現(xiàn)代檢測新技術(shù)課件

第15章現(xiàn)代檢測新技術(shù)第15章現(xiàn)代檢測新技術(shù)115.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念一、測量儀器發(fā)展的四個階段1、模擬儀器――借助表頭指針來顯示測量結(jié)果2、數(shù)字化儀器――以數(shù)字方式顯示測量結(jié)果3、智能儀器――內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能4、虛擬儀器――用計算機(jī)軟件和儀器軟面板實現(xiàn)儀器的測量和控制功能。15.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念215.1.1虛擬儀器的概念二、虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較

傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器設(shè)備的連接十分有限可方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及多種儀器連接人工讀取數(shù)據(jù)計算機(jī)直接讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價格昂貴價格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴(kuò)展性差基于計算機(jī)技術(shù)開放的功能塊可構(gòu)成多種儀器技術(shù)更新慢技術(shù)更新快開發(fā)和維護(hù)費用高基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)維護(hù)費用15.1.1虛擬儀器的概念傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功315.1.2虛擬儀器的組成特點一、儀器最基本的組成模塊1、輸入模塊2、輸出模塊3、數(shù)據(jù)處理模塊15.1.2虛擬儀器的組成特點415.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點1、軟件和硬件功能的模塊化利用軟件對若干功能模塊進(jìn)行組態(tài)，以模擬一個或多個傳統(tǒng)儀器及其功能。2、軟件和硬件功能的分層圖15-1-1具備所需完整功能的頂層虛擬儀器是一個包含所有應(yīng)用功能的子虛擬儀器的集合，而每臺虛擬儀器功能的差異就在于這個集合中的元素各不相同。15.1.2虛擬儀器的組成特點515－1－1虛擬儀器的分層結(jié)構(gòu)15－1－1虛擬儀器的分層結(jié)構(gòu)615.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點3、儀器功能的軟件化在計算機(jī)屏幕上形成軟面板不僅能夠在外觀和操作上模仿傳統(tǒng)儀器，而且還可以根據(jù)需要通過軟件來選擇儀器的功能設(shè)置和改變面板的控制方式。15.1.2虛擬儀器的組成特點715.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-2一、虛擬儀器硬件1、插入式數(shù)據(jù)采集卡2、VXI總線15.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-2815.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-2二、應(yīng)用軟件的主要作用：1、提供集成的開發(fā)環(huán)境、2、提供儀器硬件的高級接口(儀器驅(qū)動程序)3、提供虛擬儀器的用戶接口。15.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-2915－1－2虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)15－1－2虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)1015.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

15.2.1網(wǎng)絡(luò)化儀器的概念

網(wǎng)絡(luò)化儀器――具備網(wǎng)絡(luò)功能的新型儀器：1、被測對象可通過測試現(xiàn)場的普通儀器設(shè)備，將測得數(shù)據(jù)(信息)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的精密測量設(shè)備或高檔次的微機(jī)化儀器去分析、處理；2、能實現(xiàn)測量信息的共享；3、可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處信息的實時變化的趨勢。4、可通過具有網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的儀器將數(shù)據(jù)傳至原端即現(xiàn)場。15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器15.2.1網(wǎng)絡(luò)化儀器的1115.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

15.2.2基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)一、現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或儀表互連的現(xiàn)場數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，二、基于現(xiàn)場總線的儀表單元的優(yōu)點1)徹底網(wǎng)絡(luò)化2)一對N結(jié)構(gòu)3)可靠性高15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器15.2.2基于現(xiàn)場總線1215.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

二、基于現(xiàn)場總線的儀表單元的優(yōu)點4)操作性好5)綜合功能強(qiáng)6)組態(tài)靈活15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器二、基于現(xiàn)場總線的儀表單元13圖15－2－1基于現(xiàn)場總線的測控網(wǎng)絡(luò)圖15－2－1基于現(xiàn)場總線的測控網(wǎng)絡(luò)1415.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)備充當(dāng)著網(wǎng)絡(luò)中獨立節(jié)點的角色，信息可跨越網(wǎng)絡(luò)傳輸至所及的任何領(lǐng)域，可實現(xiàn)實時、動態(tài)（包括遠(yuǎn)程）的在線測控。15.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)1515.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

15.2.4網(wǎng)絡(luò)化傳感器網(wǎng)絡(luò)化傳感器是在智能傳感器的基礎(chǔ)上，把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一種嵌入式應(yīng)用，嵌入現(xiàn)場智能傳感器的ROM中，使其具有網(wǎng)絡(luò)接口能力，這樣，網(wǎng)絡(luò)化傳感器就像計算機(jī)一樣成為了測控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組態(tài)性和互操作性。15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器15.2.4網(wǎng)絡(luò)化傳感器1615.3軟測量技術(shù)

