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现代检测关键技术.docx
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现代检测关键技术
现代检测技术
姓名:
周慧慧
学号:
124056
任课教师:
冯晓明
当代检测技术
一、概述
随着当代科学技术不断发展、社会日益进步,当代化生产规模越来越大,管理形式和方式趋于多样性,管理也更加科学,人们对产品产量和质量规定也越来越高,这就导致常规检测参数、检测手段、检测仪表难以满足当代生产和生活需求。
从普通单参数测量到有关多参数综合自动检测,从普通参数量值测量到参数状态预计,从拟定性测量到模糊判断等,已成为当前检测领域中发展趋势,正受到越来越广泛关注,从而形成了各种新检测技术和新检测办法,这些技术和办法统称为当代检测技术。
二、传感器基本原理及检测技术特点
运用某种转换功能,将物理、化学、生物等外界信号变成可直接测量信号器件称为传感器。
由于电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储和远距离传播,加上计算机只能解决电信号,因此,从狭义上说,传感器又可以定义为可唯一而注重性好将外界信号转换成电信号元器件;从广义上讲,传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号装置;简朴说传感器是将外界信号转换为电信号装置。
因此它由敏感元器件(感知元件)和转换器件两某些构成,有半导体敏感元器件可以直接输出电信号,自身就构成传感器。
敏感元器件品种繁多,就其感知外界信息原理来讲,可分为:
①物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
②化学类,基于化学反映原理。
③生物类,基于酶、抗体、和激素等分子辨认功能。
普通据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
检测技术特点可以归纳为:
(1)从待测参数性质看,当代检测技术重要用于非常用参数测量,对于这些参数测量当前还没有适当传感器相应,难以实现常规意义“一一相应”测量;另一种状况是待测参数虽已有传感器,但测量误差比较大,受各种因素影响比较大,不能满足测量规定。
(2)从应用领域看,当代检测技术重要用于复杂设备、复杂过程影响性能质量等方面综合性参数测量,如高速运动机械故障分析、油品质量检测、多相流系统中流动参数测量等。
对于这样被测对象或测量规定,很难用单一传感器来完毕。
(3)从使用技术或办法看,当代检测技术重要运用了新型传感技术或传感器。
更多运用了软技术,即通过对传感器输出信号进行解决得到特性量;通过建立传感器输出与待测量之间模型;通过应用专业知识、数据库、规则等进行推理,依照被测量信息获取待测量。
三、当代检测中传感器应用
当代检测之中,应用到传感器有各式各样,各种功能应有尽有,其中最为普遍要数光电传感器、温度传感器以及光纤传感器,下面就着重简介这三种传感器。
1、光电传感器应用
光电传感器是一种小型电子设备,它可以检测出其接受到光强变化。
现如今,应用最为广泛要数发光二极管(LED)了,LED就是一种半导体元件,其电气性能与普通二极管相似,不同之处在于当给LED通电流时,它会发光。
由于LED是固态,因此它能延长传感器使用寿命。
因而使用LED光电传感器能被做得更小,且比白炽灯传感器更可靠。
LED抗震动抗冲击,并且没有灯丝。
此外,LED所发出光能只相称于同尺寸白炽灯所产生光能一某些。
再例如将接受器放大器调制到发射器调制频率,那么它就只能对以此频率振动光信号进行放大。
咱们可以将光波调制比喻成无线电波传送和接受。
将收音机调到某台,就可以忽视其她无线电波信号。
通过调制LED发射器就类似于无线电波发射器,其接受器就相称于收音机。
2、温度传感器应用
温度是一种最基本环境参数,人民生活与环境温度息息有关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度测量,因而研究温度测量办法和装置具备重要意义.测量温度核心是温度传感器,温度传感器发展经历了三个发展阶段:
