《信息科學技術導論》課件-第5章

第5章信息獲取技術5.1傳感器技術5.2檢測技術5.3自動控制技術5.4信息檢索5.5本章小結◆教學提示

現(xiàn)代信息獲取技術主要涉及：傳感器技術、檢測技術、控制技術和信息檢索技術等。本章主要介紹現(xiàn)代信息獲取技術的相關概念、基本原理、應用及發(fā)展情況。其中，重點是信號的感知、檢測和控制技術。

在信息時代，許多科學研究領域都離不開信息的獲取和測量。傳感器能將被測量參數(shù)轉換成電信號，從而成為測量和信息獲取系統(tǒng)的基礎。傳感器技術是一項涉及測量、功能材料、微電子、精密與微細加工、信息獲取處理和計算機等技術的密集型綜合技術。

隨著人類探知領域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強，相應的信息采集技術也在日益發(fā)展，不斷地與其他相關學科相結合，5.1傳?感?器?技?術逐步形成自己的發(fā)展方向，孕育自己的新技術。目前，各先進工業(yè)國都極為重視傳感技術和傳感器的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術已成為重要的現(xiàn)代科技領域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。5.1.1傳感器基礎

生物體的感官就是天然的傳感器。例如，人通過“五官”——眼、耳、鼻、舌、皮膚分別獲取視、聽、嗅、味、觸覺的信息。機器設備獲取外界信息的方式則是通過各種不同類型的傳感器，如通過光傳感器獲取視覺信息、通過溫度傳感器獲取觸覺信息等。圖5-1是人與機器設備獲取外界信息方式的比較。

圖5-1人與機器設備獲取外界信息的方式傳感器指能將感受到的被測量(包括物理量、化學量、生物量等)，按照一定的規(guī)律轉換成便于測量和傳輸?shù)目捎眯盘柕钠骷蜓b置。通常由敏感元件、轉換元件和信號調(diào)節(jié)轉換電路等部件組成，如圖5-2所示。

圖5-2傳感器組成框圖作為模擬人體感官的“電五官”，傳感器是系統(tǒng)對外界獵取信息的“窗口”。一輛現(xiàn)代化的汽車，其所用的傳感器種類達數(shù)十種。在我們的日常生活中傳感器廣泛應用于健康醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、智能家居、節(jié)能等各個領域。

目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：

(1)按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。

(2)按傳感器的工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。

(3)按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類，可分為輸出為開關量(“1”和“0”或“開”和“關”)的開關型傳感器、輸出為模擬型傳感器和輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。5.1.2傳感器的數(shù)學模型

描述傳感器的方法離不開其輸出與輸入的關系及特性，最有效的描述方法是傳感器的數(shù)學模型。傳感器的數(shù)學模型包括動態(tài)模型和靜態(tài)模型兩種。其中，靜態(tài)模型是指在輸入信號不隨時間變化的情況下，描述傳感器的輸出與輸入之間的一種函數(shù)關系。傳感器的動態(tài)模型是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應特性，它描述了輸出和輸入信號的一種數(shù)學關系。

(1)靜態(tài)模型中，因為輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程來描述。傳感器的輸入量x與輸出量y之間的關系通?？捎萌缦露囗検奖硎荆?/p>

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a0?+?a1x?+?a2x2?+?…?+?anxn

(5-1)

(2)動態(tài)模型中，由于傳感器的慣性和滯后，當被測量隨時間變化時，傳感器的輸出往往來不及達到平衡狀態(tài)，處于動態(tài)過渡過程中，所以傳感器的輸出量也是時間的函數(shù)。動態(tài)模型通常采用微分方程和傳遞函數(shù)描述。

微分方程是描述模擬系統(tǒng)的一般方法。在實際的模型建立過程中，一般采用線性常系數(shù)微分方程來描述輸出量y和輸入量x的關系。其通式如下：

(5-2)傳遞函數(shù)H(s)?只與系統(tǒng)結構參數(shù)有關，可以簡單而恰當?shù)孛枋鰝鞲衅鬏敵雠c輸入的關系。定義輸出y(t)?的拉氏變換Y(s)?和輸入x(t)?的拉氏變換X(s)的比為該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)，則

(5-3)靜態(tài)特性表示傳感器在被測量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入輸出關系。也即當輸入量為常量或變化極慢時，這一關系就稱為靜態(tài)特性。在大多數(shù)測量系統(tǒng)中，待測的量變化緩慢，僅了解靜態(tài)特性就夠了。常用的靜態(tài)特性參數(shù)有如下幾種：

(1)線性度：輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度，又稱非線性誤差。

(2)靈敏度：傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標。其定義是輸出量增量Δy與引起輸出量增量Δy的相應輸入量增量Δx之比。它表示單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化，很顯然，靈敏度越大，表示傳感器越靈敏。

(3)重復性：輸入量按同一方向作全程多次測試時，所得特性曲線不一致的程度。

(4)遲滯(回差滯環(huán))現(xiàn)象：表明傳感器在正向行程和反向行程期間，輸出-輸入特性曲線不重合的程度。對于同一大小的輸入信號x，在x連續(xù)增大的行程中對應某一輸出量yi，與在x連續(xù)減小的行程中對應某一輸出量yd之間的差值叫滯環(huán)誤差，即所謂的遲滯現(xiàn)象。

(5)分辨率與閾值：分辨率指傳感器在規(guī)定的范圍所能檢測輸入量的最小變化量，閾值是指能使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值。

(6)穩(wěn)定性：在室溫條件下，經(jīng)過相當長的時間間隔，傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異。

(7)漂移：在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關的、不需要的變化。漂移包括零點漂移和靈敏度漂移。零點漂移和靈敏度漂移又可分為時間漂移和溫度漂移。時間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化。溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點或靈敏度漂移。

(8)靜態(tài)誤差(精度)：傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論輸出值的偏離程度。傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應特性，是傳感器的輸出值能夠真實地再現(xiàn)變化著的輸入量能力的反映。動態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時間變化的曲線與相應輸入量隨同一時間變化的曲線相同或近似，可以實時反映被測量的變化情況。常用的動態(tài)特性參數(shù)有：

(1)時域中階躍響應的時間常數(shù)、上升時間、響應時間、過沖量等。

(2)頻域中頻響特性所反映出的帶寬、工作頻帶、相位誤差等。5.1.3傳感器的應用

傳感器是新技術革命和信息社會的重要技術基礎，一切現(xiàn)代化儀器、設備幾乎都離不開傳感器。下面簡單探討各種傳感器的應用。

1)力傳感器

力傳感器最常用的就是應變片。其工作原理是將應變片粘貼在裝備的受壓形變部位，當裝備受壓后，貼附在其上面的應變片也會跟著發(fā)生形變，從而發(fā)生阻值變化，從而又會影響到連接應變片電路的電壓或電流的變化。根據(jù)電壓或電流變化的大小就可以推算出受到壓力的大小，從而得出待測重量。其典型應用有：用于測力或稱重的環(huán)形測力計、彈簧稱等；用于測量流體壓力的波紋膜片、波紋管等；用于溫度測量的雙金屬片等。

