1.1 检测技术

当今时代是信息化时代，拨通手机，可以听到大洋彼岸朋友的问候，打开电脑，能够浏览国家图书馆最古老的书籍，甚至轻松检测出某个偏僻的典故，而这在以往任何时代都是不可能做到的，毋庸置疑，这受益于有线和无线的网络传输技术，受益于计算机处理技术，还有更重要的就是检测技术。正是检测技术，将语音拾取起来转变成能够在网络上传送的电信号看，将书籍上的图文扫描成光图像信号供人们共享。检测技术，计算机处理技术，通信技术，控制技术，构成了从物质世界到信息世界，又从信息实际反馈于物质世界的大闭环。

检测技术就是将物质世界汇总人们感兴趣的信息转变成易于处理的信号，然后经过与单位量的比较实现信息的量化的技术。检测技术具有三个特点：首先，物质世界本身包含着丰富的信息，例如，你朋友的语音、图像、体温、体重，这些都是变化的、未知的，因此你才感兴趣，但是限于条件，在收集里只关注他的语音，这就是检测技术，信息转化的针对性。其次，检测过程会涉及一系列的信号转换，例如，声波转换为驻极体麦克风的薄膜振动，再以电容的形式转换成电压信号。应该看到，这种信号转换是由目的的。有倾向性的。即总是将不容易处理、不容易比较的信号转化成容易处理，容易比较的信号。本例中就是把声信号装换成电信号，而不是像扬声器那样的反向转换。最后，要对这种易于处理的信号进行量化，得出大小量值，或者是量化成二进制量0/1，从而在媒介中传递。在工业上，检测技术应用的例子更是常见。在一台燃烧的加热炉中会有温度、火焰光度，炉膛成分、炉膛压力等对各参数在变化，采用检测技术，选择测量某个部位的温度，并把它转换成温度计指针的偏转角度，或者转换成在液晶显示器上显示的数码，甚至是适合于远传的光纤信号。

检测技术分类

鉴于物质的多样性，信息的多样性、转换后信号的多样性，相应检测技术的内容和方法是极其丰富的。例如，信息的种类可以是热、力、声、光、电、磁等；即使同为电信息，能源输送中的高压电、通信调制后的高频电、溶液中的化学电势、生物体中的肌电等，其转换技术也肯定不会相同。这些检测问题本身往往也是物理、化学、生理科学及工程科学的重要组成部分，

按检测量分类

下面列出一些常见的检测量：

机械量：静态的长度、直径、角度和动态的位移、速度、加速度；

热工量：温度、压力、流量、物位；

电学量：电流、电压、功率、功率因数、场强等变量和电阻、电容、电感、特征阻抗、电容率等性质常量；

磁学量：磁场强度、磁导率；

光学量：发光强度、色调、光谱；

声学量：发光强度、色调、光谱；

成分和物性量：浓度、湿度、密度、粘度、硬度；

生物量：酶含量，细胞浓度等。

不同检测量的检测方法，检测仪器都是各不相同的，尽管如此，必须有一套标准的单位，从而将检测结果标准化，在国际计量大会CGPM规定的国际单位制SI中，将长度、质量、时间、电流、温度、物质的量、发光强度等七个量作为基本量，将平面胶、球面角作为补充量，并定义了这些基本量的单位。其他各检测量的单位均由此导出，从而厘清了各单位之间的关系，实现了检测结果的标准化。基本量的单位尽可能基于特定的基本物理性质来定义，以方便在不同实验室内复现。但限于目前物理科学发展的水平，仍有部分单位以人为的原型给出。

按检测量随时间变化的快慢分类

（1）静态检测

对于恒定或随时间缓慢变化的检测量，在常规检测仪器的采样周期内变化极微，处于误差允许范围之内，此时我们特别关注检测的准确度，而不太赶住检测的速度，甚至会依靠长期观察、以牺牲速度换取更高的准确度，这种检测称为静态检测。例如用体温计测量体温，时间长些测量结果就会更准确，这就是静态测量，当然，过长时间的测量也是没有意义的。

（2）动态检测

对于随时间快慢变化的检测量，往往会要求测出其每一短暂时段内的值，从而了解其变化趋势，相位移动、幅度衰减等动态特征。此时我们更加关注检测仪器的快速响应能力，这种检测称为动态检测。例如，一段语音的检测，若需要了解它的语义，就要动态地检测出音调的变换。当然将语音看成噪声，若只需要测定它在一段时间内的平均分贝数，则采用静态测量更恰当。

按检测仪器与物质的接触情况分类

（1）接触式检测

在检测过程中，如果检查仪器或其一部分必须与被检物质直接相接触，则这种检测称为接触式检测、接触式检测受到外界的干扰往往较少，结果可靠；缺点是仪器自身也可能成为原信息的干扰源。仍以体温计为例，它靠与身体的直接接触达到热平衡，将体温信息传递出来，这就是接触式检测。但若用这只温度计测量一个液滴的温度，则液滴的温度立即受到扰动而使测量失去意义。

（2）非接触式检测

被侧物体不与检测仪器直接接触，而是依靠调制载有信息的波或场，如声波、磁场、射线、从而由波或场传递出信息，这称为非接触式检测。这种波、场可以是由仪器专门是假的，也可能是从物质自身发出的。非接触式检测往往用于条件俄铝、无法直接接触的场合，或者仪器接触会破坏原有信息的场合，其缺点是在波、场传递过程中容易受到干扰。例如，上述液滴的温度可以从其辐射的红外线波长分析出来，但液滴形状、大气吸收等都会干扰测量的结果，精确度往往较低。

按检测量是否需要外部激励分类

（1）主动式检测

在检测某些表示物性的、恒定的未知量时，需要施加一定的激励才会得到期望的信号。例如，在测量电阻时，检测仪器应提供直流恒流源；测量阻抗时应提供交变电流电流源，之后才可以得到反映电阻、阻抗的电压信号、又如，利用光吸收来测量溶液的浓度时，检测仪器应提供入射光，这类检测可以称为主动式检测。

（2）被动式检测

大部分变化的检测量都具有一定的能量，该能量即使作用在无源检测器件上也能够激发出一定的效应，这种检测就属于被动式检测。例如，利用化学电池测量溶液的浓度，浓度差会诱导出电势差，利用电势差就可以测量出浓度，这就是被动式检测。尽管微弱的电势差被多级有源放大器放大了，但仍属于被动式检测。

按最终转换后的信号类型分类

如果检测的目的是给人们提供就地观察，一般应转换成角度等几何量。但如果检测的目的是为了送入电子系统进行处理，这就需要进一步转成电量，因此这种检测又称为电测技术。