第14課檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用

第14章檢測技術(shù)的綜合應(yīng)用

14.1現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

14.4傳感器在智能樓宇中的應(yīng)用

14.2傳感器在機器人中的應(yīng)用14.3傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用

14.1現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代檢測系統(tǒng)可分為三種基本結(jié)構(gòu)體系：

將諸如微處理器、存儲器、接口等芯片與傳感器融合在一起，可組成智能儀器。它有專用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示屏等，多使用匯編語言，體積小，專用性強。1.智能儀器2.個人儀器3.自動測試系統(tǒng)14.1.2個人儀器：

個人儀器又稱個人計算機儀器系統(tǒng)。它是以個人計算機（必須符合工控要求）配以適當(dāng)?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢測系統(tǒng)。

組裝個人儀器時，將傳感器信號傳送到相應(yīng)的接口板（或接口盒）中，再將接口板插到工控機總線擴展槽中或?qū)⒔涌诤械腢SB插頭插入計算機相應(yīng)的插座上，編寫相應(yīng)的軟件就可以完成自動檢測功能。

14.1.1智能儀器：智能儀器的芯片及模塊

51系列單片機芯片各種智能儀器

最低、最高溫度一體化工作站

平板式工作站（帶觸摸屏）軍用便攜式工作站個人儀器一體化工作站（續(xù)）

工業(yè)計算機（工控機）機箱

工控機的抗電磁干擾能力、防振、防潮、防塵能力均較強，有較多的擴展槽，它的電源系統(tǒng)有較好的抗電磁干擾能力。雖然工控機的價格比個人電腦貴，但可靠性強得多，性能價格比高，適合在工業(yè)現(xiàn)場條件較惡劣的場合使用。工業(yè)級底板（參考研祥智能科技有限公司資料）底板上的擴展槽用于插接各種數(shù)據(jù)采集卡PCI擴展槽ISA擴展槽各種數(shù)據(jù)采集卡

ISA數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為2.54mm（0.1英寸）各種數(shù)據(jù)采集卡（續(xù)）PCI數(shù)據(jù)采集傳輸卡ISA槽與PCI槽的外形區(qū)別ISA槽PCI槽將功能卡插到ISA槽中功能卡的鍍金腳端子板與功能卡的連接

端子板作為功能卡的擴展附件，用于連接傳感器信號光耦25芯排線數(shù)據(jù)鎖存器去計算機ISA槽傳感器信號線接線端子端子板與功能卡的連接37芯排線端子板PCI數(shù)據(jù)采集、控制卡傳感器信號線接線端子輸出信號接線端子去計算機PCI槽其他端子擴展板

34芯排線插座37芯排線插座數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機

筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機

信號從USB插口輸入筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機

USB接口盒及接口線利用USB擴展插頭可配接多個接口盒信號輸入USB接口卡及USB線嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳感器信號采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計算機的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。各種嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集卡14.1.3自動測試系統(tǒng)

自動測試系統(tǒng)是以工控機為核心，以標(biāo)準接口總線為基礎(chǔ)，以可程控的多臺智能儀器為下位機組合而成的一種現(xiàn)代檢測系統(tǒng)。一個自動測試系統(tǒng)還可以通過各種標(biāo)準總線成為其它級別更高的自動測試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動測試系統(tǒng)還可以作為服務(wù)器工作站加入到Internet網(wǎng)絡(luò)中，成為網(wǎng)絡(luò)化測試子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測、遠程控制、遠程實時調(diào)試等。

網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖工業(yè)總線

網(wǎng)絡(luò)化儀表工業(yè)總線

局域網(wǎng)

鋼廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)實例

糧食溫濕度測控系統(tǒng)實例上位機（內(nèi)插CAN通信卡）溫度分線器CAN總線通風(fēng)機械測濕探頭測溫電纜智能分機通風(fēng)控制器濕度分線器14.1.4檢測技術(shù)在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用舉例

一個現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要多臺計算機來快速地測量鍋爐、汽輪機、發(fā)電機上許多重要部位的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、振動、位移、應(yīng)力、燃燒狀況等熱工、機械參數(shù)，還必須測量發(fā)電機的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機的運行狀態(tài)，然后進行綜合處理，將各被監(jiān)測的重要參數(shù)進行數(shù)字或模擬顯示，自動調(diào)整運行工況，對某些超限參數(shù)進行聲光報警或采取緊急措施。在上述這個系統(tǒng)中，需要數(shù)百個不同的傳感器將各種機械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計算機采樣和運算。

1、火力發(fā)電廠綜合監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)火力發(fā)電廠控制室火力發(fā)電廠機組汽輪機發(fā)電機勵磁機2、陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測量。它采用工控機，它帶有硬盤、總線接口、彩色顯示器、打印機等。該系統(tǒng)將巡回數(shù)據(jù)采集電路及控制電路裝在獨立的接口箱中，其中裝有定時器、計數(shù)器、并行輸入／輸出接口等，接口箱與主機之間通過并行接口插卡與計算機通信。

