現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)演示文稿

現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共73頁(yè)。優(yōu)選現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)當(dāng)前2頁(yè)，總共73頁(yè)。技術(shù)基礎(chǔ)硬件基礎(chǔ)：新材料、新傳感器件的開(kāi)發(fā)。精密機(jī)械、微電子技術(shù)的發(fā)展。基礎(chǔ)理論和技術(shù)：應(yīng)用物理、應(yīng)用化學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)領(lǐng)域的基本理論及科研成果；軟件基礎(chǔ)：包括微處理器系統(tǒng)在內(nèi)的微電子技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、參數(shù)估計(jì)和識(shí)別技術(shù)，數(shù)據(jù)融合技術(shù)。應(yīng)用方法：基于測(cè)量機(jī)理或模型辨識(shí)的傳感器模型的求取；測(cè)量公式、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，或知識(shí)庫(kù)形式的表達(dá)。基于信號(hào)（數(shù)據(jù)）分析與處理的參數(shù)預(yù)估和識(shí)別。當(dāng)前3頁(yè)，總共73頁(yè)。構(gòu)成特點(diǎn)：當(dāng)前4頁(yè)，總共73頁(yè)。5.2軟測(cè)量技術(shù)

80年代末期明確提出軟測(cè)量的概念，依據(jù)對(duì)易測(cè)變量的測(cè)量及易測(cè)變量與被測(cè)變量（主導(dǎo)變量）間的數(shù)學(xué)關(guān)系（軟測(cè)量模型），利用數(shù)學(xué)計(jì)算和估計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)變量測(cè)量的技術(shù)。特點(diǎn)：基于多傳感器之上，存在大量數(shù)據(jù)處理，適用于工程應(yīng)用中對(duì)象特性及環(huán)境變化影響較大的參數(shù)的工程測(cè)量。易于實(shí)現(xiàn)，在通用性、靈活性及成本等方面具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前5頁(yè)，總共73頁(yè)。5.2.1軟測(cè)量技術(shù)方法1）系統(tǒng)框圖輔助變量的選擇；數(shù)據(jù)采集及處理；軟測(cè)量模型的建立；模型校正

關(guān)鍵步驟：當(dāng)前6頁(yè)，總共73頁(yè)。2）輔助變量的選擇要點(diǎn)：變量類(lèi)型，數(shù)量，測(cè)點(diǎn)位置①選取基礎(chǔ)：基于對(duì)對(duì)象的機(jī)理分析和實(shí)際工況的了解。考慮事項(xiàng)：可行性、可靠性、易維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性等②基本原則：a.適用性，工程上易于在線獲取并有一定的測(cè)量精度。b.靈敏性，對(duì)對(duì)象輸出(被測(cè)變量)或不可測(cè)擾動(dòng)能作出快速反應(yīng)。c.特異性，對(duì)對(duì)象輸出(被測(cè)變量)或不可測(cè)擾動(dòng)之外的干擾不敏感。d.準(zhǔn)確性，構(gòu)成的軟儀表應(yīng)能夠滿足準(zhǔn)確度要求。e.魯棒性，對(duì)模型誤差不敏感。當(dāng)前7頁(yè)，總共73頁(yè)。③輔助變量數(shù)量：下限值：被估計(jì)主導(dǎo)變量的個(gè)數(shù)；上限值：系統(tǒng)能可靠在線獲取的變量總數(shù)。相關(guān)影響因素：自由度、測(cè)量噪聲、模型不確定性自由度:獨(dú)立變量數(shù)過(guò)程工業(yè):

