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1.1 檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)今時(shí)代是信息化時(shí)代，撥通手機(jī)，可以聽(tīng)到大洋彼岸朋友的問(wèn)候，打開(kāi)電腦，能夠?yàn)g覽國(guó)家圖書(shū)館最古老的書(shū)籍，甚至輕松檢測(cè)出某個(gè)偏僻的典故，而這在以往任何時(shí)代都是不可能做到的，毋庸置疑，這受益于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，受益于計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，還有更重要的就是檢測(cè)技術(shù)。正是檢測(cè)技術(shù)，將語(yǔ)音拾取起來(lái)轉(zhuǎn)變成能夠在網(wǎng)絡(luò)上傳送的電信號(hào)看，將書(shū)籍上的圖文掃描成光圖像信號(hào)供人們共享。檢測(cè)技術(shù)，計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)，構(gòu)成了從物質(zhì)世界到信息世界，又從信息實(shí)際反饋于物質(zhì)世界的大閉環(huán)。

檢測(cè)技術(shù)就是將物質(zhì)世界匯總?cè)藗兏信d趣的信息轉(zhuǎn)變成易于處理的信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)與單位量的比較實(shí)現(xiàn)信息的量化的技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)具有三個(gè)特點(diǎn)：首先，物質(zhì)世界本身包含著豐富的信息，例如，你朋友的語(yǔ)音、圖像、體溫、體重，這些都是變化的、未知的，因此你才感興趣，但是限于條件，在收集里只關(guān)注他的語(yǔ)音，這就是檢測(cè)技術(shù)，信息轉(zhuǎn)化的針對(duì)性。其次，檢測(cè)過(guò)程會(huì)涉及一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)換，例如，聲波轉(zhuǎn)換為駐極體麥克風(fēng)的薄膜振動(dòng)，再以電容的形式轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。應(yīng)該看到，這種信號(hào)轉(zhuǎn)換是由目的的。有傾向性的。即總是將不容易處理、不容易比較的信號(hào)轉(zhuǎn)化成容易處理，容易比較的信號(hào)。本例中就是把聲信號(hào)裝換成電信號(hào)，而不是像揚(yáng)聲器那樣的反向轉(zhuǎn)換。最后，要對(duì)這種易于處理的信號(hào)進(jìn)行量化，得出大小量值，或者是量化成二進(jìn)制量0/1，從而在媒介中傳遞。在工業(yè)上，檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的例子更是常見(jiàn)。在一臺(tái)燃燒的加熱爐中會(huì)有溫度、火焰光度，爐膛成分、爐膛壓力等對(duì)各參數(shù)在變化，采用檢測(cè)技術(shù)，選擇測(cè)量某個(gè)部位的溫度，并把它轉(zhuǎn)換成溫度計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度，或者轉(zhuǎn)換成在液晶顯示器上顯示的數(shù)碼，甚至是適合于遠(yuǎn)傳的光纖信號(hào)。

檢測(cè)技術(shù)分類(lèi)

鑒于物質(zhì)的多樣性，信息的多樣性、轉(zhuǎn)換后信號(hào)的多樣性，相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)容和方法是極其豐富的。例如，信息的種類(lèi)可以是熱、力、聲、光、電、磁等；即使同為電信息，能源輸送中的高壓電、通信調(diào)制后的高頻電、溶液中的化學(xué)電勢(shì)、生物體中的肌電等，其轉(zhuǎn)換技術(shù)也肯定不會(huì)相同。這些檢測(cè)問(wèn)題本身往往也是物理、化學(xué)、生理科學(xué)及工程科學(xué)的重要組成部分，

按檢測(cè)量分類(lèi)

下面列出一些常見(jiàn)的檢測(cè)量：

機(jī)械量：靜態(tài)的長(zhǎng)度、直徑、角度和動(dòng)態(tài)的位移、速度、加速度；

熱工量：溫度、壓力、流量、物位；

電學(xué)量：電流、電壓、功率、功率因數(shù)、場(chǎng)強(qiáng)等變量和電阻、電容、電感、特征阻抗、電容率等性質(zhì)常量；

磁學(xué)量：磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率；

光學(xué)量：發(fā)光強(qiáng)度、色調(diào)、光譜；

聲學(xué)量：發(fā)光強(qiáng)度、色調(diào)、光譜；

成分和物性量：濃度、濕度、密度、粘度、硬度；

生物量：酶含量，細(xì)胞濃度等。

不同檢測(cè)量的檢測(cè)方法，檢測(cè)儀器都是各不相同的，盡管如此，必須有一套標(biāo)準(zhǔn)的單位，從而將檢測(cè)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化，在國(guó)際計(jì)量大會(huì)CGPM規(guī)定的國(guó)際單位制SI中，將長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度等七個(gè)量作為基本量，將平面膠、球面角作為補(bǔ)充量，并定義了這些基本量的單位。其他各檢測(cè)量的單位均由此導(dǎo)出，從而厘清了各單位之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化。基本量的單位盡可能基于特定的基本物理性質(zhì)來(lái)定義，以方便在不同實(shí)驗(yàn)室內(nèi)復(fù)現(xiàn)。但限于目前物理科學(xué)發(fā)展的水平，仍有部分單位以人為的原型給出。

按檢測(cè)量隨時(shí)間變化的快慢分類(lèi)

（1）靜態(tài)檢測(cè)