2)磁電式傳感器

在印刷紙幣時，使用了能感覺磁性的特殊磁性油墨，在驗鈔機的磁場中，放置磁阻元件，那么隨紙幣的移動磁阻元件的阻值依次發(fā)生變化，因而檢測這個變化波形就能測定紙幣的真?zhèn)巍?/p>

3)溫度傳感器

感溫磁鐵就是溫度傳感器的一種。電飯鍋的工作原理就是，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱。溫度傳感器的另一應用就是測溫儀，典型應用有：家電產(chǎn)品中的室內(nèi)空調(diào)、電冰箱、微波爐等；還可用于檢測化工廠的溶液和氣體的溫度等。

4)光傳感器

光傳感器的典型應用是火警報警器，該裝置在感測到煙霧時，就會發(fā)出警報。其工作原理是，當發(fā)生火災時，產(chǎn)生大量煙霧，煙霧對光進行散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，導致其電阻變小。與光傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報。

5)紅外傳感器

紅外線傳感器可大致分為熱型和光電效應型兩大類，后者也叫半導體傳感器型。紅外線傳感器可以實現(xiàn)遠距離探測，并且穿透性較好，能夠實現(xiàn)無接觸測量。半導體紅外線傳感器廣泛應用于軍事上。

6)生物傳感器

生物傳感器是發(fā)展、研究生物工程學的重要環(huán)節(jié)。生物傳感器關鍵在于識別各種有生命的生物高分子，積極地模擬生物具有的優(yōu)秀感覺功能和對化學物質(zhì)的識別能力。

7)醫(yī)用傳感器

醫(yī)用傳感器包括圖像診斷領域用的傳感器和臨床化學檢驗領域所用傳感器。前者如X光診斷裝置用傳感器、CT用傳感器、核醫(yī)學診斷裝置用傳感器、超聲波診斷裝置用傳感器等；后者如光學傳感器、電氣化學傳感器等。

8)海洋科學傳感器

海洋科學傳感器在海底電纜敷設保護、水深測定、海底狀況觀測、水溫測定、海底電纜搜索、水中作業(yè)機器人、水中光學攝影機、水中位置標定系統(tǒng)中都有大量應用。

9)原子能傳感器

原子能傳感器可分為反應堆監(jiān)控用傳感器、放射線防護用傳感器、核材料管理用傳感器和核融合開發(fā)用傳感器。5.1.4傳感技術的發(fā)展趨勢

目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場。一些傳感器市場，比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、微機電系統(tǒng)傳感器、生物傳感器等新興傳感器，與之相對應的傳感器新技術的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)新材料、新功能的開發(fā)

傳感器的工作原理是基于各種物理的、化學的、生物的效應和現(xiàn)象，具有這種功能的材料稱為“功能材料”或“敏感材料”。顯而易見，新的效應和現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，是新的敏感材料開發(fā)的重要途徑；而新的敏感材料的開發(fā)，是新型傳感器問世的重要基礎。

2)微細加工技術的發(fā)展

傳感器有逐漸小型化的趨勢，小型化為使用傳感器帶來許多方便。通過微細加工技術，可以把眾多類型的單個傳感器件集成為一維、二維或三維陣列型傳感器；或將傳感器件與調(diào)理、補償?shù)忍幚黼娐芳梢惑w化。微型傳感器的顯著特征是體積微小、重量很輕(體積、重量僅為傳統(tǒng)傳感器的幾十分之一甚至幾百分之一)。

3)傳感器的智能化

所謂智能傳感器，是把傳感器的拾取信息功能和微計算機的信息處理功能結合在一起的傳感器。該傳感器不僅能實現(xiàn)信息的探測、處理、邏輯判斷和雙向通訊，而且具有自檢測、自校正、自補償、自診斷等多種功能。智能化傳感器是傳感器技術發(fā)展的必然趨勢。

4)多功能傳感器的發(fā)展

目前開發(fā)的多功能傳感器是指利用一個傳感器測量多個參數(shù)的傳感器設備。例如，同時檢測血液中多種離子的傳感器；同時檢測多種氣體的多功能傳感器等。

5)仿生傳感器的開發(fā)

許多動物因為具有非凡的感應次聲波信號的能力，而使它們能夠避免諸如火山爆發(fā)、地震、海嘯之類的滅頂之災。其他如狗的嗅覺(靈敏閾為人的一百萬倍)；鳥的視覺(視力為人的8～50倍)；蝙蝠、飛蛾、海豚的聽覺(主動性生物雷達-超聲波傳感器)；蛇的接近覺(分辨力達0.001℃的紅外測溫傳感器)等等。這些動物的感官性能，是當今傳感器技術所企及的目標。

5.2.1檢測技術概述

檢測技術作為信息科學的一個重要分支，與計算機技術、自動控制技術和通信技術等一起構成了信息技術的完整學科。5.2檢測技術以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)像神經(jīng)和感官一樣，不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認識自然、改造自然的有利工具。從信息科學角度考察，檢測技術任務有：尋找與自然信息具有對應關系的種種表現(xiàn)形式的信號，以及確定二者間的定性或定量關系；從反映某一信息的多種信號表現(xiàn)中挑選出在所處條件下最為合適的表現(xiàn)形式，以及尋求最佳的采集、變換、處理、傳輸、存儲、顯示等的方法和相應的設備。

一個廣義的檢測系統(tǒng)一般由激勵裝置、被測對象、敏感元件、信號調(diào)理電路與輸出單元所組成。圖5-3是檢測系統(tǒng)的組成框圖。

圖5-3檢測系統(tǒng)框圖給被測對象施加激勵信號，使被測對象處于預定狀態(tài)，并將其內(nèi)在聯(lián)系充分顯示出來。

被測對象特性以信號的形式給出，而被測信號一般都是隨時間變化的動態(tài)量，即使在檢測不隨時間變化的靜態(tài)量時，由于混有動態(tài)的干擾噪聲，通常也按動態(tài)量進行檢測。

敏感元件是將感知的被測量按一定規(guī)律轉化為某一種量值輸出，通常是電信號。如果不是電信號，則需經(jīng)變換電路將其變成電信號。

信號調(diào)理電路一般有兩個作用，一是信號轉換和放大；二是信號處理，即濾波、調(diào)制和解調(diào)、衰減運算、數(shù)字化處理等。

輸出裝置的種類很多，可根據(jù)需要進行配置?，F(xiàn)代檢測系統(tǒng)采用了計算機和網(wǎng)絡技術將調(diào)理電路輸出的信號直接送到信號分析設備中，進行在線處理。為保證測量結果的準確性、穩(wěn)定性，上述環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應保持一一對應和盡量不失真關系。5.2.2檢測技術的應用

