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测试技术与信号处理 第四章 第四章 信息转换与传输 本章主要讲述如何从所研究的事物变化中（物理过程）获取有关信息，并转换为可以分析和处理的信号的问题，包括信息转换（传感技术）与信息传输（通信技术）以及噪声源分析等内容． 4-1 信息转换 一、信息探测工程与智能传感器 1 ．人类认识事物的信息过程 信息对于人类的重要性，不仅在于它能提供资源，而对于人的认识和实践过程亦具有极为重要的作用． 通过这个模型可以看出，人们认识和实践的过程，基本上是一个收集信息、传递信息、处理信息、产生新的信息，并以这个新的信息来控制对象的过程。一句话，基本上是一个信息流通过程（通常称为信息过程） . 2 ．人类感官获取信息的局限性 人类通过感觉器官直接获取信息的有关实验表明，大脑的吸收率分别为：视觉 83 % ；听觉11% ；嗅觉3.5 % ；触觉 1.5 % ；味觉1%。 2 ．人类感官获取信息的局限性 人类通过感官获取信息是有局限性的，因为人的感官和大脑都具有过滤信息的本能，正是这种过滤本能妨碍人们全面地收取信息，举例如下: (1)感官机能(2)智力（或知识）结构(3)理性作用； ( 1 )感官机能 人类感官接收外界信号受到生理机能的限制，例如，人的视觉器官，只能接收波长为 0.38-0.78 μm 的可见光信号，夜晚，人的视觉已不能识别物体的存在，然而，自然界中的各种物质，时时刻刻在辐射出各种波长的电磁波；再如，人的听觉器官，只能感知频带为 20-20kHz 的声信号，而自然界中各种次声、超声现象，人耳是无法识别的。 ( 2 ）智力（或知识）结构 同一信源发出的信息，可能会由于人的智力、知识结构、职业、爱好、年龄不同，而效果不同。例如，科技工作者，对数学、物理感兴趣，因为他可以从中获得他所需要的信息；机械师对发动机的异常声音感兴趣，因为他可以从中获得机器是否正常工作的信息；艺术家，对山川虫鸟感兴趣，因为他可以摄取大自然信息，而创作出美丽的图画。 ( 3 ）理性作用 一个人来到世间就开始接受外界信息，终其一生，每时每刻都在接受信息。然而，接受信息的方式因人而异，一种是非自觉的，只单凭自身实践；而另一种则是主动积极地思维。例如，一个立志成才的人，他会如饥似渴地获取知识；相反，对于一个得过且过的懒汉，即使信息充满了空间也毫无价值。 宇宙空间大自然的信息是无穷无尽的，如果说人类对能量、物质已研究得相当充分的话。那么，可以说，对信息的拾取、变换与利用的规律性，还是一个亟待开发的未知领域，其中还潜藏着许多意想不到的现象。 3 ．传感系统的一般模型 传感器是人的感官的延伸，它的作用是扩展人的信息功能。因此，从广义讲，传感器是一个感知系统，是从外界感知信息而工作的系统。 传感技术作为信息科学中的一个重要组成部分，在现代被称为信息探测工程学，是研究物质的物理效应、化学效应以及生物效应，作为信息探测的实际应用的一门科学。它对科学技术发展的作用和意义，已日益显得重要而突出。 从信息的定义出发，一切事物运动的状态和方式以及关于事物运动状态和方式的知识，都是信息。因此，信息的具体形式是无限丰富多彩的。欲使信息进入信息技术系统为人类所利用，势必要求有相应多种多样的感测手段。另一方面，由于事物本身的多种多样和错综复杂的依存关系，有用信息总是同噪声混存在一起的。这样，从信息化角度出发，传感器应具有敏感性；而从智能化出发，传感器应具有选择性，应当能够在大量噪声背景中提取有用信息。 4.传感技术的发展 信息科学的发展促进了能量、材料科学的进步，而新材料的出现，反过来又促进了传感技术的发展。 传感技术的发展表现为两个基本的方向： 一是扩展感测信息的谱域； 二是提高识别信息的智能。 (1)扩展谱域 视觉与光传感器 听觉与声压传感器 触觉与温度、压力传感器 嗅觉传感器 味觉传感器 （2）智能化 新型传感技术的开发，与微电子技术的结合，构成具有校正、变换、统计处理、反馈等多种功能的，具有思维、辨别能力的智能传感器。这种传感系统，可以在复杂的环境中，准确而有效地提取有用信息。 此外，从传感技术的工程应用方面考察，还应注意到下列各方面的发展动向。 动态测量 远距离、非接触测量 特殊环境下的测量 微观分析 二、工程中的新型传感器 这里“新”的含义，是指70年代以来随着电子技术的发展、新材料的问世，而逐渐发展并被应用于工程领域中的检测技术。例如：激光、声发射、光纤、核辐射、超声等。 1.核辐射检测 核辐射检测装置一般由射线源、探测器、电信号转换电路和显示、记录装置等四部分组成． 探测器的作用是把射线能量转换为容易测量的电信号。其工作原理是基于粒子辐射对于物质的电离作用；或者利用射线能使某些物质产生荧光的性质，再通过光电元件转换为电信号。一般常用有：比例计数管、盖