智能檢測(cè)要求和信號(hào)處理

1、智能檢測(cè)要求和信號(hào)處理Intelligent Measuring & Signal ProcessingChapter 1 概論1.1智能檢測(cè)系統(tǒng)概述一、傳感測(cè)量（檢測(cè)）技術(shù)的作用與發(fā)展信息技術(shù)三大支柱（測(cè)控、通信、計(jì)算機(jī)）之一，位于信息技術(shù)的前端，是獲得信息的基礎(chǔ)技術(shù)。應(yīng)用十分普遍廣泛。重要性在20世紀(jì)70年代末凸現(xiàn)，80年代之后“傳感器熱”。日本：列為80年代十大技術(shù)之首；美國(guó)：列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一；歐洲：80-90年代傳感器銷售增長(zhǎng)20多倍。檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)方式的變化而不斷進(jìn)步。人類的每一種生產(chǎn)方式，都以相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)水平為基礎(chǔ)。二、智能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的歷史背景微電子技

2、術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果智能化處理和檢測(cè)儀器功能仿人化等提供了技術(shù)平臺(tái)。1946 電子管計(jì)算機(jī)，分立元件，第一代1958 晶體管， 分立元件，第二代1964 集成電路（SSI、MSI），第三代1971 （V）LSI（超）大規(guī)模集成電路，第四代1971年Intel公司美 第一個(gè)單片（4位）微處理器I4004問世，1976年MCS-48（8位），1980年MCS-51 .。之后，16位高性能單片機(jī)以及DSP等相繼問世。高性能、高速、微型化、低功耗、低價(jià)格人工智能技術(shù)、信息處理技術(shù)的快速發(fā)展，為檢測(cè)系統(tǒng)智能化提供了強(qiáng)有力的工具和條件。專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等；FFT

3、、自適應(yīng)濾波、小波分析技術(shù)等。技術(shù)發(fā)展形成的對(duì)傳感器的巨大需求和廣闊的市場(chǎng)前景，以及傳感測(cè)量技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 強(qiáng)大推動(dòng)力。兩位數(shù)增長(zhǎng)、近千億的市場(chǎng)；美國(guó)：電站應(yīng)用先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)效益110億美元。傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)，特別是傳感技術(shù)的相對(duì)落后對(duì)技術(shù)發(fā)展的約束，是導(dǎo)致智能化檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)因。控制系統(tǒng)三種主要功能模塊價(jià)格性能比發(fā)展變化情況功能模塊上世紀(jì)70年代上世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)11/1000執(zhí)行器（以電機(jī)為例）11 / 10傳感器11 / 3傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)在過(guò)去的幾十年里取得了巨大進(jìn)步，但已達(dá)到技術(shù)極限，難于取得性能價(jià)格比的突破。手工藝品式的制作過(guò)程以及多品種、高性能要求 導(dǎo)致成

4、品率低、高成本、高價(jià)格。存在的缺陷：結(jié)構(gòu)尺寸大，動(dòng)態(tài)性能差；輸入/輸出非線性，且隨時(shí)間漂移；環(huán)境敏感性，且隨時(shí)間漂移；抗干擾性能差，性噪比低；交叉靈敏度影響，選擇性、分辨率不高；結(jié)果：穩(wěn)定性、可靠性、測(cè)量精度受影響?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)發(fā)展對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了數(shù)字化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的迫切要求。20世紀(jì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展：60年代 集中控制70年代 分散型控制系統(tǒng)（DCS)，提高可靠性80年代 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的開放型控制系統(tǒng)（FCS），是DCS的繼承、完善和發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)總線是連接控制系統(tǒng)中各智能裝置的雙向數(shù)字通訊（控制）網(wǎng)絡(luò)，特點(diǎn)和要求為：傳輸數(shù)字信號(hào)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置通過(guò)數(shù)字總線掛接在總線上，從而大大減少與