檢測技術在工業(yè)生產(chǎn)、交通管理、軍事等領域得到了廣泛的應用。在工業(yè)生產(chǎn)中，檢測技術在生產(chǎn)過程自動化、運行數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量檢查與控制、故障診斷等方面得到廣泛的應用。例如，根據(jù)設備頻譜發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行相應處理；在生產(chǎn)鋁合金過程中，借助檢測技術選出正確配方等。檢測技術在能源技術領域中得到了廣泛應用。例如，在能源分配領域對能源進行最佳分配計算，它可以根據(jù)精確測到的動態(tài)負荷進行計算，也可利用檢測技術對尖峰負荷進行檢測，達到合理利用能源的目的。在交通管理領域，先進的交通管理系統(tǒng)可以對車流和人流進行監(jiān)測，使紅綠燈的交替時間間隔根據(jù)實際情況改變，實現(xiàn)車輛和行人的平均等待時間最短，從而達到運行最佳化。在軍事領域中，檢測技術在軍事領域的典型應用如電子哨兵，它配有多種傳感器和在黑暗中監(jiān)視物體運動的紅外攝像機，執(zhí)勤時刻提供圖像監(jiān)視和周圍的環(huán)境信息，能較好完成警戒任務。5.2.3檢測技術的發(fā)展趨勢

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、儀器儀表高度自動化和信息管理現(xiàn)代化過程中，涌現(xiàn)出大量以計算機為核心的信息處理與過程控制相結合的實用檢測系統(tǒng)。綜合其發(fā)展情況，主要有以下幾個發(fā)展趨勢：

(1)集成化與綜合化。電子測量儀器、自動化儀表、智能檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)在生產(chǎn)自動化的需求下，在發(fā)展中互相靠近，功能相互覆蓋，差異縮小，體現(xiàn)為信息綜合管理與控制系統(tǒng)。

(2)多功能化與智能化。智能化檢測儀表能在被測參數(shù)變化時，自動選擇測量方案，進行自校正、自補償、自檢測、自診斷，還能通過遠程設定、信息存儲、網(wǎng)絡連接等，獲取最佳的測試結果。

(3)系統(tǒng)化及標準化?，F(xiàn)代檢測任務更多的涉及系統(tǒng)特性。系統(tǒng)化指若干相互間具有內(nèi)在關聯(lián)要素構成的一個整體來完成規(guī)定功能、達到特定目標。目前，作為采集檢測與控制用的前端機需要與生產(chǎn)設備的主機、輔機合成一體，相互建立通信聯(lián)系，形成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以適應系統(tǒng)開放、復雜工程及大系統(tǒng)的需要。在向系統(tǒng)化發(fā)展的同時，還涉及系統(tǒng)部件接口的標準化、系列化與模塊化，以便形成通用的整體。

(4)儀器虛擬化。虛擬儀器是隨著計算機技術和現(xiàn)代測量技術發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型高科技產(chǎn)品，它利用現(xiàn)有的微型計算機，加上特殊設計的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又兼具特殊功能的新型計算機儀器系統(tǒng)。其主要工作是把傳統(tǒng)儀器的控制面板移植到普通計算機上，利用計算機的資源，實現(xiàn)相關的測控需求，具有較高的性價比，可廣泛應用于實驗、科研、生產(chǎn)、軍事等方面的檢測與控制。

(5)網(wǎng)絡化。將智能檢測和控制系統(tǒng)接入計算機網(wǎng)絡會進一步增強其功能和活力。因此，網(wǎng)絡化也是智能檢測技術的一個重要發(fā)展方向。5.2.4檢測系統(tǒng)的測量誤差

測量誤差指檢測結果與被測量的客觀真值之間的差值。檢測過程中，被測對象、檢測系統(tǒng)、檢測方法、檢測人員都會受到各種因素影響。有時對被測量的轉換也會改變被測對象原有的狀態(tài)，造成測量誤差。誤差自始至終存在于一切科學實驗和測量中，被測量的真值永遠無法得到，但可以通過改進檢測裝置、檢測手段以及對測量誤差進行分析處理，使測量誤差處于允許的范圍內(nèi)。測量的目的是希望通過測量求取被測量的真值。分析測量誤差時，采用的被測量真值是指確定條件下被測量客觀存在的實際值。判斷真值的方法有三種，一是理論設計和理論公式的表達值，稱為理論真值。例如，三角形內(nèi)角和為180度。二是由國際計量學確定的基本計量單位，稱為約定真值。例如，水的沸點為100度。三是精度高一級或幾級的儀表的測量值，稱為相對真值。測量中應用最廣的是相對真值。誤差根據(jù)出現(xiàn)的規(guī)律分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。系統(tǒng)誤差是指保持恒定不變或按照一定規(guī)律變化的測量誤差。系統(tǒng)誤差主要是由于測量設備、測量方法的不完善和測量條件的不穩(wěn)定而引起的。由于系統(tǒng)誤差表示了測量結果偏離其真實值的程度，即反映了測量結果的準確度，所以在誤差理論中，經(jīng)常用準確度來表示系統(tǒng)誤差的大小。系統(tǒng)誤差越小，測量結果的準確度就越高。隨機誤差又稱偶然誤差，是一種大小和符號都不確定的誤差，即在同一條件下對同一被測量重復測量時，各次測量結果服從某種統(tǒng)計分布；這種誤差的處理依據(jù)概率統(tǒng)計方法。產(chǎn)生偶然誤差的原因很多，如溫度、磁場、電源頻率等的偶然變化等都可能引起這種誤差；另一方面觀測者本身感官分辨能力的限制，也是偶然誤差的一個來源。偶然誤差反映了測量的精密度，偶然誤差越小，精密度就越高，反之則精密度越低。系統(tǒng)誤差和偶然誤差是兩類性質(zhì)完全不同的誤差。系統(tǒng)誤差反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的必然性；而偶然則反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的可能性。粗大誤差也稱疏失誤差，是指測量過程中操作、讀數(shù)、記錄和計算等方面的錯誤所引起的誤差。顯然，凡是含有疏失誤差的測量結果都是應該擯棄的。儀表測量誤差是不可能絕對消除的，但要盡可能減小誤差對測量結果的影響，使其減小到允許的范圍內(nèi)。

消除測量誤差，應根據(jù)誤差的來源和性質(zhì)，采取相應的措施和方法。必須指出，一個測量結果中既存在系統(tǒng)誤差，又存在偶然誤差，要完全區(qū)分兩者是不容易的。所以，應根據(jù)測量的要求和兩者對測量結果的影響程度，選擇消除方法。一般情況下，在對精密度要求不高的工程測量中，主要考慮對系統(tǒng)誤差的消除；而在科研、計量等對測量準確度和精密度要求較高的測量中，必須同時考慮消除上述兩種誤差。系統(tǒng)誤差的消除方法有以下幾種：