15.3.1軟測量技術(shù)的概念軟測量技術(shù)的測量原理是：選擇與無法直接測量的待測變量（常稱為主導(dǎo)變量——PrimaryVariable）相關(guān)的一組可測變量（常稱為輔助變量或二次變量——SecondaryVariable），依據(jù)這些可測變量與待測變量之間的關(guān)系，建立某種以可測變量為輸入，待測變量為輸出的數(shù)學(xué)模型（軟測量模型），用計算機(jī)進(jìn)行模型的數(shù)值運算，從而得到待測變量的估計值。15.3軟測量技術(shù)15.3.1軟測量技術(shù)的概念1715.3軟測量技術(shù)

15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法一、輔助變量的選擇輔助變量的選擇包括變量的類型、數(shù)目和測點位置等三個相互關(guān)聯(lián)的方面。輔助變量的選擇要基于對對象的機(jī)理分析和實際工況的了解。15.3軟測量技術(shù)15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法1815.3軟測量技術(shù)

15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法二、測量數(shù)據(jù)的處理1、測量誤差處理2、測量數(shù)據(jù)變換15.3軟測量技術(shù)15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法1915.3軟測量技術(shù)

15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法三、軟測量模型的建模――是軟測量的的核心問題。四、軟測量模型的校正1、軟測量模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化2、模型參數(shù)修正15.3軟測量技術(shù)15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法2015.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.1多傳感器數(shù)據(jù)融合的概念“多傳感器數(shù)據(jù)融合”是將來自多傳感器或多信息源的信息和數(shù)據(jù)，模仿人類專家的綜合信息處理能力進(jìn)行智能化處理，從而獲得更為廣泛全面、準(zhǔn)確可信的結(jié)論。15.4多傳感器數(shù)據(jù)融合15.4.1多傳感器數(shù)據(jù)融2115.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.2基本原理、過程及關(guān)鍵技術(shù)一、基本原理充分利用多傳感器資源，通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多傳感器在空間或時間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則來進(jìn)行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述，使該傳感器系統(tǒng)所提供的信息比它的各組成部分子集單獨提供的信息更有優(yōu)越性。15.4多傳感器數(shù)據(jù)融合15.4.2基本原理、過程及關(guān)鍵2215.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.2基本原理、過程及關(guān)鍵技術(shù)二、數(shù)據(jù)融合的過程

15.4多傳感器數(shù)據(jù)融合15.4.2基本原理、過程及2315.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.2基本原理、過程及關(guān)鍵技術(shù)三、關(guān)鍵技術(shù)（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（2）數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)（3）數(shù)據(jù)庫（4）融合計算15.4多傳感器數(shù)據(jù)融合15.4.2基本原理、過程及2415.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.3結(jié)構(gòu)及功能模型一、結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)形式有串行、并行、串并行混合和網(wǎng)絡(luò)型4種基本形式。

15.4多傳感器數(shù)據(jù)融合15.4.3結(jié)構(gòu)及功能模型25（a）串聯(lián)型；（b）并聯(lián)型（a）串聯(lián)型；（b）并聯(lián)型2615.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.3結(jié)構(gòu)及功能模型二、功能模型15.4多傳感器數(shù)據(jù)融合15.4.3結(jié)構(gòu)及功能模型27第15章現(xiàn)代檢測新技術(shù)第15章現(xiàn)代檢測新技術(shù)2815.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念一、測量儀器發(fā)展的四個階段1、模擬儀器――借助表頭指針來顯示測量結(jié)果2、數(shù)字化儀器――以數(shù)字方式顯示測量結(jié)果3、智能儀器――內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能4、虛擬儀器――用計算機(jī)軟件和儀器軟面板實現(xiàn)儀器的測量和控制功能。15.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念2915.1.1虛擬儀器的概念二、虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較

傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器設(shè)備的連接十分有限可方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及多種儀器連接人工讀取數(shù)據(jù)計算機(jī)直接讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價格昂貴價格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴(kuò)展性差基于計算機(jī)技術(shù)開放的功能塊可構(gòu)成多種儀器技術(shù)更新慢技術(shù)更新快開發(fā)和維護(hù)費用高基于軟件體系的結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)維護(hù)費用15.1.1虛擬儀器的概念傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功3015.1.2虛擬儀器的組成特點一、儀器最基本的組成模塊1、輸入模塊2、輸出模塊3、數(shù)據(jù)處理模塊15.1.2虛擬儀器的組成特點3115.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點1、軟件和硬件功能的模塊化利用軟件對若干功能模塊進(jìn)行組態(tài)，以模擬一個或多個傳統(tǒng)儀器及其功能。2、軟件和硬件功能的分層圖15-1-1具備所需完整功能的頂層虛擬儀器是一個包含所有應(yīng)用功能的子虛擬儀器的集合，而每臺虛擬儀器功能的差異就在于這個集合中的元素各不相同。15.1.2虛擬儀器的組成特點3215－1－1虛擬儀器的分層結(jié)構(gòu)15－1－1虛擬儀器的分層結(jié)構(gòu)3315.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點3、儀器功能的軟件化在計算機(jī)屏幕上形成軟面板不僅能夠在外觀和操作上模仿傳統(tǒng)儀器，而且還可以根據(jù)需要通過軟件來選擇儀器的功能設(shè)置和改變面板的控制方式。15.1.2虛擬儀器的組成特點3415.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-2一、虛擬儀器硬件1、插入式數(shù)據(jù)采集卡2、VXI總線15.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-23515.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-2二、應(yīng)用軟件的主要作用：1、提供集成的開發(fā)環(huán)境、2、提供儀器硬件的高級接口(儀器驅(qū)動程序)3、提供虛擬儀器的用戶接口。15.1.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)圖15-1-23615－1－2虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)15－1－2虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)3715.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