5、上位機(jī)之間一對(duì)一的連接，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)、提高可靠性、降低成本。標(biāo)準(zhǔn)化接口是系統(tǒng)具有兼容性和開放性，以余戶聯(lián)戶界呼喚和擴(kuò)展。現(xiàn)場(chǎng)裝置智能化為提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)與可靠性能，F(xiàn)CS采用“測(cè)控職能分散下放到現(xiàn)場(chǎng)裝置”，智能現(xiàn)場(chǎng)裝置是整個(gè)控制管理系統(tǒng)的主體。三、檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)傳感技術(shù)與微電子技術(shù)，特別是微處理器技術(shù)完美結(jié)合，密不可分任何一種智能檢測(cè)系統(tǒng)必然是上述兩者的結(jié)合。傳感技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)、光電子技術(shù)、生物技術(shù)等微處理器單片微機(jī)由4位、8位、16位到32位；專用 或通用型芯片，DSP、FFT以及ANN芯片等傳感器智能化技術(shù)智能傳感器系統(tǒng)（Intelligent Sensor System）結(jié)構(gòu)

6、集成化、微型化，功能模塊化智能化信息處理技術(shù)廣泛應(yīng)用FFT、小波分析、數(shù)字濾波、非線性補(bǔ)償、自適應(yīng)補(bǔ)償、ANN、Fuzzy算法、信息融合技術(shù)等。通用化、標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù)普遍應(yīng)用串行標(biāo)準(zhǔn)接口RS-232、485HP-ILIC（Inner Integrate Circuit Bus,Philip二線通訊）CAN（控制局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線Control Area Network）；并行標(biāo)準(zhǔn)接口IEC-625（美國(guó) IEEE-488,國(guó)內(nèi) ）CAMAC 等四、智能檢測(cè)（系統(tǒng)）的概念智能傳感器（系統(tǒng)）Smart/Intelligent Sensor （System ）智能儀器（系統(tǒng)）Intelligent In

7、strument（System）智能檢測(cè)（系統(tǒng)）Intelligent Measuring（System）傳感器與微處理器賦予智能的結(jié)合，兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的系統(tǒng)。具有感知、學(xué)習(xí)、推理、通訊及管理等功能的系統(tǒng)。以微計(jì)算機(jī)為核心的具有信息檢測(cè)功能、并具有模仿人類專家進(jìn)行分析、診斷和決策等信息綜合處理能力的傳感測(cè)量系統(tǒng)1.2智能檢測(cè)系統(tǒng)的特征與一般組成結(jié)構(gòu)一、特征測(cè)量過(guò)程軟件控制硬件功能軟件化；通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)零放大、極性判斷、量程切換、報(bào)警、過(guò)載保護(hù)、非線性補(bǔ)償、多功能測(cè)試和自動(dòng)巡回檢測(cè)等。智能數(shù)據(jù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)線性化處理、平均值處理，頻域分析，相關(guān)分析，數(shù)據(jù)融合計(jì)算等。高度的靈活性（功

8、能柔性化）以軟件為核心，功能和性能指標(biāo)修改、擴(kuò)展容易方便。多參數(shù)檢測(cè)和數(shù)據(jù)融合通過(guò)多個(gè)高速數(shù)據(jù)通道，在進(jìn)行多參數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，依據(jù)各路信息的相關(guān)特性，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多傳感器信息融合，提高檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度、可靠性和容錯(cuò)性。測(cè)量速度快通過(guò)高速數(shù)據(jù)采樣和實(shí)時(shí)在線的高速數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)。智能化功能強(qiáng)測(cè)量選擇功能（如量程轉(zhuǎn)換、采樣通道和方式選擇等），故障診斷功能，人機(jī)對(duì)話、控制輸出等具有高的可靠穩(wěn)定性、滿足系統(tǒng)要求的高精度和自適應(yīng)能力二、系統(tǒng)一般組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成硬件：傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D、I/O、微處理器、通訊接口及總線等；軟件：檢測(cè)、控制、診斷、數(shù)據(jù)處理以及界面生成等程序等。硬件組成結(jié)構(gòu)智能檢測(cè)系統(tǒng)的