(1)對測量儀表進行校正。在準確度要求較高的測量結果中，引入校正值進行修正。

(2)消除產(chǎn)生誤差的根源。選擇正確的測量方法和測量儀器，盡量使測量儀表在規(guī)定的使用條件下工作，消除各種外界因素造成的影響。

(3)采用特殊的測量方法，如正負誤差補償法、替代法等。例如，用電流表測量電流時，考慮到外磁場對讀數(shù)的影響，可以把電流表轉動180度，進行兩次測量。在兩次測量中，必然出現(xiàn)一次讀數(shù)偏大，而另一次讀數(shù)偏小，取兩次讀數(shù)的平均值作為測量結果，其正負誤差抵消，可以有效地消除外磁場對測量的影響。

消除隨機誤差的消除可采用在同一條件下對被測量進行足夠多次的重復測量，取其平均值作為測量結果的方法。根據(jù)統(tǒng)計學原理可知，在足夠多次的重復測量中，正誤差和負誤差出現(xiàn)的可能性幾乎相同，因此偶然誤差的平均值幾乎為零。所以，在測量儀器儀表選定以后，測量次數(shù)是保證測量精密度的前提。5.2.5理想的檢測系統(tǒng)

任何一個檢測系統(tǒng)都應該有良好的頻率特性、適當高的靈敏度、快的響應速度和小的時間滯后，才能實現(xiàn)輸出波形較好地復現(xiàn)輸入波形。理想的無失真測試要滿足一定的條件。

(1)線性系統(tǒng)：若檢測系統(tǒng)輸出信號能不失真描述輸入信號，則該測試系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號之間應該存在一種定量的關系。這樣的測試系統(tǒng)以線性系統(tǒng)最為理想。盡管靜態(tài)測試中可以對輸出采用校正或補償技術做非線性校正，但動態(tài)測試中的非線性校正比較困難，因此應力求系統(tǒng)本身是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)具有兩個重要性質(zhì)：一是遵循疊加原理，即同時作用于系統(tǒng)的兩個輸入信號經(jīng)系統(tǒng)后的輸出信號應為這兩個信號分別作用于系統(tǒng)時輸出信號的和；二是遵循頻率不變原理，即信號經(jīng)過系統(tǒng)后輸出信號頻率不會產(chǎn)生變化。

(2)理想測試系統(tǒng)：實際檢測系統(tǒng)中，只有在滿足一定要求的情況下才能使輸出波形無失真地復現(xiàn)輸入波形。若一個檢測系統(tǒng)輸出信號與輸入信號的波形精確地成一定的比例關系，在時間軸上所占寬度相等，幅度增大若干倍，該系統(tǒng)稱理想檢測系統(tǒng)。設測試系統(tǒng)的輸入為x(t)，若實現(xiàn)不失真測試，則該測試系統(tǒng)的輸出y(t)應滿足：y(t)?=?A0x(t?-?t0)，如圖5-4所示。

圖5-4理想測量系統(tǒng)的輸入輸出關系實際的測量系統(tǒng)一定是有失真的，理想精確的測量無法實現(xiàn)，只能采取一定技術手段將失真控制在一定誤差范圍內(nèi)。

5.3.1自動控制技術綜述

自動控制技術幾乎滲透到國民經(jīng)濟的各個領域及社會生活的各個方面，是當代發(fā)展最迅速、應用最廣泛、最引人注目的高科技，是推動新技術革命和產(chǎn)業(yè)革命的關鍵技術。所謂自動控制，5.3自動控制技術是指脫離人的直接干預，利用控制裝置(簡稱控制器)使被控對象(如設備生產(chǎn)過程等)的工作狀態(tài)或被控量(如溫度、壓力、流量、速度、pH值等)按照預定的規(guī)律運行。所謂自動控制系統(tǒng)，則是指實現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。如數(shù)控車床按預定程序自動切削；人造衛(wèi)星準確進入預定軌道并回收等。

除了在工業(yè)上被廣泛應用外，近年來隨著計算機技術的發(fā)展和應用，自動控制技術在宇航、機器人控制、導彈制導及核動力等高新技術領域中發(fā)揮著特別重要的作用，并已擴展到生物、醫(yī)學、環(huán)境、經(jīng)濟管理和其他許多社會生活領域中。自動控制已成為現(xiàn)代社會生活中不可缺少的一部分。5.3.2自動控制系統(tǒng)的組成

由被控對象和控制裝置(控制器)按照一定方式連接起來、能完成一定自動控制任務的總體稱為自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)主要由控制器和被控對象兩大部分組成，并且要實現(xiàn)一定的控制作用。而每個系統(tǒng)都有輸入量和輸出量。輸入量指影響系統(tǒng)輸出量的外界輸入，輸出量指自動控制系統(tǒng)的被控制量?？刂葡到y(tǒng)的組成原理圖如圖5-5所示。

圖5-5自動控制系統(tǒng)的組成原理圖以水箱水位自動控制系統(tǒng)為例，分析該自動控制系統(tǒng)的組成和工作原理。該系統(tǒng)的主要任務是使實際水位與要求水位一致。

系統(tǒng)中，輸出量為實際水位；輸入量為要求水位，是個給定值；擾動量為出水閥門的出水量變化。因此，水箱水位自動控制系統(tǒng)的任務也可以描述為克服擾動的影響，使系統(tǒng)的輸出量與輸入量保持一致。被控對象指控制系統(tǒng)中被控制的機器設備、生產(chǎn)過程等，而控制器(也稱控制裝置)指外加的設備或裝置，對被控對象起到控制作用的各部分總稱，通常由具有一定基本職能的各種基本元件組成。包括：

(1)測量元件，測量被控制的物理量。

(2)給定元件，給出與期望的被控量相對應的系統(tǒng)輸入量。

(3)比較元件，將測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的給定量進行比較，得到它們的偏差。

(4)放大元件，將比較元件給出的偏差進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。

(5)執(zhí)行元件，直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。

(6)校正元件(補償元件)，是結構或參數(shù)便于調(diào)整的元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)性能。

綜上所述，水箱水位自動控制系統(tǒng)方框圖如圖5-6所示。

圖5-6水箱水位自動控制系統(tǒng)方框圖5.3.3自動控制系統(tǒng)的分類

按照不同的方式，可以將自動控制系統(tǒng)分為不同的種類，常用的有以下幾種分類方式。

(1)按信號流向不同，分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

在開環(huán)控制系統(tǒng)中，信號流動由輸入端到輸出端單向流動。開環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖5-5所示。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，信號除從輸入端到輸出端外，還有輸出到輸入的反饋信號，也稱反饋控制系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖5-7所示。