對(duì)于恒定或隨時(shí)間緩慢變化的檢測(cè)量，在常規(guī)檢測(cè)儀器的采樣周期內(nèi)變化極微，處于誤差允許范圍之內(nèi)，此時(shí)我們特別關(guān)注檢測(cè)的準(zhǔn)確度，而不太趕住檢測(cè)的速度，甚至?xí)揽块L(zhǎng)期觀(guān)察、以犧牲速度換取更高的準(zhǔn)確度，這種檢測(cè)稱(chēng)為靜態(tài)檢測(cè)。例如用體溫計(jì)測(cè)量體溫，時(shí)間長(zhǎng)些測(cè)量結(jié)果就會(huì)更準(zhǔn)確，這就是靜態(tài)測(cè)量，當(dāng)然，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量也是沒(méi)有意義的。

（2）動(dòng)態(tài)檢測(cè)

對(duì)于隨時(shí)間快慢變化的檢測(cè)量，往往會(huì)要求測(cè)出其每一短暫時(shí)段內(nèi)的值，從而了解其變化趨勢(shì)，相位移動(dòng)、幅度衰減等動(dòng)態(tài)特征。此時(shí)我們更加關(guān)注檢測(cè)儀器的快速響應(yīng)能力，這種檢測(cè)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)檢測(cè)。例如，一段語(yǔ)音的檢測(cè)，若需要了解它的語(yǔ)義，就要?jiǎng)討B(tài)地檢測(cè)出音調(diào)的變換。當(dāng)然將語(yǔ)音看成噪聲，若只需要測(cè)定它在一段時(shí)間內(nèi)的平均分貝數(shù)，則采用靜態(tài)測(cè)量更恰當(dāng)。

按檢測(cè)儀器與物質(zhì)的接觸情況分類(lèi)

（1）接觸式檢測(cè)

在檢測(cè)過(guò)程中，如果檢查儀器或其一部分必須與被檢物質(zhì)直接相接觸，則這種檢測(cè)稱(chēng)為接觸式檢測(cè)、接觸式檢測(cè)受到外界的干擾往往較少，結(jié)果可靠；缺點(diǎn)是儀器自身也可能成為原信息的干擾源。仍以體溫計(jì)為例，它靠與身體的直接接觸達(dá)到熱平衡，將體溫信息傳遞出來(lái)，這就是接觸式檢測(cè)。但若用這只溫度計(jì)測(cè)量一個(gè)液滴的溫度，則液滴的溫度立即受到擾動(dòng)而使測(cè)量失去意義。

（2）非接觸式檢測(cè)

被側(cè)物體不與檢測(cè)儀器直接接觸，而是依靠調(diào)制載有信息的波或場(chǎng)，如聲波、磁場(chǎng)、射線(xiàn)、從而由波或場(chǎng)傳遞出信息，這稱(chēng)為非接觸式檢測(cè)。這種波、場(chǎng)可以是由儀器專(zhuān)門(mén)是假的，也可能是從物質(zhì)自身發(fā)出的。非接觸式檢測(cè)往往用于條件俄鋁、無(wú)法直接接觸的場(chǎng)合，或者儀器接觸會(huì)破壞原有信息的場(chǎng)合，其缺點(diǎn)是在波、場(chǎng)傳遞過(guò)程中容易受到干擾。例如，上述液滴的溫度可以從其輻射的紅外線(xiàn)波長(zhǎng)分析出來(lái)，但液滴形狀、大氣吸收等都會(huì)干擾測(cè)量的結(jié)果，精確度往往較低。

按檢測(cè)量是否需要外部激勵(lì)分類(lèi)

（1）主動(dòng)式檢測(cè)

在檢測(cè)某些表示物性的、恒定的未知量時(shí)，需要施加一定的激勵(lì)才會(huì)得到期望的信號(hào)。例如，在測(cè)量電阻時(shí)，檢測(cè)儀器應(yīng)提供直流恒流源；測(cè)量阻抗時(shí)應(yīng)提供交變電流電流源，之后才可以得到反映電阻、阻抗的電壓信號(hào)、又如，利用光吸收來(lái)測(cè)量溶液的濃度時(shí)，檢測(cè)儀器應(yīng)提供入射光，這類(lèi)檢測(cè)可以稱(chēng)為主動(dòng)式檢測(cè)。

（2）被動(dòng)式檢測(cè)

大部分變化的檢測(cè)量都具有一定的能量，該能量即使作用在無(wú)源檢測(cè)器件上也能夠激發(fā)出一定的效應(yīng)，這種檢測(cè)就屬于被動(dòng)式檢測(cè)。例如，利用化學(xué)電池測(cè)量溶液的濃度，濃度差會(huì)誘導(dǎo)出電勢(shì)差，利用電勢(shì)差就可以測(cè)量出濃度，這就是被動(dòng)式檢測(cè)。盡管微弱的電勢(shì)差被多級(jí)有源放大器放大了，但仍屬于被動(dòng)式檢測(cè)。

按最終轉(zhuǎn)換后的信號(hào)類(lèi)型分類(lèi)

如果檢測(cè)的目的是給人們提供就地觀(guān)察，一般應(yīng)轉(zhuǎn)換成角度等幾何量。但如果檢測(cè)的目的是為了送入電子系統(tǒng)進(jìn)行處理，這就需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)成電量，因此這種檢測(cè)又稱(chēng)為電測(cè)技術(shù)。