9、三種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)途徑非集成化實(shí)現(xiàn)經(jīng)典傳感器+信號(hào)調(diào)理模塊+數(shù)字接口+微處理器+總線接口等集成化實(shí)現(xiàn)通過(guò)微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用半導(dǎo)體基制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路和微處理器以及接口電路等?；旌辖Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述兩種方式的部分組合課程論文：“智能檢測(cè)與信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”要求：1、緊密結(jié)合所從事的研究方向和課題；2、以綜述性論文格式，要求不少于2000字；3、提交時(shí)間：2008-07-05以前。Chpt.2 智能檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)典傳感技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)基礎(chǔ)2.1 傳感器一、傳感器的工作機(jī)理及構(gòu)成 1. 工作機(jī)理守恒定律：能量、動(dòng)量、電荷守恒定律場(chǎng)定律：力場(chǎng)運(yùn)動(dòng)定律 （加速度傳感器ma=F

10、）；電磁場(chǎng)感應(yīng)定律（電容式、電感式、電渦流式位移傳感器等）。物質(zhì)定律：虎克定律、歐姆定律、半導(dǎo)體物質(zhì)法則（壓電、壓阻、熱阻、光阻、濕阻效應(yīng)等）其他法則：統(tǒng)計(jì)法則等2. 構(gòu)成與分類按構(gòu)成原理分類結(jié)構(gòu)型：通常為按場(chǎng)定律構(gòu)成的傳感器，通過(guò)傳感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。物性型：一般為利用物質(zhì)定律構(gòu)成的傳感器，以傳感元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。按能量關(guān)系分類自源型：輸出信號(hào)直接由被測(cè)量的能量轉(zhuǎn)變而成。如：熱電偶、壓電式、電磁感應(yīng)式傳感器等。外源型：輸出信號(hào)由外部電源提供能量，但受被測(cè)量控制。如：應(yīng)變電橋、阻抗變換式傳感器等。按環(huán)境補(bǔ)償結(jié)構(gòu)形式分類兩相同傳感元件置于同一測(cè)量環(huán)境 差動(dòng)補(bǔ)償不同傳感元件

11、置于相同或不同一測(cè)量環(huán)境二、傳感器基本特性靜態(tài)特性通?？杀頌檩斎離與輸出y的多項(xiàng)式：y=s0+s1x+s2x+snx 基本參數(shù)零位：輸入x=0時(shí)的輸出y=s0量程：系統(tǒng)示值范圍上、下限之差（滿刻度值）靈敏度：s=y/x分辨率：靈敏度閾值。在A/D系統(tǒng)中即為最小量化單位q實(shí)際傳感器系統(tǒng)通常為多輸入-單輸出系統(tǒng)：y=f（x1，x2，,xn)y=(f/x1) x1+ (f/x2) x2+ (f/xn) xn交叉靈敏度概念：Sn= f/xn 靜態(tài)性能指標(biāo)遲 滯（系統(tǒng)誤差）H=|Hm|/yFS重復(fù)性（隨機(jī)誤差） R=|Rm|/yFS線性度（系統(tǒng)誤差） L=|Lm|/yFS精 度 A=H + R + L溫

12、度系數(shù) =ym /(t yFS)2. 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性表述方式：微分方程（一階、二階等）傳遞函數(shù)（拉氏變換）H(s)頻率（幅頻、相頻）特性 H(j)、(j)動(dòng)態(tài)誤差：=(|H()|-| H(0) |)/| H(0) |2.2 檢測(cè)誤差與數(shù)據(jù)處理一、檢測(cè)誤差基本概念1. 誤差的定義及表示方法絕對(duì)誤差 x=x-x0 x、x0 分別表示被測(cè)量的檢測(cè)值和真值相對(duì)誤差 三種表示形式 (a) 相對(duì)（真）誤差 = x/x0(b) 分貝誤差 (在電子學(xué)、聲學(xué)測(cè)量中使用較多） x=x0+x=x0(1+x/x0) 20lg x= 20lg x0+ 20lg(1+x/x0) xdB=x0dB+ 20lg(1+ )d