圖5-7閉環(huán)系統(tǒng)方框圖采用閉環(huán)控制系統(tǒng)可以有效的抑制被反饋通道包圍的前向通道中的各種擾動對輸出量的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾性，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。但由于反饋通道的存在，閉環(huán)系統(tǒng)有延時存在，系統(tǒng)得不到及時校正；閉環(huán)系統(tǒng)可能產(chǎn)生振蕩，甚至不穩(wěn)定；系統(tǒng)結構復雜，系統(tǒng)性能分析和設計較麻煩，且較開環(huán)系統(tǒng)增加了成本。

(2)按系統(tǒng)輸入信號不同，分為恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)又稱自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的特征是輸入量為一恒值，通常稱為系統(tǒng)的給定值。控制系統(tǒng)的任務是盡量排除各種干擾因素的影響，使輸出量維持在給定值(期望值)附近。如工業(yè)過程中恒溫、恒壓、恒速等控制系統(tǒng)。

隨動系統(tǒng)又稱跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制輸入量是一個事先無法確定的任意變化的量，要求系統(tǒng)的輸出量能迅速平穩(wěn)地復現(xiàn)或跟蹤輸入信號的變化。如雷達天線的自動跟蹤系統(tǒng)和高炮自動瞄準系統(tǒng)就是典型的隨動系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)的輸入信號不是常值，而是事先確定的運動規(guī)律，編成程序裝在輸入裝置中，即控制輸入信號是事先確定的程序信號，控制的目的是使被控對象的被控量按照要求的程序動作。如數(shù)控車床就屬此類系統(tǒng)。

(3)按系統(tǒng)組成元器件的特性不同，分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。

在線性系統(tǒng)中，組成系統(tǒng)元器件的特性均為線性的，可用一個或一組線性微分方程來描述系統(tǒng)輸入和輸出之間關系。線性系統(tǒng)的主要特征是具有齊次性和疊加性。在非線性系統(tǒng)中，至少有一個元器件的特性不能用線性微分方程描述其輸入和輸出關系。非線性系統(tǒng)還沒有一種完整、成熟、統(tǒng)一的分析法。通常對于非線性程度不很嚴重，或做近似分析時，均可用線性系統(tǒng)理論和方法來處理。

嚴格來講，實際上由于各種物理系統(tǒng)總是存在不同程度的非線性，因此，實際上是不存在線性系統(tǒng)的，但在一定范圍內(nèi)，只要非線性不是很嚴重，有些系統(tǒng)可以近似為線性系統(tǒng)來研究。

(4)按系統(tǒng)特性是否隨時間變化，分為定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)。在定常系統(tǒng)中，描述系統(tǒng)特性的微分方程中各項系數(shù)都是與時間無關的常數(shù)。該類系統(tǒng)只要輸入信號的形式不變，在不同時間輸入下的輸出響應形式是相同的。

在時變系統(tǒng)中，描述系統(tǒng)特性的微分方程中至少有一項系數(shù)是時間的函數(shù)。

(5)按信號特性不同，分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。

在連續(xù)系統(tǒng)中，組成系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出信號都是連續(xù)時間信號。可以采用微分方程建立連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學模型。在離散系統(tǒng)中，有一處或數(shù)處的信號是脈沖序列或數(shù)碼。若系統(tǒng)中采用了采樣開關，將連續(xù)信號轉變?yōu)殡x散的脈沖形式的信號，此類系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)。若采用數(shù)字計算機或數(shù)字控制器，其離散信號是以數(shù)碼形式傳遞的，此類系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。通常采用差分方程建立離散系統(tǒng)的數(shù)學模型。

目前隨計算機技術的發(fā)展和應用，一些控制系統(tǒng)中既有連續(xù)時間信號又有離散時間信號，一般稱為采樣離散控制系統(tǒng)。

(6)按輸入輸出量的不同，分為單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。

單變量系統(tǒng)又稱單輸入輸出系統(tǒng)，是只有一個輸入量和一個輸出量的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結構較為簡單。

多變量系統(tǒng)又稱多輸入輸出系統(tǒng)，是具有多個輸入量或多個輸出量的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結構比較復雜。系統(tǒng)的一個輸出量會受到多個輸入量的作用，一個輸入量可能對多個輸出量都能產(chǎn)生控制作用。對于線性多輸入多輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)的任何一個輸出等于數(shù)個輸入單獨作用下輸出的疊加。目前大多數(shù)復雜的系統(tǒng)均屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般通過建立狀態(tài)變量和狀態(tài)方程的方法進行描述和求解。5.3.4自動控制理論及其發(fā)展

自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術學科，可分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。

1.經(jīng)典控制理論

自動化技術的產(chǎn)生和發(fā)展經(jīng)歷了漫長的歷史過程。自古以來，人類就有創(chuàng)造自動裝置以減輕或代替人勞動的想法。我國原始的自動計時裝置銅壺滴漏就屬于采用了自動裝置來調(diào)節(jié)液位；三國時期，使用指南車自動指示方位；古代天文學家張衡發(fā)明了渾天儀自動對天體運行情況進行仿真，發(fā)明了候風地動儀自動對地震進行檢測等。1788年，英國人瓦特在蒸汽機上使用了離心調(diào)速器，解決了蒸汽機的速度控制問題，引起了人們對控制技術的重視。

英國數(shù)學家勞斯和德國數(shù)學家赫爾維茨分別在1877年和1895年獨立地提出了判別系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)準則。

1932年，美國物理學家奈奎斯特運用復變函數(shù)理論建立了以頻率特性為基礎的穩(wěn)定性判據(jù)，奠定了頻率響應法的基礎。后來，伯德和尼柯爾斯在20世紀30年代末和40年代初進一步將頻率響應法加以發(fā)展，形成了經(jīng)典控制理論的頻域分析法，為工程技術人員提供了一個設計反饋控制系統(tǒng)的有效工具。

第二次世界大戰(zhàn)期間，反饋控制方法被廣泛用于設計研制飛機自動駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達天線控制系統(tǒng)以及其他軍用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的復雜性和對快速性，精確控制的高性能要求，促使產(chǎn)生了許多新的見解和方法；同時，還促進了對非線性系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)以及隨機控制系統(tǒng)的研究。

1948年，美國科學家伊萬斯創(chuàng)立了根軌跡分析方法，為分析系統(tǒng)性能隨系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律性提供了有力工具，被廣泛應用于反饋控制系統(tǒng)的分析、設計中。

以傳遞函數(shù)作為描述系統(tǒng)的數(shù)學模型，以時域分析法、根軌跡法和頻域分析法為主要分析設計工具，構成了經(jīng)典控制理論的基本框架。到20世紀50年代，經(jīng)典控制理論發(fā)展到相當成熟的地步，形成了相對完整的理論體系。經(jīng)典控制理論研究的對象基本上是以線性定常系統(tǒng)為主的單輸入單輸出系統(tǒng)，還不能解決如時變參數(shù)問題，多變量、強耦合等復雜的控制問題。