F=C–P+2F：自由度，C：組分?jǐn)?shù)，P：相數(shù)數(shù)量確定方法：一般建議從系統(tǒng)的自由度出發(fā)，確定輔助變量的最小個(gè)數(shù)，并結(jié)合實(shí)際對(duì)象的特點(diǎn)適當(dāng)增加輔助變量個(gè)數(shù)，以便更好地處理動(dòng)態(tài)特性等問(wèn)題。當(dāng)前8頁(yè)，總共73頁(yè)。④檢測(cè)點(diǎn)：應(yīng)根據(jù)主導(dǎo)變量的測(cè)量要求，選擇具有強(qiáng)影響力的參數(shù)點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn)。一般情況下，變量數(shù)目的選擇準(zhǔn)則也往往應(yīng)用于檢測(cè)點(diǎn)位置的選擇。輔助變量的數(shù)目和位置通常是同時(shí)確定的。當(dāng)前9頁(yè)，總共73頁(yè)。3）測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟測(cè)量結(jié)果的可靠性在很大程度上依賴于測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，因此，數(shù)據(jù)處理是軟測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面?；緝?nèi)容：數(shù)據(jù)校正、數(shù)據(jù)變換①數(shù)據(jù)校正a.隨機(jī)誤差處理常用方法：濾波法：高通、低通，數(shù)據(jù)平滑。數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)技術(shù)基于平衡關(guān)系建立以估計(jì)值與測(cè)量值的方差為最小的優(yōu)化估計(jì)模型，為測(cè)量數(shù)據(jù)提供一個(gè)最優(yōu)估計(jì)，并據(jù)此檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差。數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)技術(shù)是一個(gè)約束條件下的優(yōu)化技術(shù)。當(dāng)前10頁(yè)，總共73頁(yè)。b.顯著誤差處理常用方法：理論分析法硬件冗余法利用多種方法測(cè)量同一變量，通過(guò)結(jié)果比較識(shí)別顯著誤差。統(tǒng)計(jì)分析法當(dāng)前11頁(yè)，總共73頁(yè)。②數(shù)據(jù)變換主要內(nèi)容：標(biāo)度變換、轉(zhuǎn)換、權(quán)函數(shù)標(biāo)度變換：采用合適的因子實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，保證算法的精度和穩(wěn)定性；轉(zhuǎn)換：直接轉(zhuǎn)化以及以新變量替換原變量，從而降低非線性。權(quán)函數(shù)：通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)臋?quán)函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償以及體現(xiàn)輔助變量的重要度。當(dāng)前12頁(yè)，總共73頁(yè)。4）軟測(cè)量模型的建立構(gòu)造軟儀表的本質(zhì)就是建立數(shù)學(xué)模型（軟測(cè)量模型）問(wèn)題。是軟儀表的核心。軟測(cè)量模型：表征輔助變量和主導(dǎo)變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。注意：與一般系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的區(qū)別：一般數(shù)學(xué)模型：描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)特征，用于系統(tǒng)分析及優(yōu)化。軟測(cè)量模型：描述輔助變量與主導(dǎo)變量之間的關(guān)系，完成由輔助變量到主導(dǎo)變量的映射。當(dāng)前13頁(yè)，總共73頁(yè)。軟測(cè)量模型建立方法：①基于工藝機(jī)理分析的軟測(cè)量主要是運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、物料平衡、能量平衡、動(dòng)量平衡等原理，建立主導(dǎo)變量與輔助變量之間的關(guān)系模型。是工程中常用的方法。特點(diǎn)：對(duì)于工藝機(jī)理較為清楚的工藝過(guò)程，該方法能構(gòu)造出性能較好的軟儀表。工程背景清晰，便于實(shí)際應(yīng)用。模型具有較好的外延性.建模的難度較大。對(duì)于機(jī)理研究不充分、尚不完全清楚的復(fù)雜工業(yè)過(guò)程，難以建立合適的機(jī)理模型。當(dāng)前14頁(yè)，總共73頁(yè)。②基于回歸分析的軟測(cè)量是軟測(cè)量建模的基本方法，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。主要手段：多元線性回歸（MLR）、多元逐步回歸（MSR）、主元分析和主元回歸（PCA、PCR）、最小二乘(LSR)；特點(diǎn)：簡(jiǎn)單實(shí)用，需要大量的樣本(數(shù)據(jù))，對(duì)測(cè)量誤差較為敏感。所建立的模型具有一定的應(yīng)用范圍限制(外延性不好)。以最小二乘原理為基礎(chǔ)的一元和多元線性回歸技術(shù)目前已相當(dāng)成熟，常用于線性模型的擬合。當(dāng)前15頁(yè)，總共73頁(yè)。③基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量是近年來(lái)研究最多、發(fā)展很快和應(yīng)用范圍很廣泛的一種軟測(cè)量技術(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及建模特點(diǎn)結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、聯(lián)想記憶、自適應(yīng)和非線性逼近等功能；可根據(jù)對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)直接建模。能適用于高度非線性和嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)；并行運(yùn)算，速度較快。完美的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的獲得較困難。當(dāng)前16頁(yè)，總共73頁(yè)。④基于模糊數(shù)學(xué)的軟測(cè)量模糊數(shù)學(xué)模仿人腦邏輯思維特點(diǎn)，是處理復(fù)雜系統(tǒng)的一種有效手段。建立的模型是一種知識(shí)型模型。適用于被測(cè)對(duì)象呈亦此亦彼的不確定性，難于用常規(guī)數(shù)學(xué)方法定量描述的場(chǎng)合。實(shí)際應(yīng)用中一般將模糊技術(shù)與其他人工智能技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。當(dāng)前17頁(yè)，總共73頁(yè)。⑤基于相關(guān)分析的軟測(cè)量以隨機(jī)過(guò)程中相關(guān)分析理論為基礎(chǔ)，利用兩個(gè)或多個(gè)可測(cè)信號(hào)間的相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)某一參數(shù)的測(cè)量。具體實(shí)現(xiàn)方法為互相關(guān)分析方法。利用各輔助變量間的互相關(guān)特性進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。主要應(yīng)用于測(cè)量難測(cè)流體流速或流量的在線測(cè)量和故障診斷。當(dāng)前18頁(yè)，總共73頁(yè)。5.2.2軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)1）基于工藝機(jī)理分析方法例：反應(yīng)再生系統(tǒng)催化劑循環(huán)量和焦炭氫含量的軟測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：當(dāng)前19頁(yè)，總共73頁(yè)。催化劑循環(huán)量的軟測(cè)量模型軟測(cè)量方法主要有：熱平衡法，炭（物料）平衡法熱平衡法利用再生器的熱平衡實(shí)現(xiàn)催化劑循環(huán)量的估算熱平衡關(guān)系式：式中：