15.2.1網(wǎng)絡(luò)化儀器的概念

網(wǎng)絡(luò)化儀器――具備網(wǎng)絡(luò)功能的新型儀器：1、被測對象可通過測試現(xiàn)場的普通儀器設(shè)備，將測得數(shù)據(jù)(信息)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的精密測量設(shè)備或高檔次的微機(jī)化儀器去分析、處理；2、能實現(xiàn)測量信息的共享；3、可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處信息的實時變化的趨勢。4、可通過具有網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的儀器將數(shù)據(jù)傳至原端即現(xiàn)場。15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器15.2.1網(wǎng)絡(luò)化儀器的3815.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

15.2.2基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)一、現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或儀表互連的現(xiàn)場數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，二、基于現(xiàn)場總線的儀表單元的優(yōu)點1)徹底網(wǎng)絡(luò)化2)一對N結(jié)構(gòu)3)可靠性高15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器15.2.2基于現(xiàn)場總線3915.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

二、基于現(xiàn)場總線的儀表單元的優(yōu)點4)操作性好5)綜合功能強(qiáng)6)組態(tài)靈活15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器二、基于現(xiàn)場總線的儀表單元40圖15－2－1基于現(xiàn)場總線的測控網(wǎng)絡(luò)圖15－2－1基于現(xiàn)場總線的測控網(wǎng)絡(luò)4115.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)備充當(dāng)著網(wǎng)絡(luò)中獨立節(jié)點的角色，信息可跨越網(wǎng)絡(luò)傳輸至所及的任何領(lǐng)域，可實現(xiàn)實時、動態(tài)（包括遠(yuǎn)程）的在線測控。15.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)4215.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器

15.2.4網(wǎng)絡(luò)化傳感器網(wǎng)絡(luò)化傳感器是在智能傳感器的基礎(chǔ)上，把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一種嵌入式應(yīng)用，嵌入現(xiàn)場智能傳感器的ROM中，使其具有網(wǎng)絡(luò)接口能力，這樣，網(wǎng)絡(luò)化傳感器就像計算機(jī)一樣成為了測控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組態(tài)性和互操作性。15.2網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化傳感器15.2.4網(wǎng)絡(luò)化傳感器4315.3軟測量技術(shù)

15.3.1軟測量技術(shù)的概念軟測量技術(shù)的測量原理是：選擇與無法直接測量的待測變量（常稱為主導(dǎo)變量——PrimaryVariable）相關(guān)的一組可測變量（常稱為輔助變量或二次變量——SecondaryVariable），依據(jù)這些可測變量與待測變量之間的關(guān)系，建立某種以可測變量為輸入，待測變量為輸出的數(shù)學(xué)模型（軟測量模型），用計算機(jī)進(jìn)行模型的數(shù)值運算，從而得到待測變量的估計值。15.3軟測量技術(shù)15.3.1軟測量技術(shù)的概念4415.3軟測量技術(shù)

15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法一、輔助變量的選擇輔助變量的選擇包括變量的類型、數(shù)目和測點位置等三個相互關(guān)聯(lián)的方面。輔助變量的選擇要基于對對象的機(jī)理分析和實際工況的了解。15.3軟測量技術(shù)15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法4515.3軟測量技術(shù)

15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法二、測量數(shù)據(jù)的處理1、測量誤差處理2、測量數(shù)據(jù)變換15.3軟測量技術(shù)15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法4615.3軟測量技術(shù)

15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法三、軟測量模型的建模――是軟測量的的核心問題。四、軟測量模型的校正1、軟測量模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化2、模型參數(shù)修正15.3軟測量技術(shù)15.3.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)方法4715.4多傳感器數(shù)據(jù)融合

15.4.1多傳感器數(shù)據(jù)融合的概念“多傳感器數(shù)據(jù)融合”是將來自多傳感器或多信息源