2.現(xiàn)代控制理論

由于經(jīng)典控制理論只適用于單輸入、單輸出的線性定常系統(tǒng)，只注重系統(tǒng)的外部描述而忽視系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。隨著航天事業(yè)和計算機的發(fā)展，20世紀60年代初，在經(jīng)典控制理論的基礎上，以線性代數(shù)理論和狀態(tài)空間分析法為基礎的現(xiàn)代控制理論迅速發(fā)展起來。

1960年卡爾曼提出能控性和能觀測性，揭示了線性系統(tǒng)許多屬性間的內(nèi)在聯(lián)系?？柭€引入狀態(tài)空間法，提出具有二次型性能指標的線性狀態(tài)反饋律，給出最優(yōu)調(diào)節(jié)器的概念。這些新概念和新方法的出現(xiàn)標志著現(xiàn)代控制理論的誕生?？刂频闹饕繕耸墙⒃跔顟B(tài)空間法(時域法)的基礎上，解決多變量系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。

到20世紀60年代初，一套以狀態(tài)方程作為描述系統(tǒng)的數(shù)學模型，以最優(yōu)控制和卡爾曼濾波為核心的控制系統(tǒng)分析、設計的新原理和方法基本確定，現(xiàn)代控制理論應運而生。

現(xiàn)代控制理論主要利用計算機作為系統(tǒng)建模分析、設計乃至控制的手段，適用于多變量、非線性、時變系統(tǒng)。現(xiàn)代控制理論在航空、航天、制導與控制中創(chuàng)造了輝煌的成就，人類邁向宇宙的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。5.3.5自動控制系統(tǒng)的基本要求

對控制系統(tǒng)性能的要求概括為三方面：穩(wěn)、準、快。其中，穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)運行的必要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能工作的；動態(tài)性能要求系統(tǒng)動態(tài)響應的快速性，系統(tǒng)的過渡過程越短越好；準確(穩(wěn)態(tài))性能給出了過渡過程結束后到達穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)的控制精度度量。

1.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性

系統(tǒng)在受到外界擾動偏離原來的平衡狀態(tài)，在外界擾動消失后仍能恢復到原平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，稱為穩(wěn)定系統(tǒng)，否則稱為非穩(wěn)定系統(tǒng)。非穩(wěn)定系統(tǒng)和穩(wěn)定系統(tǒng)如圖5-8所示。

圖5-8非穩(wěn)定系統(tǒng)和穩(wěn)定系統(tǒng)

2.自動控制系統(tǒng)的動態(tài)性能

控制系統(tǒng)由一種狀態(tài)到達另外一種狀態(tài)往往需要經(jīng)過一個過渡過程，控制系統(tǒng)對其過渡過程的形式和快慢，即系統(tǒng)的動態(tài)性能提出要求。自動控制理論應給出衡量系統(tǒng)快速性的指標。動態(tài)過程的優(yōu)劣對隨動控制系統(tǒng)和恒值控制系統(tǒng)都具有非常重要的意義。

3.自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能

控制系統(tǒng)進入最終穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的準確性由表征系統(tǒng)實際穩(wěn)態(tài)值與期望值間的差值，即穩(wěn)態(tài)誤差表示。穩(wěn)態(tài)誤差是表征系統(tǒng)控制精度的性能指標。自動控制理論給出了計算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的方法，指出系統(tǒng)結構和參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響。

5.4.1信息檢索概述

1.信息、知識、文獻

信息具有物質(zhì)屬性，是物質(zhì)的存在方式及運動的規(guī)律和特點的表征，是事物及其現(xiàn)象的內(nèi)外特征、相互聯(lián)系及作用的反映。地震，海嘯，花草樹林的發(fā)芽、生長和枯萎，廣播電視、網(wǎng)絡的新聞、廣告等發(fā)出的信息，不管你知道不知道，感知不感知，它都是客觀存在的。5.4信息檢索只要有物質(zhì)存在，就有信息的存在。人類認識世界和改造世界的過程，是一個不斷從客觀世界獲得信息，并對信息進行加工處理，形成新的認知結構，然后通過實踐活動反作用于客觀世界的過程。

信息是知識的重要組成部分，但只有將反映自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象的信息經(jīng)過加工，上升為對自然和社會發(fā)展客觀規(guī)律的認識，這種再生信息才構成知識。知識是人類認識的成果和結果，人們在認識世界和改造世界的過程中，獲得大量客觀事物傳遞的信息，然后經(jīng)過大腦的思維活動進行加工處理，這種加工處理后的信息就是知識。知識作廣義的理解，包括消息、情況、事實、數(shù)據(jù)。知識可分為理性知識和感性知識。理性知識，是對客觀事物的本質(zhì)和規(guī)律性的認識，是經(jīng)過思維、邏輯加工的知識，構成知識體系；感性知識，是對客觀事物的描述和對現(xiàn)象、事實的感知，是未經(jīng)邏輯加工的知識。當信息經(jīng)過人腦重新組合和系統(tǒng)化后，成為知識。就是說，信息中包含知識，而知識用一定的記錄手段記錄下來時，則成為文獻。

文獻是記錄有知識的一切載體，是用文字、圖形、符號等技術手段記錄人類知識的一切物質(zhì)載體。文獻由三個要素構成：第一，要有一定的知識內(nèi)容；第二，要有保存和傳遞知識的記錄方式，如文字、圖形、符號、視頻、聲頻等技術手段；第三，要有記錄知識的物質(zhì)載體，如紙張、感光材料、磁性材料等。這三要素缺一不可。文獻與知識既是不同的概念，又有密切的聯(lián)系。文獻必須包含知識內(nèi)容；而知識內(nèi)容只有記錄在物質(zhì)載體上，才能夠成文獻。

信息、知識和文獻的關系如圖5-9所示。

圖5-9信息、知識和文獻的關系圖人們獲取知識的途徑有兩個：一是直接來源于產(chǎn)生信息的客觀事物，二是通過信息載體或媒介的傳遞、交流而間接獲得。獲得的信息能否轉化為知識，轉化得是否充分、完整，取決于受主的認知能力。例如，人們對于衛(wèi)星照片、氣象云團的識讀能力不同，所獲得信息的量和質(zhì)也會有差別。

塞繆爾·約翰遜(SamuelJohnson)說：“知識可分成兩類，一類是我們要掌握的學科知識，另一類是要知道在哪兒可以找到有關知識的信息。”

2.信息檢索的基本知識

1)信息檢索的概念

信息檢索是按照一定方式從信息集合中或數(shù)據(jù)庫中查找所需信息的具體過程。廣義信息檢索如圖5-10所示，包括信息存儲與查找兩個過程，而狹義信息檢索僅指信息的查找。

對于信息用戶而言，狹義的信息檢索更為重要，因為用戶需要的是方便、快捷、高效的獲取所需的信息內(nèi)容，而不必了解和掌握信息的管理方式，組織模式以及存儲地點等事項。