Q1：再生器中的反應(yīng)熱，（炭、氫燃燒）kJ/h；

Q2：焦炭的脫附熱，kJ/h；

Q3：空氣、焦炭和蒸汽的升溫?zé)?，kJ/h；

Q4：散熱損失，kJ/h；

Q5：催化劑升溫所需要的熱量，kJ/h；當(dāng)前20頁(yè)，總共73頁(yè)。已知：Q5與催化劑循環(huán)量存在關(guān)系（工藝知識(shí)）式中：

R：催化劑循環(huán)量，kg/h；

△t：再生劑與待生劑之間溫差，K；

cp：催化劑比熱，kJ/(kg·K)。對(duì)上述二式聯(lián)立求解：熱平衡法催化劑循環(huán)量軟測(cè)量模型：當(dāng)前21頁(yè)，總共73頁(yè)。炭平衡法利用物料平衡原理：煙氣中帶出的炭含量等于循環(huán)催化劑帶入的炭含量。依據(jù)炭含量平衡的催化劑循環(huán)量軟測(cè)量模型：Cw：煙氣中帶出炭含量△C：待生劑與再生劑的炭含量差。當(dāng)前22頁(yè)，總共73頁(yè)。b.焦炭氫含量軟測(cè)量模型焦炭氫含量是衡量催化裂化裝置氣提段性能的重要指標(biāo)。焦炭的氫含量一般通過(guò)對(duì)再生器作氧平衡來(lái)計(jì)算（依據(jù)煙氣分析數(shù)據(jù)）進(jìn)入再生器的氧量：排出再生器的氧量：A：進(jìn)入再生器的總空氣流量

：煙氣中O2、CO、CO2含量F：煙氣流量當(dāng)前23頁(yè)，總共73頁(yè)。由氧平衡知水的生成量為：氮和氬在煙氣中的總含量，摩爾分量，：氮和氬在空氣中的體積百分含量，另外，根據(jù)氮平衡得式中聯(lián)立求解得：當(dāng)前24頁(yè)，總共73頁(yè)。設(shè)煙氣中SO2和NOx含量可忽略，則焦炭中的氫含量MH和炭量MC分別為如此，得氫含量CH（質(zhì)量百分比）軟測(cè)量模型為例：煙氣組成數(shù)據(jù)為：（摩爾百分?jǐn)?shù)）O2：0.5，CO：8.0，CO2：12.0，N2：79.5則：氫含量：CH=7.1%當(dāng)前25頁(yè)，總共73頁(yè)。2）基于回歸分析的軟測(cè)量是確定變量間相關(guān)關(guān)系的一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。在檢測(cè)過(guò)程中常用于關(guān)聯(lián)各種過(guò)程變量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立軟測(cè)量模型對(duì)難以直接測(cè)量的變量進(jìn)行估計(jì)。主要應(yīng)用方法：主元回歸（PCR）部分最小二乘法（PLS）注意：對(duì)于線性系統(tǒng)采用PCR或PLS效果基本相同，對(duì)于非線性回歸，PLS將優(yōu)于PCR法。當(dāng)前26頁(yè)，總共73頁(yè)。最小二乘原理式設(shè)：軟測(cè)量問(wèn)題被測(cè)變量：y

