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检测技术笔记

一、检测技术基础

（一）检测技术概述

1.定义与范畴：检测技术是研究如何获取被测对象信息并进行处理

的技术，涵盖对物理量、化学量、生物量等的测量，是多学科交叉领

域，为各行业提供关键数据支撑与质量保障。

2.重要性：于工业生产，精准检测保障产品质量、提升生产效率、

优化工艺控制，如汽车制造零部件检测保性能安全；科学研究中，助

突破微观宏观界限，如微观粒子探测、宇宙射线监测；日常生活里，

常见于健康监测（智能手环测心率）、环境感知（空气质量检测仪），

提升生活品质、保障健康环境。

3.发展历程与趋势：从简单机械量具到现代智能传感集成系统，随

科技进步，现朝高精度化（皮米级测量）、高智能化（自诊断校准、

自适应测量）、微型化（纳米传感器）、网络化（物联网集成检测）

方向蓬勃发展，不断拓展测量极限、提升数据处理效率与系统集成协

同能力。

（二）测量误差与数据处理

1.误差分类及原因：

（1）系统误差：源于仪器偏差（未校准零点偏移）、环境恒定

影响（温度恒定偏差致热膨胀误差）、理论近似（忽略高阶效应）及

实验方法缺陷（单向测量引入误差），具重复性、单向性，影响测量

准确性。

（2）随机误差：由测量环境微扰（电磁场随机波动）、测量对

象微观特性（材料不均匀性）及测量人员操作随机差异引发，不可预

测但服从统计规律，影响测量精密度。

（3）粗大误差：因测量失误（读数错误、仪器突发故障）产生，

严重偏离真实值，破坏测量可靠性。

2.误差表示方法：

（1）绝对误差：测量值与真值差值，直观反映偏离程度，但无

法衡量测量准确性优劣。

（2）相对误差：绝对误差与真值或约定真值之比，无量纲，便

于比较不同测量准确度，常用于评估测量质量与仪器性能。

（3）引用误差：绝对误差与测量仪表量程之比，多衡量仪表精

度等级，助用户依量程选合适仪表。

3.数据处理方法：

（1）有效数字运算：依参与运算数字有效位数最少者为准确定

结果有效位数，遵循先修约后运算原则，确保运算精度与数据可靠性，

避免虚假高精度。

（2）数据修约：依“四舍六入五留双”规则调整数据数位，保

证数据一致性与统计分析合理性，降低舍入误差累积影响。

（3）误差合成与分配：合成依误差性质选方和根或代数和法，

评估总误差范围；分配按等精度或加权原则，依功能要求成本限制合

理分配允许误差至各测量环节，优化测量方案与资源配置。

（三）检测系统的组成与特性

1.基本构成：

（1）传感器：核心部件，感知被测量并转换为电信号，依原理

分多种类型，性能决定检测起点精度与范围，如应变片测应变、光电

传感器测光强。

（2）信号调理电路：对传感器输出微弱、含噪、非线性信号放

大、滤波、线性化，含放大器（电压、电流、仪表放大器）、滤波器

（低通、高通、带通）、线性化电路（对数、反对数放大器），提升

信号质量、适配后续处理。

（3）信号处理与分析单元：数字电路或微处理器系统，对调理

后信号数字化处理（A/D转换）、运算分析（滤波、频谱分析、特征

提取）、逻辑判断决策，如FPGA、DSP芯片实现复杂算法实时处理，

挖掘信号深层信息。

（4）显示记录装置：直观呈现测量结果，含指针式仪表（电压

表、电流表直观指示）、数字显示器（LED、LCD屏精确显示数值）

及数据存储记录仪（硬盘、闪存记录数据供后续分析），实现人机交

互与数据追溯。

2.静态特性：

（1）线性度：实际输入-输出曲线与拟合直线偏差程度，用线

性误差衡量，反映线性逼近真实关系能力，影响测量准确性与校准复

杂度，常以拟合直线法、最小二乘法确定拟合直线评估。

（2）灵敏度：输出变化量与引起变化输入量之比，反映传感器

对输入变化响应能力，灵敏度高则输入微小变化致输出显著改变，其

值受传感器结构材料参数影响，设计制造中权衡优化，稳定灵敏度保

测量一致性。

（3）迟滞：输入量增减变化时输出特性曲线不重合程度，因材

料特性、机械结构摩擦阻尼、电磁元件磁滞回线等致，影响重复测量

精度，通过优化材料工艺、改进结构设计、校准补偿降低迟滞。

（4）重复性：相同测量条件下多次测量同一量输出一致性程度，

受随机因素影响，用重复性误差衡量，通过统计分析