圖5-10廣義信息檢索

2)檢索的基本原理

信息檢索基本原理的核心是用戶信息需求與一定的文獻信息集合的比較和選擇，是兩者匹配的過程。一方面是用戶的信息需求，一方面是組織有序的文獻信息集合，檢索就是從用戶特定的信息需求出發(fā)，對特定的信息集合采用一定的方法、技術手段，根據(jù)一定的線索與規(guī)則從中找出相關的信息。

3)信息檢索方式

按照檢索對象，把信息檢索分為文獻檢索、數(shù)據(jù)檢索和事實檢索。文獻檢索是指查找用戶所需文獻的線索或者原文的檢索。如查找某一主題的相關文獻，對某研究課題立項的文獻查新，或從事新產(chǎn)品開發(fā)時需要查找有關最新研究動態(tài)等。文獻檢索是一種相關性檢索，檢索結果是某一專題的文獻線索(文摘、題錄)，一般要經(jīng)過閱讀文摘后才能決定取舍。文獻檢索主要是利用二次文獻進行，如各種載體形式的目錄、題錄、文摘、索引等。文獻檢索是信息檢索中最基本、最重要的類型，是信息檢索的核心和主體部分，是最常用的一種檢索，其目標是檢索出原始文獻或原始文獻的替代品。數(shù)據(jù)檢索是指查找用戶所得特定數(shù)據(jù)的檢索。目標是檢索出可以直接使用的數(shù)據(jù)或數(shù)值，例如查找各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)、圖像、圖標、圖表、數(shù)學表達式、化學分子式、設備型號、技術參數(shù)等。例如，檢索“尼羅河的長度是多少”。數(shù)據(jù)檢索是一種確定性檢索，主要是利用各種詞典、手冊、百科全書、年鑒等參考工具書進行.也可以利用各種參考型數(shù)據(jù)庫進行檢索。

事實檢索是指以特定的事實為檢索對象的一種檢索。如查找某一名人、機構的基本情況；某一事件發(fā)生的時間、地點、過程等。例如，檢索“長江哪一年汛期的水位最高”。事實檢索和數(shù)據(jù)檢索一樣，也是一種確定性檢索，所不同的是需要對檢索出來的數(shù)據(jù)進行較為復雜的對比、分析、推理后，方可得出結論?？衫冒倏迫珪⑹謨?、年鑒、名錄及相關數(shù)據(jù)庫等參考工具進行檢索。

按照計算機檢索技術劃分為聯(lián)機檢索、光盤檢索和網(wǎng)絡檢索。

聯(lián)機檢索是以聯(lián)機檢索提供商為中心，提供商研制自己的軟件，建立自己的聯(lián)機檢索系統(tǒng)，用戶利用檢索系統(tǒng)終端，通過專用的或公用的電話線路等數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡與利用檢索系統(tǒng)相連，按照提供商所指定的各項檢索規(guī)則進行檢索。聯(lián)機檢索系統(tǒng)由主機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、通訊設備和終端設備組成。著名的聯(lián)機檢索系統(tǒng)有OCLC、Dialog、STN等。

光盤檢索有單機檢索和聯(lián)機檢索兩種。單機檢索系統(tǒng)自成系統(tǒng)，由普通計算機、光驅、數(shù)據(jù)庫光盤以及相應的檢索軟件和驅動軟件構成，提供單個用戶使用。聯(lián)機檢索系統(tǒng)在光盤網(wǎng)絡的環(huán)境下運行，受到光盤塔和局域網(wǎng)的支撐，在局域網(wǎng)內(nèi)提供多個用戶使用，由服務器管理。

基于搜索引擎技術的網(wǎng)絡檢索時隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起和普及而出現(xiàn)的。網(wǎng)絡搜索引擎是當今網(wǎng)絡檢索工具的主流，不僅提供文本檢索，還可以提供圖像、圖形、音頻、視頻、動畫等多媒體檢索。

4)信息檢索語言

信息檢索語言是用來表達信息概念的一種人工語言，它是根據(jù)信息組織和檢索需要所編制的特殊標識，是存儲信息、組織信息和檢索信息的符號。它是溝通“信息源”與“檢索”的橋梁和紐帶，能標引、組織和編排信息，形成各種信息檢索工具或檢索系統(tǒng)，利用檢索語言將信息從檢索工具或檢索系統(tǒng)中檢查出來。

檢索語言的類型如圖5-11所示。

圖5-11檢索語言的類型分類語言是按學科范疇劃分而構成的一種語言體系，它集中反映學科的系統(tǒng)性，反映它們的相關、從屬、派生等關系，從總體到局部分層、分面展開，形成分類體系。由類目號碼及名稱作為檢索語言，構成分類類目表，如前述圖書分類表、專利分類表用的都是分類語言。主題詞語言包括關鍵詞語言、單元詞語言、標題詞語言、敘詞語言等，它們有不同的主題詞表。主題詞表達概念本身，在主題詞表中通過參照系統(tǒng)來指示詞匯之間的關系。分類語言的具體表現(xiàn)形式是分類表，國內(nèi)常用的有《中國圖書館分類法》、《科學院圖書館分類法》、《人民大學圖書館分類法》等。國外常用的有《杜威十進分類法》、《美國國會圖書館分類法》等。

《中國圖書館圖書分類法》把全部的知識門類分為馬列、毛澤東思想；哲學；社會科學；自然科學；綜合性圖書這五大部類，在此基礎上組成了22個大類。

《中圖法》的標記符號采用漢語拼音字母與阿拉伯數(shù)字相結合的混合號碼。即用一個字母表示一個大類，以字母的順序反映大類的序列。字母后用數(shù)字表示大類以下類目的劃分，數(shù)字的編號使用小數(shù)制。表5-1《中國圖書館圖書分類法》類目中的基本內(nèi)容(一級大類)5.4.2文獻檢索

1.文獻出版類型

文獻的類型按出版形式劃分可分為三大類：圖書、期刊、特種文獻。

1)圖書

圖書是記錄和保存知識、表達思想、傳播信息的最古老、最主要的手段。它便于存放、攜帶，閱讀時可不受空間、時間和設備限制。這些優(yōu)點使圖書過去、現(xiàn)在和將來都是人類社會最主要的信息交流媒介之一。

圖書可分為兩類，即閱讀類和工具類圖書。閱讀類圖書包括教科書、專著、普及讀物等等，它是供系統(tǒng)學習知識之用；工具類圖書包括百科全書、年鑒、手冊、辭典等，它是供檢索各種數(shù)據(jù)和事實之用。如果對某些問題想獲得較全面的系統(tǒng)知識或對陌生問題獲得初步了解，參考圖書是十分有效的。正式出版的圖書，封內(nèi)版權頁均有國際標準書號、出版單位和出版時間等。