13、B或?yàn)椋?20lg(1+ )= xdB - x0dB定義分貝誤差 ： dB= 20lg(1+ )(c) 引用誤差m= x/xm xm為測(cè)量系統(tǒng)量程(Full scale)常用電工儀表按m分為7級(jí)： 已知儀表為s級(jí)，檢測(cè)誤差為： xxms% =(xms%) / x0 為減小，應(yīng)該盡量使被測(cè)量接近量程，一般應(yīng)選： xm x0(2 /3)2.誤差分類系統(tǒng)誤差 -在實(shí)際相同條件下對(duì)同一物理量進(jìn)行多次測(cè)量，誤差絕對(duì)值和符號(hào)保持恒定或按某種確定的規(guī)律變化的誤差。 -引起：檢測(cè)系統(tǒng)固有缺陷，檢測(cè)方法不完善，儀表安裝使用不當(dāng)?shù)取?-處理：可根據(jù)誤差規(guī)律采取一定的技術(shù)措施予以減小或消除。粗大誤差（人為、偶然誤差

14、） -超出在規(guī)定條件下預(yù)期的（明顯偏離真值）誤差。 -引起：人為（讀數(shù)）誤差，測(cè)量方法錯(cuò)誤，儀表缺陷等。 -處理：按一定規(guī)則剔除含粗大誤差的檢測(cè)數(shù)據(jù)隨機(jī)誤差 -在實(shí)際相同條件下對(duì)同一物理量進(jìn)行多次測(cè)量，誤差絕對(duì)值和符號(hào)已不 可預(yù)知方式變化著的誤差。 -由互不相關(guān)的、對(duì)測(cè)量值影響較微小的因素共同作用引起：空氣擾動(dòng)、熱騷動(dòng)、噪聲、電磁場(chǎng)微變等。 -一般接近正態(tài)分布特點(diǎn)：有界性、對(duì)稱性、抵償性、單峰性。 -采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法減小隨機(jī)性誤差3.檢測(cè)結(jié)果的數(shù)學(xué)期望和方差對(duì)被測(cè)量作n次等精度測(cè)量，得到n個(gè)測(cè)量值：數(shù)學(xué)期望：隨機(jī)誤差：方差：標(biāo)準(zhǔn)方差：- 測(cè)量值 X 是一個(gè)隨機(jī)變量- 用于描述檢測(cè)結(jié)果的離散程度

15、，即隨機(jī)誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。4.誤差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的影響關(guān)于檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)計(jì)量器具檢定規(guī)程常用名次術(shù)語(yǔ)定義：正確度（Correctness）精密度（Precision）準(zhǔn)（精）確度（Accuracy）二、檢測(cè)誤差估計(jì)與數(shù)據(jù)處理基本假定檢測(cè)數(shù)據(jù)（誤差）接近正態(tài)分布：隨機(jī)誤差分布檢測(cè)值分布用有限次測(cè)量數(shù)據(jù)估計(jì)E(X)和(X)數(shù)學(xué)期望和方差估計(jì)值：3. 檢測(cè)結(jié)果置信概率-判定檢測(cè)結(jié)果的可信程度如：已知測(cè)量值（誤差）分布，希望確定測(cè)量結(jié)果在數(shù)學(xué)期望附近某一確定范圍的可能性有多大4. 異常數(shù)據(jù)剔除技術(shù)（粗大誤差處理）萊特準(zhǔn)則Grubbs準(zhǔn)則分布圖法5. 減小隨機(jī)誤差影響的數(shù)據(jù)處理的

16、一些技巧采用算術(shù)平均值先平均后計(jì)算有效數(shù)字末位舍入規(guī)則不等精度測(cè)量的加權(quán)平均利用插值和回歸函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)再現(xiàn)或預(yù)測(cè)Chapt.3 智能檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成 與接口總線技術(shù)3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入式微機(jī)系統(tǒng) PC機(jī)系統(tǒng)3.2 接口與總線技術(shù)串行接口總線RS-232、485HP-ILIC（Inner Integrate Circuit Bus,Philip二線通訊）CAN（控制局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線Control Area Network）并行接口總線IEC-625（美國(guó) IEEE-488, 國(guó)內(nèi) ）CAMAC 等3.3 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) Chapt.4 智能檢測(cè)系統(tǒng)智能化功能 實(shí)現(xiàn)方法4.

