現(xiàn)代檢測(cè)新技術(shù)課件

第15章現(xiàn)代檢測(cè)新技術(shù)第15章現(xiàn)代檢測(cè)新技術(shù)115.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念一、測(cè)量儀器發(fā)展的四個(gè)階段1、模擬儀器――借助表頭指針來顯示測(cè)量結(jié)果2、數(shù)字化儀器――以數(shù)字方式顯示測(cè)量結(jié)果3、智能儀器――內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能4、虛擬儀器――用計(jì)算機(jī)軟件和儀器軟面板實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)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(jì)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(chǔ)、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價(jià)格昂貴價(jià)格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴(kuò)展性差基于計(jì)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(fèi)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(fèi)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(diǎn)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(diǎn)415.1.2虛擬儀器的組成特點(diǎn)二、虛擬儀器的組成特點(diǎn)1、軟件和硬件功能的模塊化利用軟件對(duì)若干功能模塊進(jìn)行組態(tài)，以模擬一個(gè)或多個(gè)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(gè)包含所有應(yīng)用功能的子虛擬儀器的集合，而每臺(tái)虛擬儀器功能的差異就在于這個(gè)集合中的元素各不相同。15.1.2虛擬儀器的組成特點(diǎn)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(diǎn)二、虛擬儀器的組成特點(diǎn)3、儀器功能的軟件化在計(jì)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(diǎn)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(jí)接口(儀器驅(qū)動(dòng)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(cè)對(duì)象可通過測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的普通儀器設(shè)備，將測(cè)得數(shù)據(jù)(信息)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的精密測(cè)量設(shè)備或高檔次的微機(jī)化儀器去分析、處理；2、能實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的共享；3、可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處信息的實(shí)時(shí)變化的趨勢(shì)。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(chǎng)。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(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)一、現(xiàn)場(chǎng)總線是用于過程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，二、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的儀表單元的優(yōu)點(diǎn)1)徹底網(wǎng)絡(luò)化2)一對(duì)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(chǎng)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(chǎng)總線的儀表單元的優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)總線的儀表單元13圖15－2－1基于現(xiàn)場(chǎng)總線的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)圖15－2－1基于現(xiàn)場(chǎng)總線的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)1415.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)備充當(dāng)著網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)（包括遠(yuǎn)程）的在線測(cè)控。15.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(chǎng)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(jì)算機(jī)一樣成為了測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(cè)量技術(shù)

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

15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)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(cè)點(diǎn)位置等三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方面。輔助變量的選擇要基于對(duì)對(duì)象的機(jī)理分析和實(shí)際工況的了解。15.3軟測(cè)量技術(shù)15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法1815.3軟測(cè)量技術(shù)

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

15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法三、軟測(cè)量模型的建模――是軟測(cè)量的的核心問題。四、軟測(cè)量模型的校正1、軟測(cè)量模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化2、模型參數(shù)修正15.3軟測(cè)量技術(shù)15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)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(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和使用，把多傳感器在空間或時(shí)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(cè)對(duì)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(dú)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(jì)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(cè)新技術(shù)第15章現(xiàn)代檢測(cè)新技術(shù)2815.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念一、測(cè)量儀器發(fā)展的四個(gè)階段1、模擬儀器――借助表頭指針來顯示測(cè)量結(jié)果2、數(shù)字化儀器――以數(shù)字方式顯示測(cè)量結(jié)果3、智能儀器――內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能4、虛擬儀器――用計(jì)算機(jī)軟件和儀器軟面板實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)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(jì)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(chǔ)、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價(jià)格昂貴價(jià)格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴(kuò)展性差基于計(jì)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(fèi)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(fèi)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(diǎn)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(diǎn)3115.1.2虛擬儀器的組成特點(diǎn)二、虛擬儀器的組成特點(diǎn)1、軟件和硬件功能的模塊化利用軟件對(duì)若干功能模塊進(jìn)行組態(tài)，以模擬一個(gè)或多個(gè)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(gè)包含所有應(yīng)用功能的子虛擬儀器的集合，而每臺(tái)虛擬儀器功能的差異就在于這個(gè)集合中的元素各不相同。15.1.2虛擬儀器的組成特點(diǎn)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(diǎn)二、虛擬儀器的組成特點(diǎn)3、儀器功能的軟件化在計(jì)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(diǎn)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(jí)接口(儀器驅(qū)動(dòng)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(cè)對(duì)象可通過測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的普通儀器設(shè)備，將測(cè)得數(shù)據(jù)(信息)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給異地的精密測(cè)量設(shè)備或高檔次的微機(jī)化儀器去分析、處理；2、能實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的共享；3、可掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處信息的實(shí)時(shí)變化的趨勢(shì)。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(chǎng)。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(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)一、現(xiàn)場(chǎng)總線是用于過程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，二、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的儀表單元的優(yōu)點(diǎn)1)徹底網(wǎng)絡(luò)化2)一對(duì)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(chǎng)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(chǎng)總線的儀表單元的優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)總線的儀表單元40圖15－2－1基于現(xiàn)場(chǎng)總線的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)圖15－2－1基于現(xiàn)場(chǎng)總線的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)4115.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化儀器設(shè)備充當(dāng)著網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)（包括遠(yuǎn)程）的在線測(cè)控。15.2.3面向Internet的網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(chǎng)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(jì)算機(jī)一樣成為了測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(cè)量技術(shù)

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

15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)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(cè)點(diǎn)位置等三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方面。輔助變量的選擇要基于對(duì)對(duì)象的機(jī)理分析和實(shí)際工況的了解。15.3軟測(cè)量技術(shù)15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法4515.3軟測(cè)量技術(shù)

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

15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法三、軟測(cè)量模型的建模――是軟測(cè)量的的核心問題。四、軟測(cè)量模型的校正1、軟測(cè)量模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化2、模型參數(shù)修正15.3軟測(cè)量技術(shù)15.3.2軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)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