近年來電子圖書種類和數(shù)量在迅速增長。目前，電子圖書的推廣已不存在技術和經(jīng)濟上的問題，其普及前景是很光明的。

2)期刊

期刊又稱雜志，期刊有一個固定的名稱，有統(tǒng)一出版形式，定期出版，每期有多篇論文組成的連續(xù)性出版物。

期刊與圖書相比，最突出的特點是出版周期短、內(nèi)容新穎、能及時反映科技研究成果的新信息。有些發(fā)明和最新發(fā)現(xiàn)并不是成熟、穩(wěn)定和可靠的，它們往往不被圖書采納，卻被期刊采用，所以期刊論文的內(nèi)容有時代表理論或實踐前進的方向。

期刊作為重要的文獻信息源還體現(xiàn)在世界上所有主要檢索工具都以期刊為主要收錄對象，人們可以比圖書更快更方便的查到所需資料。正式出版的期刊有固定的刊名，并均有刊號，即國際標準連續(xù)號。

3)科技報告

科技報告是科學、技術研究結果的報告或研究進展的記錄。

這些研究項目多數(shù)是由政府單位提供經(jīng)費，以鑒定合同的方式委托研究所、公司或高等院校來進行研究，提供科研成果。例如，國家及省自然科學基金項目、載人航天項目、863項目等。

按流通范圍劃分，可分為保密的和非保密的報告。屬于保密的報告大多是軍事、國防工業(yè)和尖端技術成果，是限制發(fā)行的；但公開的和解密的也占一定數(shù)量。因此，它的獲得不如圖書或期刊容易。科技報告內(nèi)容涉及的都是最新研究課題和尖端技術，能充分反映一個國家的科學技術成果、動向和發(fā)展水平。在形式上，科技報告每份自成一冊，篇幅長短不一，并編有報告號。

4)會議文獻

會議文獻指在各種學術會議上宣讀和交流的書面論文。

國內(nèi)外有關學術團體每年都要組織召開全國性和國際性的學術會議。學術團體大部分是以學科或職業(yè)組織起來的群眾性組織。例如，中國電子學會、中國物理學會、中國機械工程學會、美國的電氣與電子工程師學會(簡稱IEEE)、英國的電氣工程師學會(簡稱IEE)。會議內(nèi)容主要是本學科領域當前研究的最新課題，提交的會議論文是經(jīng)過會議組委會聘請專家審查挑選的，質(zhì)量較高，會議論文經(jīng)常被EI和ISTP收錄。一次學術會議開完后，都以圖書或期刊專集的形式出版會議文獻，稱為會議錄。

會議文獻的特點是文獻論題集中、專業(yè)性強、內(nèi)容新、學術水平高、出版發(fā)行快。會議文獻已成為排名于期刊文獻后的第二大科技文獻信息源。

5)專利文獻

專利是受專利法保護的發(fā)明。目前，全世界已有130多個國家建立了專利制度。我國是在1985年4月實行的專利制度。若某人對一項技術有創(chuàng)新發(fā)明的話，可以向專利局申請專利。經(jīng)過專利局的嚴格審查，認為符合專利的三個條件(新穎性、先進性和實用性)就可以批準為專利。

專利文獻主要是指專利說明書。也就是申請專利的時候，向專利局提交的書面文件。

專利文獻具有詳盡、內(nèi)容廣泛的特點，專利說明書既是技術文件又是法律文件。要求專利說明書用法律語言概括，準確地說明申請專利權的范圍和技術細節(jié)，使它成為保護知識產(chǎn)權的主要依據(jù)。專利文獻是制定科研規(guī)劃、新產(chǎn)品開發(fā)、實施技術改造的一個主要技術信息源。

6)學位論文

高等院?；蜓芯繖C構的學生為取得各級學位而提交的畢業(yè)論文。

它按級別可分為學士論文、碩士論文和博士論文。

學位論文的特點：論文質(zhì)量參差不齊、不出版發(fā)行。一般保存在授予學位的單位圖書館。較高層次的學位論文，具有一定的創(chuàng)造性，所探討的問題比較專深，對科研、生產(chǎn)和教學有較大的參考價值。

7)標準文獻

標準文獻指按規(guī)定程序制定、經(jīng)公認的權威機構批準的一整套在特定范圍內(nèi)須執(zhí)行的規(guī)格、規(guī)則、技術要求等規(guī)范性文獻。也就是對工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和工程建設的質(zhì)量、規(guī)格及其檢驗方法等方面所做的技術規(guī)定。它是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)、進行科學管理的具有法律約束作用的技術文獻。

按審批機構級別可分為國際標準、國家標準、部頒標準、企業(yè)標準四個等級。

標準文獻的特點：第一，有固定的代號和專門的編寫格式；第二，時效性強；第三，具有法律約束力，要求人們自覺遵守；第四，數(shù)量多，篇幅小，文字簡練，通常一件標準只解決一個問題，以單行本發(fā)行；第五，新陳代謝頻繁，各種標準都將隨著科學技術的發(fā)展而不斷地修訂和補充。

2.文獻檢索的常用工具和途徑

依據(jù)文獻外表特征的檢索途徑有以下幾種：

(1)文獻名途徑：如書名、刊名、篇名、特種文獻名等。

(2)著者途徑：作者、編者、譯者等。

(3)序號途徑：文獻出版時所編的號碼。如報告號、專利號、標準號、文摘號等。

(4)其他途徑：如出版類型、出版日期、國別、文種等。

依據(jù)文獻內(nèi)容特征的檢索途徑有以下幾種：

(1)主題途徑：即所需文獻的主題內(nèi)容。如主題索引、關鍵詞索引等。

(2)分類途徑：按照學科分類體系查找文獻的方法。

(3)其他途徑：依據(jù)學科特有的特征查找。如分子式索引、環(huán)系索引、子結構索引等。

3.科技文獻檢索方法

科技文獻檢索的方法有正文法、引文法和循環(huán)法。

(1)正文法：也就是上面介紹的從主題、分類、作者等途徑查找。它可分為順查和倒查、抽查三種。順查即按時間從早到最近的順序查找，適用于欲了解某項研究的全過程。倒查與順查相反，從最近查起，適用于對某項研究已有充分了解，只想了解最新進展的查找者。

(2)引文法：又叫追溯法，即著眼于文獻所附的參考或引用文獻目錄。

(3)循環(huán)法：正文法和引文法交替使用。

4.科技文獻檢索步驟

科技文獻檢索的步驟如下：

(1)確定檢索方向，弄清所需信息的特征。

(2)確定檢索方法。

(3)根據(jù)學科、語種等選擇一種或多種檢索工具。

(4)根據(jù)主題、分類或作者確定檢索途徑。

(5)實施檢索。檢索過程中應注意盡量先使用累計索引，然后再通過現(xiàn)期索引補充；一套檢索工具(引擎)或各種索引和各種檢索工具(引擎)間要相互配合使用；檢出一批結果后，應瀏覽文摘，判斷是否滿足要求，并加以篩選，若感到不滿意，應及時修改檢索策略，加以調(diào)整，再行檢索，直到滿意為止。

(6)索取原