17、1 檢測(cè)系統(tǒng)非線性自校正技術(shù)非線性是影響檢測(cè)系統(tǒng)精確度的重要因素，引起的誤差屬于 “系統(tǒng)誤差”的范疇。智能檢測(cè)系統(tǒng)非線性自校正技術(shù)特點(diǎn)：主要通過(guò)軟件而不是硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。功能強(qiáng)大、靈活，易于調(diào)整，自適應(yīng)性只要能獲得系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的非線性特性（反非線性特性），可不受非線性嚴(yán)重程度的限制可采用系統(tǒng)綜合校正方法基本原理：通過(guò)求取系統(tǒng)反非線性特性曲線 進(jìn)行校正1. 分段線性插值法對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)（通常主要為前端傳感器和信號(hào)調(diào)理電路）進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，獲得標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)(xi,ui)，i=1,2,n。標(biāo)定數(shù)據(jù)反映了系統(tǒng)輸入-輸出的非線性特性u(píng)=f(x)，同時(shí)也確定了反非線性校正曲線y=x=g(u)（g是f的反函數(shù)）。在相鄰

18、標(biāo)定點(diǎn)建立線性方程-用多段折線逼近反非線性特性曲線y=x=g(u)。建立實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)uy(=x)的分段線性插值實(shí)時(shí)計(jì)算程序，由檢測(cè)值ui求得對(duì)應(yīng)的被測(cè)量xi。標(biāo)定點(diǎn)數(shù)n的確定：根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)精度要求（允許的最大逼近誤差）確定。一般當(dāng)系統(tǒng)非線性程度較嚴(yán)重時(shí)，所需n值較大。2. 曲線擬合法最小二乘非線性曲線擬合求取表定點(diǎn)數(shù)據(jù)(xi,ui)，i=1,2,N (N3)。確定反非線性特性方程，一般可設(shè)為多項(xiàng)式： 式中：n根據(jù)擬合精度要求確定；ai為待定常數(shù)。按最小二乘法確定待定常數(shù)ai，令：當(dāng)J取得最小值應(yīng)有：可得(n+1)個(gè)方程：整理后可得聯(lián)立線性方程組： A、B為常數(shù)矩陣，求解上述方程可確定ai檢測(cè)系

19、統(tǒng)根據(jù)=檢測(cè)值u，按式(1)求得被測(cè)量x值。問題：當(dāng)標(biāo)定數(shù)據(jù)存在噪聲，且n較大時(shí)，可能遇到 ( ) A為病態(tài)矩陣情況，導(dǎo)致求解方程受阻。 解決方法：采用正交多項(xiàng)式函數(shù)集k(u) 取代 ，從而使矩陣A為對(duì)角陣。采用函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 3.函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 求取表定點(diǎn)數(shù)據(jù)(xi,ui)，i=1,2,N (N3)。確定反非線性特性方程，一般可設(shè)為多項(xiàng)式：構(gòu)建函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：聯(lián)接權(quán)值即為待定系數(shù)wj，網(wǎng)絡(luò)輸入為： 網(wǎng)絡(luò)輸出為：式中：k為迭代學(xué)習(xí)次數(shù)； 為經(jīng)過(guò)第k次調(diào)整后的權(quán)值系數(shù)； 為第k次迭代學(xué)習(xí)后，對(duì)應(yīng)輸入 的輸出估計(jì)值。學(xué)習(xí)算法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出偏差：權(quán)值（待定系數(shù)）調(diào)整 ：式中： 為學(xué)習(xí)因子，影響

20、迭代過(guò)程穩(wěn)定性和收斂速度。一般 1.0 迭代終止條件： 幾個(gè)注意點(diǎn)：函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)質(zhì)上為參數(shù)化模型；更一般情況，可用BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)非線性校正（非參數(shù)化模型）。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過(guò)程標(biāo)定點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理防止飽和、減小運(yùn)算誤差初始權(quán)值的產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)學(xué)習(xí)因子的選取學(xué)習(xí)速率與穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)泛化能力（generalization)與學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可學(xué)習(xí)性，模型的動(dòng)態(tài)修正和跟蹤4.2 檢測(cè)系統(tǒng)自校零和自校準(zhǔn)技術(shù)自校零和自校準(zhǔn)概念設(shè)系統(tǒng)輸入輸出靜態(tài)特性為：實(shí)際應(yīng)用中，由于環(huán)境影響或系統(tǒng)參數(shù)的變化使： 校零和校準(zhǔn)的目的是使系統(tǒng)在實(shí)際測(cè)量前跟蹤零點(diǎn)和靈敏度變化，減小檢測(cè)誤差。傳統(tǒng)方法：主要通過(guò)精心設(shè)計(jì)、制造和嚴(yán)

