1.3.1传感器方面
。。传感器是测试、控制系统中的信息敏感和检测部件，它感受被测信息并输出与其成一定比例关系的物理量（信号），以满足系统对信息传输、处理、记录、显示和控制的要求。
。。早期发展的传感器是利用物理学场的电场、磁场、力场等定律所构成的“结构型”传感器，其基本特征是以其结构部分的变化或变化后引起场的变化来反映待测量（力、位移等）的变化。
图1.3-1 可变磁阻位移传感器
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利用物质特性构成的传感器称为“物性型”传感器或“物性型”敏感元件。新的物理、化学、生物效应用于物性型传感器是传感技术的重要发展方向之一。每一种新的物理效应的应用，都会出现一种新型的敏感元件能测量某种新的参数。例如，除常见的力敏、压敏、光敏、磁敏材料之外，还有声敏、湿敏、色敏、气敏、味敏、化学敏、射线敏材料等。新材料与新元件的应用，有力地推动了传感器的发展，因为物性型敏感元件全赖于敏感功能材料，例如嗅（味）敏传感器、集成霍尔元件、集成固态CCD图像传感器等。被开发的敏感功能材料有半导体、电介质（晶体或陶瓷）、高分子合成材料、磁性材料、超导材料、光导纤维、液晶、生物功能材料、凝胶、稀土金属等。
图1.3-2 新型光纤温度传感器
测试技术正在向多功能、集成化、智能化发展，进行快变参数动态测量是自动化过程控制系统中的重要一环，其主要支柱是微电子与计算机技术。传感器与微计算机结合，产生了智能传感器。它能自动选择量程和增益，自动校准与实时校准，进行非线性校正、漂移等误差补偿和复杂的计算处理，完成自动故障监控和过载保护等。
图1.3-3HP公司生产的加速度信号测量传感器芯片
1.3.2测量信号处理方面
20世纪50年代以前，信号分析技术主要是模拟分析方法，进入20世纪50年代，大型通用数字计算机在信号分析中有了实际应用。当时曾经争论过模拟与数字分析方法的优缺点，争论的焦点是运算速度、精度与经济性。
。。进入20世纪60年代，人造卫星、宇航探测及通讯、雷达技术的发展，对信号分析的速度、分辨能力提出了更高的要求。1965年，美国库利（J．W．Cooley）和图基（J．W．Tukey）提出了快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）计算方法，使计算离散傅里叶变换（Discrete FourierTransform，DFT）的复数乘法次数从N2减少到Nlog2N次，从而大大减少了计算量。这一方法促进了数字信号处理的发展，使其获得了更广泛的应用。因为卷积可以利用DFT来计算，故FFT算法也可用正比于Nlog2N的运算次数来计算卷积，而卷积运算在电子计算机科学和其它一些领域都有着广泛应用。
。。20世纪70年代以后，大规模集成电路的发展以及微型机的应用，使信号分析技术具备了广阔的发展前景，许多新的算法不断出现。例如，1968年美国雷德（C．M．Rader）提出数论变换FFT算法（Numbertheoretic transforms FFT，简称NFFT）；1976年美国威诺格兰德（S．Winograd）提出了一种傅里叶变换算法（Winograd Fourier Transform Algorithm，简称WFTA），用它计算DFT所需的乘法次数仅为FFT算法乘法次数的1／3；1977年法国努斯鲍默（H．J．Nussbaumer）提出了一种多项式变换傅里叶变换算法（Polynomial trans－brm Fourier TransformAlgorithm，简称PFTA），结合使用 FFT和 WFTA方法，在采样点数较大时，较之FFT算法快3倍左右。上述几种方法与DFT方法比较：当采样点N=1000时，DFT算法为200万次；FFT算法为1．4万次；NFFT算法为0．8万次；WFTA算法为0．35万次；PFTA算法为0．3万次。
。。此外，信号处理芯片（DSP）是近年来出现的一种用于快速处理信号的器件。它的出现，对简化信号处理系统的结构，提高运算速度，加快信号处理的实时能力等，有很大影响。美国Texas公司1986年推出的TMS320C25芯片，运算速度达每秒1000万次，用其进行1024复数点FFT运算，只需14ms便可完成。这一进展，在图像处理、语言处理、谱分析、振动噪声和生物医学信号的处理方面，展示了很宽的应用前景。
。。目前信号分析技术的发展目标是：（1）在线实时能力的进一步提高；（2）分辨力和运算精度的提高；（3）扩大和发展新的专用功能；（4）专用机结构小型化，性能标准化，价格低廉。
图1.3-4 Agilent公司数字化信号分析仪器
进入20世纪90年代后，随着个人计算机价格的大幅度降低，出现了用PC机＋仪器板卡＋应用软件构成的计算机虚拟仪器。虚拟仪器采用计算机开放体系结构来取代传统的单机测量仪器。将传统测量仪器中的公共部分（如电源、操作面板、显示屏幕、通信总线和CPU）集中起来用计算机共享，通过计算机仪器扩展板卡和应用软件在计算机上实现多种物理仪器。虚拟仪器的突出优点是与计算机技术结合，仪器就是计算机，主机供货渠道多、价格低、维修费用低，并能进行升级换代；虚拟仪器功能由软件确定，不必担心仪器是否能永远保持出厂时既定的功能模式，用户可以根据实际生产环境变化的需要，通过更换应用软件来拓展虚拟仪器功能，适应科研、生产的需要；另外，虚拟仪器能与计算机的文件存储、数据库、网络通讯等功能相结合，具有很大的灵活性和拓展空间。在现代网络化、计算机化的生产、制造环境中，虚拟仪器更能适应现代制造业复杂、多变的应用需求，能更迅速、更经济、更灵活地解决工业生产、新产品实验中的测试问题。
图1.3-5 National Instrument公司提出的计算机虚拟仪器