老式分立式温度传感器、模仿集成温度传感器、智能集成温度传感器。
当前,新型温度传感器正从模仿式向数字式,从集成化向智能化、网络化方向飞速发展。
温度测量应用非常广泛,不但生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身温度进行测量,如计算机要监控CPU温度,马达控制器要懂得功率驱动IC温度等等,温度是实际应用中经常需要测试参数,温度传感器从钢铁制造到半导体生产,诸多工艺都要依托温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间桥梁。
3、光纤传感器应用
光纤传感器OFS在应用上分为传光型和传感型,顾名思义,前一种就是起到传播光作用,传感元件要与光纤连在一起;后一种就是既有传播光作用,又有传感作用。
由于光纤传感器作为传感用有诸多应用,例如抗腐蚀,抗电磁干扰等,可以在复杂恶劣环境下使用。
作为传感用光纤,原理上就是通过对传播光偏振,强度,相位,波长,周期,频率等进行调制,通过检测器获得调制成果而进行传感器件。
由于当外界环境变化时,例如说温度,应力、磁、声、压力、温度、加速度等都会对光纤折射率分布等某些构造产生微小影响,导致传播光特性发生变化,通过探测这些变化而得到外界变化,起到传感作用。
至于应用方面就很广泛了,几乎可以应用到当前大多数电学传感器应用领域了,例如安防,围界安全,输油管道安全实时监控等,其应用前景非常广泛。
四、当代检测技术发展
近年来,传感器正处在老式型向新型传感器转型发展阶段。
新型传感器特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不但增进了老式仪器仪表产业改造,并且可导致建立新型工业和军事变革。
微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基本上,当前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如上述EJX变送器)。
微电子机械加工技术,涉及体微机械加工技术、表面微机械加工技术、L1GA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和微型封装技术等。
MEMS发展,把仪表微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新高度。
传感器和多通道检测仪表,在微电子技术基本上,内置微解决器,或把微传感器和微解决器及有关集成电路等封装在一起完毕了数字化、智能化、网络化、系统化。
多传感器数据融合技术正在形成热点,它不同于普通信号解决,也不同于单个或各种传感器监测和测量,而是对基于各种传感器测量成果基本上更高层次综合决策过程。
有鉴于传感器技术微型化、智能化限度提高,在信息获取基本上,各种功能进一步集成以至于融合,这是必然趋势。
多传感器数据融合技术也增进了显示仪表技术发展。
多传感器数据融合定义概括为:
把分布在不同位置各种同类或不同类传感器所提供局部数据资源加以综合,采用计算机技术对其进行分析,消除多传感器信息之间也许存在冗余和矛盾,加以互补,减少其不拟定性,获得对被测对象一致性解释与描述,从而提高系统决策、规划、反映迅速性和对的性,使系统获得更充分信息。
其信息融合在不同信息层次上浮现,涉及数据层(像素层)融合、特性层融合、决策层(证据层)融合。
由于它比单一传感器信息有如下长处,即容错性、互补性、实时性、经济性,因此数字压力表逐渐得到推广应用。
应用领域除军事外,还合用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。
实例:
自主神经系统功能当代检测办法及应用
自主神经系统是一种整体系统,也受中枢调控。
自主神经纤维除了交感和副交感外,还发现了第三种纤维,即非交感非副交感纤维。
交感和副交感神经对心律起着调控作用,两者互相拮抗,保持动态平衡;以适应整体需要。
任何一方受损,导致自主神经系统功能(ANSF)衰竭(简称自衰,AutonomicFailure缩为AF),都将导致机体失衡.自衰初期是隐性,没有明显临床症状和明确体征,它也许始于轻微迷走神经功能下降,由于自主神经系统补偿机理,轻微自衰可以潜伏若干年,待病情进展,临床体现明朗后,多数已呈不可逆状况,以致给病人带来极大痛苦,甚至危及生命。
