四臂电桥，把随被测温度变化的热电阻阻值转换成电压信号；由于信号中往往夹杂着 50Hz 工频等噪声电压，故其信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。
需要远传的话， 通常采取 D/A 或 V/I 电路获得的电压信号转换成标准的 4～20m A 电流信号后再进行远距离传送。检测系统种类繁多，复杂程度差异很大，信号的形式也多种多样， 各系统的精度、 性能指标要求各不相同， 它们所配置的信号调理电路的多寡也不尽一致。 对信号调理电路的一般要求是：
(1) 能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号；
(2) 信噪比高，抗干扰性能要好。