21、格挑選高質(zhì)量的材料與元器件，工藝品般制作過(guò)程和手段等，在一定測(cè)量范圍內(nèi)控制a0、a1在某一容許的限度內(nèi)。智能系統(tǒng)：傳感器與微處理器的職能化結(jié)合，通過(guò)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)和標(biāo)定來(lái)自動(dòng)減小或消除a0、a1的漂移，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的檢測(cè)系統(tǒng)。智能系統(tǒng)自校零和自校準(zhǔn)的通常采用的三種方法：三步測(cè)量校準(zhǔn)法-靜態(tài)校準(zhǔn)方法斜率比動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法-適合于寬量程、多（檔位）增益系統(tǒng)非線性輸入/輸出系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線標(biāo)定方法-實(shí)時(shí)在線三點(diǎn)非線性（最小二乘）擬合方法-適合有較大漂移和非線性和快速標(biāo)定要求系統(tǒng)4.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)噪聲抑制技術(shù)噪聲抑制技術(shù)是智能檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從受干擾信號(hào)中自動(dòng)快速、準(zhǔn)確定量地提取有用信號(hào)特征信息的最重要手段。噪聲抑制的基

22、本方法：-當(dāng)噪聲或干擾頻譜與有用信號(hào)頻譜不重合時(shí)，通過(guò)濾波技術(shù)減小或消除噪聲干擾。-當(dāng)兩者頻帶重疊時(shí)，需采用其他方法（如相關(guān)技術(shù)、平均技術(shù)等）加于處理。4.3.1 數(shù)字濾波技術(shù)一、濾波器概述頻率響應(yīng)特性：截止頻率，頻帶：低通、高通、帶通、帶阻等，理想濾波器特性；例：一階R-C濾波器傳遞函數(shù)及幅頻特性模擬濾波器與數(shù)字濾波器-連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)數(shù)字濾波器線性非時(shí)變數(shù)字濾波器所實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算可用常系數(shù)線性差分方程表示：遞歸型與非遞歸型濾波器當(dāng)bi全為零時(shí)，稱為非遞歸型濾波器，其當(dāng)前輸出與過(guò)去的輸出無(wú)關(guān)。當(dāng)bi不全為零時(shí)，稱為遞歸型濾波器，其當(dāng)前輸出不僅與過(guò)去的輸入有關(guān)，而且與過(guò)去的輸出有關(guān)。二、

23、數(shù)字濾波器基礎(chǔ)系統(tǒng)描述方法連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)：時(shí)域微分方程x(t) y(t)傳遞函數(shù)H(s)頻率特性H(j)離散時(shí)間系統(tǒng)：時(shí)域差分方程x(n) y(n)離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)H(Z)數(shù)字頻率特性H(j)2. 離散數(shù)字序列的Z變換Z變換的定義從拉氏變換到Z變換離散函數(shù)的Z變換Z變換的逆變換三種方法：冪級(jí)數(shù)展開法、留數(shù)法、部分分式展開法Z變換的基本性質(zhì)三、由連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)模擬濾波器H(s)求等效離 散時(shí)間系統(tǒng)數(shù)字濾波器H(z)基本思路利用成熟的模擬濾波器設(shè)計(jì)和分析方法實(shí)現(xiàn)等效數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)求解方法按系統(tǒng)要求首先設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的模擬濾波器，使幅頻特性滿足給定的|H(j)|，求得傳遞函數(shù)H(s)找出可按H(s)確定待

24、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器H(z)各系數(shù)的變換方法，使H(j)特性逼近H(j)由離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)到差分方程 近似等效變換方法：沖擊響應(yīng)不變法雙線性變換法階躍響應(yīng)法微分映射法匹配z變換法等沖擊響應(yīng)不變法使得數(shù)字濾波器的單位采樣響應(yīng)等于模擬濾波器沖擊響應(yīng)的等間隔采樣序列（的T倍） 例：一階R-C低通濾波器的等效數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)雙線性變換法梯形積分（Tustin）變換法基本變換公式為：例：由一階R-C低通濾波器推導(dǎo)雙線性變換公式關(guān)于上述等效變換方法的討論頻率響應(yīng)分析-沖擊響應(yīng)不變法變換中的信號(hào)頻域混迭問題Tustin變換中數(shù)字頻率與模擬頻率的尺度變換關(guān)系4.3.2 其他濾波技術(shù)頻譜分析處理技術(shù) 利用FFT實(shí)現(xiàn)的頻