輔助變量：xi；i=1，2，……，m

誤差變量：e或有：β：待定系數(shù)當(dāng)前27頁(yè)，總共73頁(yè)。例：篩板塔點(diǎn)效率的軟測(cè)量由物料平衡關(guān)系和液相組成知液相點(diǎn)效率EOL有關(guān)系式：式中其中施密特準(zhǔn)數(shù)液相表面張力修正后的氣相雷諾準(zhǔn)數(shù)當(dāng)前28頁(yè)，總共73頁(yè)。線性化得：回歸結(jié)果：A=0.00935，a=0.15,b=0.222,c=0.365軟測(cè)量模型回歸數(shù)據(jù)：20851512281582019155427449520826040768676359.6文獻(xiàn)指出，在下述范圍內(nèi)模型具有良好效果回歸模型當(dāng)前29頁(yè)，總共73頁(yè)。3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量方法a.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測(cè)量建模基本特點(diǎn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法屬于辨識(shí)建模；建模的全部或部分過(guò)程為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程；一般所建模型為隱式，不能描述為一般數(shù)學(xué)表達(dá)式，模型參數(shù)蘊(yùn)含于網(wǎng)絡(luò)連接的權(quán)值中；模型的輸入為輔助變量，輸出為被測(cè)變量，模型易于實(shí)現(xiàn)；對(duì)非線性映射關(guān)系的逼近性良好；需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；當(dāng)前30頁(yè)，總共73頁(yè)。b.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前31頁(yè)，總共73頁(yè)。c.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法通過(guò)樣本訓(xùn)練的方法實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立基本步驟：確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定訓(xùn)練樣本確定網(wǎng)絡(luò)變換函數(shù)及訓(xùn)練方法實(shí)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練當(dāng)前32頁(yè)，總共73頁(yè)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定選擇網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型：如BP網(wǎng)絡(luò)，RBF網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：輸入層節(jié)點(diǎn)：所選輔助變量個(gè)數(shù)。輸出層節(jié)點(diǎn)：需要進(jìn)行軟測(cè)量的變量數(shù)。中間(隱層)節(jié)點(diǎn)：目前尚沒(méi)有一個(gè)很好的確定方法。訓(xùn)練樣本（數(shù)據(jù)）的提?。河?xùn)練數(shù)據(jù)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源：理想輸入輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、過(guò)程實(shí)測(cè)輸入輸出數(shù)據(jù)。一般要求：訓(xùn)練數(shù)據(jù)組數(shù)要遠(yuǎn)大于需要進(jìn)行軟測(cè)量的變量數(shù)。當(dāng)前33頁(yè)，總共73頁(yè)。

