在自动检测系统中,各个组成部分常以信息流的过程划分,一般可分为信息的提取、转换、处理和输出几个部分。它首先要获取被测量的信息,把它变换成电量,然后把已转换成电量的信息进行放大、整形等处理,再通过输出单元(如指示仪和记录仪)把信息显示出來,或者通过输出单元把已处理的信息送到控制系统其他单元使用,成为控制系统的一部分等。其组成框图如下图所示。
在检测系统中,传感器 是把被测非电量转换成为与之有确定对应关系,且便于应用的某些物理量(通常为电量)的检测装罝。传感器获得信息的正确与否,关系到整个检测系统的精度,如果传感器的误差很大,即使后续检测电路等环节精度很髙,也难以提髙检测系统的精度。
检测电路的作用是把传感器输出的变量变换成电压或电流信号,使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录;或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。测量电路的种类常由传感器类型而定,如电阻式传感器需用一个电桥电路把电阻值变化变换成电流或电压值变化输出,由于电桥输出信号一般比较微弱,常常要将电桥输出信号加以放大,所以在检测电路中一般还带有放大器。
输出单元可以是指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。若输出单元是显示器或记录器,则该检测系统为自动测量系统;若输出单元是计数器或累加器,则该检测系统为动计量系统;若输出单元是报繁器,则该检测系统为自动保护系统或自动诊断系统;如果输出单元是处理电路,则该检测系统为部分数据分析系统,或部分自动管理系统,或部分自动控制系统。
随着微电子技术、通信技术、计箅机网络技术的发展,对自动检测技术也提出了越來越髙的要求,也进一步推动了自动检测技术的发展,其技术发展趋势主要有以下几个方面:
(1)不断提高仪器的性能、可靠性,扩大应用范围。随着科学技术的发展,对仪器仪表的性能要求也相应地提高,如提高其分辨力、测量精度,提髙系统的线性度、增大测量范闱等,使其技术性能指标不断地提高,应用领域不断扩大。
(2)开发新型传感器。开发新型传感器主要包括:利用新的物理效应、化学反应和生物功能來研发新型传感器,采用新技术、新工艺填补传感器空内,开发微型传感器,仿照生物的感觉功能研究仿牛传感器等。
(3)开发传感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工艺。
新型敏感元件材料的开发和应用是非电量电测技术中的一项蜇要任务,其发展趋势为:从单晶体到多晶体、非晶体,从单一型材料到复合型材料,原子(分子)型材料的人工合成。
其中,半导体敏感材料在传感器技术中具有较大的技术优势,陶瓷敏感材料具有较大的技术潜力,磁性材料向非晶体化、薄膜化方向发展,智能材料的探索在不断地深人。智能材料指具备对环境的判断和自适应功能、自诊断功能、自修复功能和白增强功能的材料,如形状记忆合金、形状记忆陶瓷等。
在开发新型传感器时,离不开新工艺的采用。如把集成电路制造丁艺技术应用于微型传感器的制造。(4)微电子技术、微型计算机技术、现场总线技术与仪器仪表和传感器的结合,构成新一代智能化测试系统,使测量精度、自动化水平进一步提髙。
(5)研究犯成化、多功能化和智能化传感器或测试系统。
传感器犯成化主要有两层含义:一是同一功能的多元件并列化,即将同一类型的单个传感元件在同一平面上排列起来,排成一维构成线型传感器,排成二维构成曲型传感器(如CCD)。另一层含义是功能一体化,即将传感器与放大、运笄及溫度补偿和信号输出等环节一体化,组装成一个器件(如容栅传感器动栅数益单元)。
传感器多功能化是指一器多能,即用一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。多功能化不仅可以降低牛产成本、减小体积,而且可以有效地提髙传感器的稳定性、可靠性等性能指标。
传感器的智能化就是把传感器与微处理器相结合,使之不仅具有检测功能,还具有信息处理、逻辑判断、自动诊断等功能。