因而,初期自衰诊断,对防止和治疗自衰,控制自衰进一进恶化,有着重要临床意义。
而自衰初期诊断,有赖于自主神经系统功能测定办法进步。
自主神经系统功能测定办法可粗分为典型(即非计算机化)和当代(即计算机化)办法。
当代办法已经历了几种发展阶段.本文从自衰普通分类出发作一综述,回顾了测定自主神经系统功能几种老式办法以及当代办法。
提取心动周期信号中所含自主神经系统功能信息临床应用不只用于心血管临床,并且已用于众多临床学科。
1、自衰普通分类
1.1依照Bannister等意见,自衰按发病因素可分为如下三类:
①原发性自衰;
②继发性自衰;
③药物性自衰。
1.2依照Robertson等意见,按临床体现将自主神经系统功能衰退分为四类:
①单纯性自衰((PAF);
②第二类叫多系统萎缩(MSA)性自衰;
③先天性多巴胺β—羟化酶缺少;
④压力反射衰竭。
2、自衰检测办法
自衰检测办法可分为老式检测法和当代检测法。
2.1老式检测法
老式检测法依照自衰病因和临床体现,加上某些临床经验来辨认。
下面简介几种常用办法:
2.1.1呼吸检测法
①检测呼吸时与否存在窦性心率不齐,若有则提示迷走传出通路损伤。
②若在呼气时喘鸣,同步引起双手反射性血管收缩,则提示脊髓反射不正常。
2.1.2血压和脉率检测法(即体位测量法)
①在仰卧位测血压和脉率,然后头朝上倾斜60度时重复测量,该法通过脉率和血压随体位变化状况,倾斜和站立时与否有体位性低血压来测试总压力反射弧。
②通过检测紧张时与否有低血压和心动过速,从而测试交感传出通路噪声引起大脑皮质兴奋;迅速心算等等。
若收缩压下降20mmHg,则自主神经损害也许性大;若下降超过30mmHg,则可诊断为自衰。
2.1.3瓦氏(Valsava)实验
在深吸气后,受试者通过一根与气压计相连管子吐气12s,多数人能维持30mmHg压强。
正常人持续吐气l0s,将引起心动过速,开始时血压减少,几秒钟后就停止下降,当不再吹气后将浮现补偿性心动过缓。
而外周交感神经受损病人就没有上述体现。
2.2当代检测法
当代检测法即用计算机数字信号解决办法,本法运专心动周期信号HPS(HeartPeriodSignal)作为分析对象,专心动周期变异性HPV(HeartPeriodVariability)来评价自主神经系统功能。
当前,心动周期变异分析作为检测自主神经系统功能无创定量办法,已应用于临床。
其基本环节是:
①采集和记录人体心电信号,设备涉及传感系统,信号放大系统,记录仪。
临床上用得最多就是Holter记录仪。
②进行R波辨认,对R波辨认是复杂,办法也各不相似,有阈值法、求导法,咱们实验室用是数值求导及双重搜索技术,其设备涉及A/D转换系统,计算机分析系统,数据输出系统。
⑧计算逐次心跳R-R间期,从而得到各种参数指标并进行分析。
数字信号解决办法发展到当前,已经历了三个阶段,即:
第一阶段是分析和运专心动周期信号时域记录特性如原则差;第二阶段是分析和运专心动周期信号谱特性如功率谱;第三阶段是分析和运专心动周期信号混沌特性。
2.2.1第一阶段是心动周期信号原则差分析法
第一阶段是心动周期信号原则差分析法又叫时域法或数理记录法,重要运用某些时域参数如:
R-R间期原则差、差率、极差、变异系数等指标来衡量HPV大小,从而判断自主系统功能状态。
详细算法概括起来有如下几类:
2.2.1.1简易测量法
计算某段时间内窦性R-R间期平均值,最大、最小间期差值(极差)及其比值。
极差和差率越大,HPV越大;反之,HPV越小,提示自主神经系统功能障碍。
这是一种反映HPV最简便办法。
当前观点是:
白天和夜间平均心动周期减小或减少是HPV异常体现,同步平均心动周期差值<40ms为异常。
该办法还用于测量瞬时刺激引起HPV变化,专心跳骤增次数来衡量,即单位时间内心跳骤增次数,如在数分钟内心跳突然增长10次/分以上,且持续多次,则提示HPV异常。
此外该法也可结合体位实验或呼吸运动做短时心动周期变异分析。
简易测量法多用于估测胎儿HPV变化,判断临产或
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