现代自动检测技术的发展现状及趋势

现代自动检测技术的发展现状及趋势
梁森，欧阳三泰，王侃夫.自动检测技术及应用.北京：机械工业出版社，2006.
趋势：
随着半导体和计算机技术的发展，新型或具有特殊功能的传感器出现，检测装置也向小型化、固体化及智能化发展，应用领域更加宽广。
1、不断提高监测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性
科学技术的发展要求测量系统有更高的精度。近年来，人们研制出许多高精度的检测仪器以满足各种需求。例如，用直线光栅测量直线位移时，测量范围可达二三十米，而分辨率可达到微米级；人们已经研制出测量低至几个帕的微压力和高达几千兆帕高压的；力传感器；开发了能够测出极微弱磁场的磁敏传感器等。
从20世纪60年代开始，人们对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究，使得监测系统的可靠性和使用寿命大幅度提高。
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域
检测原理大多以各种物理效应为基础，近代物理学的进展如纳米技术、激光、红外、超声波、微波、光纤、放射性同位素等新成就为检测技术的发展提供了更多的依据。如图像识别、激光测距、红外测温、C型超声波无损探伤。放射性测厚。中子探测爆炸物等非接触测量得到迅速发展。
20世纪70年代以前，检测技术主要用于工业部门，如今，检测领域正扩大到整个社会需要的各个方面，不仅包括工程、海洋开发、航空航天等尖端科技和新兴工业领域，而且已涉及生物、医疗、环境污染监测、危险品和毒品的侦查、安全检测等方面，并且已经开始渗入到人们的日常生活设施之中。
3、发展集成化、功能化的传感器
随着半导体集成电路技术的发展，硅和砷化镓电子元件的高度集成化大量向传感器领域渗透。人们将传感技术与信号处理电路制作在同一块硅片上，从而研制体积更小、性能更好、功能更强的传感器。例如，高精度的PN结测温集成电路；又如，将排成阵列的上千万个光敏元件及扫描放大电路制作在一块芯片上，制成彩色CCD数码照相机、摄像机以及可摄像的手机等。今后还将在光、磁、温度、压力等领域开发出新型的集成度很高的传感器。
4、采用计算机技术，使检测技术智能化
自20世纪70年代微处理器问世以来，人们迅速将计算机技术应用到测量技术领域中来，使检测仪器智能化，从而扩展了功能，提高了精度和可靠性，目前研制的测量系统大多带有微处理器。
5、发展网络化传感器及检测系统
随着微电子技术的发展，现在已经可以将十分复杂的信号处理和控制电路集成到单块的芯片中去。传感器的输出不再是模拟量，而是符合某种协议格式（如可即插即用）的数字信号。从而可以通过企业内部网络，也可以通过网络实现多个系统之间的数据交换和共享，从而构成网络化的检测系统。还可以远在千里之外，随时随地浏览现场工况，实现远程调试、远程故障诊断。远程数据采集和实时操作。
现状：
在机械制造业中，通过对机床的许多静态、动态参数如工件的加工精度、切削速度、床身振动等进行在线检测，从而控制加工质量。在化工、电力等行业中，如果不随时对生产工艺过程中的温度、压力、流量等参数进行自动检测，生产过程就无法控制甚至产生危险。在交通领域，一辆现代汽车的传感器就有十几种之多，分别用以检测车速、方位、负载、振动、油压、油量、温度、燃烧过程等。在国防科研领域，例子更举不胜举，很多尖端的检测技术就是因国防工业需要而发展起来的，例如，研究飞机的强度时，需在机身、机翼贴上上百个应变片并进行动态测量；在导弹。卫星的研制中，必须对每一个部件进行强度和动态特性的检测、运行姿势的测量等。近年来，随着家电市场的兴起，自动检测技术也进入人们的日常生活中，例如，自动检测并调节房间温度、湿度的空调机；自动检测衣服污度和重量，利用模糊技术的智能洗衣机等。
模糊洗衣机
能自动判断衣服的重量、布料质地、肮脏程度来决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。见图为模糊洗衣机的模糊推理。
（1）布量和布质的判断 不同的布质（）和布量
（2）水位判断 压力传感器
(3)水温判断 半导体
(4)水的浑浊度判断 红外光电对管
作用
金伟等编著，现代检测技术.北京：北京邮电大学出版社，2006.
趋势：
1、 软测量技术
科技的进步和生产规模的扩大以及工艺的日渐复杂，给自动检测和控制提出了更高的要求，人们迫切需要找到一种新的技术来满足生产过程的检测和优化控制的需要。软测量技术(Soft SensingTechniques)被认为是目前最具吸引力和卓有成效的新方法。其主要包括三部分内容：第一，根据某种最优化原则研究建立软测量数学模型的方法，这是软测量技术的核心。主要方法有机理建模方法和辨识建模方法。辨识建模方法包括动态模型的间接辨识，静态模型的回归分析法辨识，采用模糊逻辑和神经网络以及二者结合的非线性建模。第二，模型实时运算的工程化实施技术，这是软测量技术的关键。包括现场数据的采集和处理，软测量模型结构的选择，模型参数的估计等。第三，模型自校正技术，这是提高软测量准确度的有效方法，包括在线自校正和模型的离线更新技术等。
软测量技术为生产的优化控制提供了新的有用信息，今后将在实践中取得更大的成果。
2、 模糊传感器
模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control,FLC）作为一种新颖的高级控制方式，成为智能控制的一个重要分支。模糊控制技术的理论基础是模糊数学和模糊逻辑理论。模糊理论是建立在人类思维的基础上，能很好的表达事物的模糊性质。传统的传感器虽然有高精度、无冗余的优点，但也存在提供的信息简单，难于描述涉及人类感觉信息和某些高层逻辑信息的问题。模糊传感器可以说在经典传感器数值测量的基础上具有经过模糊推理和知识集成、以自然语言符号的描述形式输出的传感器，能够对模糊事物进行识别和判断，可以应用在传统传感器无法处理的场合。
贺良华主编，现代检测技术。武汉：华中科技大，2008
趋势：
研究开发仿生传感器
自然界中的许多生物有着超乎寻常的能力，如，狗的嗅觉是人类的一百多倍，鸟的视觉是人的50到60倍，蝙蝠、海豚的听觉相当灵敏。所有这些动物的感官的、性能，是今后研究仿生传感器（如视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器等）的努力方向。
现状：
电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压和大功率状态下运行，保证这些设备安全运行在国民经济中有着重要意义。为此，为此经常设置故障监测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态监测，以便及时发现异状，加强故障防御，达到早期诊断的目的。这样做可以避免突发事件，保证人员和机器的安全，提高经济利益。即使设备发生故障，也可以从检测的数据中找出故障原因，缩短检修周期，提高检修质量。