传感器技术-检测技术概述，仪器仪表的作用和地位
一、传感器的地位和作用
1. 信息化是科学技术发展的必然
人与机器的机能对应关系：
2. 信息流是客观世界的一个主流
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获取信息是仪器科学的基本任务
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仪器仪表是信息产业的重要组成部分
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仪器仪表是信息工业的源头
3 检测仪器仪表的作用
工业生产提升器
检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域
在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
4检测技术在工业生产领域的应用
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在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….
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离线检测：零件参数、 尺寸与形位公差、 品质参数
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作用：现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
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例子：检测技术在汽车中的应用日新月异
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汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容
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普通轿车：约安装几十到近百只传感器。 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。
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发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等
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底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温
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车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 。温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等
5检测技术在日常生活中的应用与日俱增
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家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器
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自动感应灯：亮度检测---光敏电阻
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空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶
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电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器
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遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管
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可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD
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办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD
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红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管
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医疗卫生：数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器
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电子血压计：血压检测 --- 压力传感器
血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
6科学研究的先行官
诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”，俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人。
7军事战斗力
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1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%
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2003年伊拉克战争90%
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1994年美国防部建立自动测试系统执行局立体作战
8检测技术在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器---OICW
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术
激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。
9检测技术在国防领域的应用
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地基拦截器
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早期预警系统
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前沿部署(如雷达）
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管理与控制系统
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卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；
拦截器：能识别真假弹头，敌友方
美国国家导弹防御计划---NMD
10检测技术在航天领域举足轻重
火箭测控 --- 检测火箭状况、姿态、轨迹
飞行器测控 --- 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵
“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器
飞船部分---1218个传感器
神州飞船：185台（套）仪器装置
检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学
11“物化法官”
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检查产品质量
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交易计量
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监测环境污染
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查服违禁药物
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识别指纹假钞
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侦破刑事案件
二 、传感器发展方向
1、发现新现象
2、开发新材料
3、采用微细加工技术
4、研究多功能传感器
5、智能化
6、仿生传感器
三、现代检测技术发展趋势
智能化 虚拟化 网络化 微型化 软测量技术
四、自己开发高端仪器接收系统简介
太阳射电观测系统频谱接收机介绍
空间电磁探测技术实验室(空间科学研究院与机电与信息工程学院联合)
在槎山南侧建成太阳射电观测站,已经试运行。 接收到数据。
1、实时采集离线分析接收系统
采用高速ADC采集卡（1GHz采样率）采集，离散数据分析。
存储数据量1%左右，虽然能高时间分辨率和高频率分辨进行分析数据，但高分辨率时数据不清晰。能发现高亮度爆发时的精细结构解析。
利用6m抛物面天线，对150-500MHz频段太阳水平和垂直射电信号接收，由该接收机检测到爆发事件。
看到的高频率分辨率时的精细结构（2016.7.19）
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看到高时间分辨率精细结构
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正在研究一种高速AD卡+GPU处理器方案的接收机。
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为了提高记录采集数据量，提高数据处理的速度，将采集到的高速数据，由GPU实时处理，提高太阳射电高分辨时的分辨率。
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数据利用率可以是上述方案10倍左右。
2、全数据高时间高频率太阳射电频谱仪
方案：高速AD+FPGA
将高速AD采集的数据由FPGA高速处理，FFT运算后在频域内按照1ms进行平均运算，降低噪声，上传计算机进行处理。
6m天线接收系统 （150-500MHz）
天线信号经放大滤波后，先变频再送给接收机。
接收机处理过程如下：
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高时间、频率分辨率实现方法
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采用32K点的FFT运算，保证频率分辨率为16KHz分辨率（500Msps采样率）。
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在FPGA内将数据压缩，最小时间分辨率1ms输出460GB/H。
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为了减小数据量，采用不同分辨率方案，也就是爆发时，按照1ms分辨率，不爆发时，按照200ms时间分辨率，数据量压缩为2.3GB/H（不爆发）。
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在计算机底层做算法，判断太阳暴是否爆发，并进行数据压缩算法。
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爆发时，高分辨率存储数据；不爆发，低分辨存储数据。
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不爆发时，数据小，爆发时，高分辨率数据得以保存。能看到爆发的精细结构。
2017年9月26日观测到数据
3、低频天线阵接收机
针对30M-180MHz频段太阳射电，由于信号弱，为了增加接收天线的有效面积，采用阵列天线接收信号（3*1阵）。
接收机采集6路天线信号，滤波与放大后直接送至ADC进行转换成数字信号，由FPGA进行FFT运算、数字极化合成、波束形成。