25、域譜分析處理濾波法平均濾波技術(shù) 同步加算平均、移動(dòng)平均、中值濾波陷波濾波器設(shè)計(jì)對(duì)特定頻率噪聲抑制方法4.3.3 自適應(yīng)濾波技術(shù)概念： 在信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性非先驗(yàn)和非平穩(wěn)條件下，即在很少統(tǒng)計(jì)知識(shí)情況下，濾波器通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的連續(xù)遞歸處理，來(lái)調(diào)整改變其參數(shù)，逐步逼近最優(yōu)濾波結(jié)果。特點(diǎn)：濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù)h(T)是時(shí)變的，主要是通過(guò)內(nèi)部有限參數(shù)隨外部環(huán)境變化而調(diào)整，達(dá)到最佳濾波；具有按一定準(zhǔn)則調(diào)整修改上述參數(shù)的自適應(yīng)算法；濾波器通常是線性的（時(shí)變）系統(tǒng)。4.3.4 相關(guān)分析技術(shù) 當(dāng)有用信號(hào)和噪聲的頻帶重疊或噪聲幅值比有用信號(hào)幅值大時(shí)，利用相關(guān)分析可將有用信號(hào)從噪聲中提取出來(lái)。利用自相關(guān)函數(shù)檢測(cè)和識(shí)別淹沒

26、在隨機(jī)噪聲中的周期信號(hào)；利用相關(guān)估計(jì)去除信號(hào)中的特定頻率（如工頻等）干擾信號(hào)；利用自相關(guān)分析提取淹沒在噪聲中的微弱信號(hào)。4.4 頻率補(bǔ)償技術(shù)目的：通過(guò)頻率補(bǔ)償達(dá)到改善傳感檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，擴(kuò)展系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性頻段以滿足特定的信號(hào)檢測(cè)要求。方法：數(shù)字濾波法：在信號(hào)通道中，通過(guò)附加補(bǔ)償傳遞函數(shù)（數(shù)字濾波器）環(huán)節(jié)，使補(bǔ)償后的總傳遞函數(shù)達(dá)到動(dòng)態(tài)性能要求。頻域校正法：已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)W(s),通過(guò)FFT求得X(m)=Y(m)/W(m),再通過(guò)IFFT變換，求得X(m)x(t)。4.5 信息（數(shù)據(jù)）融合技術(shù)概念： 數(shù)據(jù)融合（Data fusion）是指智能檢測(cè)系統(tǒng)模擬人類大腦對(duì)多種感官信息進(jìn)行綜合處理的功

27、能，充分利用多個(gè)傳感器資源，通過(guò)對(duì)傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和使用，把在空間和時(shí)間上余冗或互補(bǔ)的信息，依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合來(lái)獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述。定義： 傳感器數(shù)據(jù)融合就是充分利用不同時(shí)間和空間的多傳感器信息資源，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的多種傳感器信息在一定準(zhǔn)則下加于自動(dòng)分析、綜合、支配和利用，獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述，以完成所需的決策與估計(jì)，使系統(tǒng)獲得比其各組成部分單獨(dú)作用時(shí)更加優(yōu)越的性能。數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)及層次： 結(jié)構(gòu)：串行、并行和混合融合結(jié)構(gòu) 層次：像素級(jí)融合 特征級(jí)融合 決策級(jí)融合 關(guān)鍵技術(shù)： 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 融合算法數(shù)據(jù)融合方法：基于數(shù)據(jù)加權(quán)處理的融合方法基于（n維）曲面數(shù)據(jù)擬合的融合方法基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)融合方法基于狀態(tài)最近鄰域法的數(shù)據(jù)特征融合方法其他數(shù)據(jù)融合方法Chapt.5