隧道窯外形隧道窯計算機檢測控制系統(tǒng)框圖煤氣噴嘴3、智能化流量積算儀

所謂智能化流量積算儀，就是使用計算機技術(shù)，將一次儀表送來的流量信號對時間作積分，求出流量累積總量的儀器。

智能化流量積算儀原理（以上圖NY-Ⅰ型為例）

智能化流量積算儀采用差壓法測量瞬時流量，因此必須首先測出差壓⊿p。由于溫度和壓力會引起流體的密度的變化，有時還需要進行溫度補償和壓力補償，所以必須測出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，還必須測量熱電偶的冷端（室溫）溫度上述四種信號先由標(biāo)準的一次儀表轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號，經(jīng)信號傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再用取樣電阻（250.０Ω）轉(zhuǎn)換成４個低內(nèi)阻的1~5V電壓信號：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個電壓信號按順序輪流通過采樣繼電器K1~K2傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，再經(jīng)光耦，由單片機計算出累積流量。

NY-Ⅰ型智能化流量積算儀計算機接口電路原理框圖4、傳感器在模糊控制洗衣機中的應(yīng)用

所謂模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控制系統(tǒng)。它將人的經(jīng)驗、知識和判斷力作為控制規(guī)則，根據(jù)諸多復(fù)雜的因素和條件作出邏輯推理去影響控制對像。模糊洗衣機能自動判斷衣物的數(shù)量（重量）、布料質(zhì)地（粗糙、軟硬）、骯臟程度來決定水位的高低、洗滌時間、攪拌與水流方式、脫水時間等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)。不但使洗衣機省電、省水、省洗滌劑，又能減少衣物磨損。模糊洗衣機的模糊推理14.2傳感器在機器人中的應(yīng)用

機器人是由計算機控制的復(fù)雜機器，它具有類似人的肢體及感官功能；動作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時可以不依賴人的操縱。機器人傳感器在機器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。

類別檢測內(nèi)容應(yīng)用目的傳感器件明暗覺是否有光，亮度多少判斷有無對象，并得到定量結(jié)果光敏管、光電斷續(xù)器色覺對象的色彩及濃度利用顏色識別對象的場合彩色攝影機、濾色器、彩色CCD位置覺物體的位置、角度、距離物體空間位置，判斷物體移動光敏陣列、CCD等形狀覺物體的外形提取物體輪廓及固有特征，識別物體光敏陣列、CCD等接觸覺與對象是否接觸，接觸的位置決定對象位置，識別對象形態(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑光電傳感器、微動開關(guān)、薄膜接點、壓敏高分子材料壓覺對物體的壓力、握力、壓力分布控制握力，識別握持物，測量物體彈性壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料力覺機器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩控制手腕移動，伺服控制，正確完成作業(yè)應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠接近覺對象物是否接近，接近距離，對象面的傾斜控制位置，尋徑，安全保障，異常停止光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器、電渦流傳感器、霍爾傳感器滑覺垂直握持面方向物體的位移，重力引起的變形修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態(tài)球形接點式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動檢測器機器人傳感器分類

傳感器在機器人身上的分布

能踢球的機器人對運動的球類有正確反應(yīng)的機器人能打網(wǎng)球的機器人機器人足球比賽能行走的機器人服務(wù)機器人機器人伴舞機器人奏樂可愛的小機器人能上臺階并避開障礙物的機器人能自己站起來的機器人軍事機器人我國引進的排爆機器人進攻型機器人工業(yè)機器人核工業(yè)機器人汽車噴漆機器人機器人的手機械手在汽車加工中的應(yīng)用機械手能按照程序焊接和安裝汽車部件，是機器人的雛形。激光焊接機械手（參考上海大眾汽車有限公司資料）14.3傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用1、汽車結(jié)構(gòu)及工作過程概述

汽車類型繁多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大體可分為發(fā)動機、底盤和電氣設(shè)備三大部分，可分成燃料系、點火系、傳動系、轎廂系等幾個系統(tǒng)，每一部分均安裝有許多檢測和控制用的傳感器。（參考南京交通技師學(xué)院資料，以幾幅下同）汽車底盤示意圖后輪懸掛傳動軸轉(zhuǎn)向機構(gòu)福特林肯Navigator底盤發(fā)動機傳動軸排氣管前剎車盤后輪懸掛減速箱汽車發(fā)動機

發(fā)動機是汽車的動力裝置，其作用是使吸入的燃料燃燒而產(chǎn)生動力，通過傳動系統(tǒng)，使汽車行駛。汽油發(fā)動機主要由汽缸、燃料系、點火系、起動系、冷卻系及潤滑系等組成。汽車的工作過程均是在電控單元ECU控制下進行的。

汽車發(fā)動機的解剖圖與發(fā)動機配套使用的各種傳感器進氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進氣壓力、溫度傳感器ECU結(jié)構(gòu)a）外形

b）ECU內(nèi)部原理框圖及輸