網(wǎng)絡(luò)變換函數(shù)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)完成其學(xué)習(xí)訓(xùn)練過(guò)程，并且在應(yīng)用中通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)按照一定的規(guī)律將輸入端信息傳送到輸出端。常用的轉(zhuǎn)換函數(shù)如圖所示：當(dāng)前34頁(yè)，總共73頁(yè)。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練訓(xùn)練方法有教師學(xué)習(xí)事先給定一些標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)中，在給定的一組輸入數(shù)據(jù)下的網(wǎng)絡(luò)輸出與給定的期望輸出進(jìn)行比較，通過(guò)二者差異調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，最終的訓(xùn)練結(jié)果使其差異達(dá)到給定的范圍內(nèi)。無(wú)教師學(xué)習(xí)不存在教師信號(hào)，相應(yīng)地事先設(shè)定一套學(xué)習(xí)規(guī)則，學(xué)習(xí)系統(tǒng)按照環(huán)境提供數(shù)據(jù)的某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律及事先設(shè)定的規(guī)則自動(dòng)調(diào)整權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)具有某一特定功能。再勵(lì)學(xué)習(xí)介于上述二者學(xué)習(xí)方式之間的一種學(xué)習(xí)方式，在這種學(xué)習(xí)中，環(huán)境將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的輸出給出評(píng)價(jià)信息（獎(jiǎng)或罰），學(xué)習(xí)系統(tǒng)將通過(guò)這些系統(tǒng)調(diào)整權(quán)值，改善自身特性。當(dāng)前35頁(yè)，總共73頁(yè)。d.建模形式利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接建模用網(wǎng)絡(luò)代替常規(guī)的數(shù)學(xué)模型描述輔助變量和主導(dǎo)變量間的關(guān)系，完成由可測(cè)信息空間到主導(dǎo)變量的映射，實(shí)現(xiàn)軟測(cè)量。原理圖：特點(diǎn)：所建模型屬黑箱模型，模型特性隱含于網(wǎng)絡(luò)權(quán)值中，不能寫(xiě)出顯式數(shù)學(xué)模型。模型特性外延性不好。當(dāng)前36頁(yè)，總共73頁(yè)。與常規(guī)模型相結(jié)合，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)常規(guī)模型的模型參數(shù)并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟測(cè)量，原理圖：特點(diǎn)：所建模型屬于灰箱模型，模型可用顯式表示。模型描述特性介于機(jī)理模型與黑箱模型之間。特性外延有一定誤差。當(dāng)前37頁(yè)，總共73頁(yè)。e.注意事項(xiàng)：在實(shí)際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的數(shù)量和質(zhì)量、學(xué)習(xí)算法、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和類(lèi)型等的選擇對(duì)所構(gòu)成軟儀表的性能都有重大影響。當(dāng)前38頁(yè)，總共73頁(yè)。5.3智能檢測(cè)智能檢測(cè)系統(tǒng)是以微機(jī)為核心，以檢測(cè)為目的的系統(tǒng)。主要包括功能：測(cè)量、檢驗(yàn)、故障診斷、信息處理和決策、輸出等。1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：當(dāng)前39頁(yè)，總共73頁(yè)。傳感器：完成信號(hào)獲取，將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理：將傳感器來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大、整流、濾波及線性化處理。實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的去噪、形式轉(zhuǎn)換和信號(hào)幅值變換，使之滿足數(shù)據(jù)采集板的要求。數(shù)據(jù)采集：完成信號(hào)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、多通道信號(hào)分時(shí)采樣、連續(xù)信號(hào)的時(shí)間序列離散化數(shù)字量（或脈沖頻率）處理。計(jì)算機(jī)：系統(tǒng)的中樞，在軟件作用下進(jìn)行信號(hào)采集和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)運(yùn)算分析、記錄以及顯示輸出。當(dāng)前40頁(yè)，總共73頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)和各測(cè)量設(shè)備間進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)倪B接設(shè)備，主要是解決各產(chǎn)品接口的統(tǒng)一問(wèn)題。主要功能：多臺(tái)設(shè)備的識(shí)別，接口中含有特定外圍設(shè)備通道碼（口地址），計(jì)算機(jī)通過(guò)地址線選擇外圍設(shè)備。實(shí)現(xiàn)信號(hào)暫存及脈沖寬度變換。完成信號(hào)邏輯極性和邏輯電平轉(zhuǎn)換（如TTL邏輯電平和MOS器件的電平極性相反）。完成數(shù)據(jù)代碼形式轉(zhuǎn)換，如BCD碼、二進(jìn)制碼以及串行碼和并行碼轉(zhuǎn)換。常用標(biāo)準(zhǔn)接口：

RS-232C（串行）接口總線

HP-IB（并行）接口總線當(dāng)前41頁(yè)，總共73頁(yè)。2）智能檢測(cè)系統(tǒng)主要軟件系統(tǒng)軟件：計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的軟件應(yīng)用軟件：測(cè)試程序、控制程序、數(shù)據(jù)處理程序、界面生成程序當(dāng)前42頁(yè)，總共73頁(yè)。主要特點(diǎn)：開(kāi)發(fā)性強(qiáng)，可靠性高：可通過(guò)開(kāi)發(fā)不同軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能；減少了硬件電路和元件數(shù)量，減少了故障發(fā)生率，提高了可靠性。測(cè)量速度快：計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為智能檢測(cè)的快速性提供了條件。高度的靈活性：以軟件為工作核心的智能檢測(cè)系統(tǒng)可以方便地更改功能和性能指標(biāo)。可提供多種形式的數(shù)據(jù)輸出，可以方便地與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。智能化數(shù)據(jù)處理：在線線性化、相關(guān)性分析。多數(shù)據(jù)融合：可配備多個(gè)檢測(cè)通道，依據(jù)相關(guān)特性實(shí)現(xiàn)多傳感器信息融合，提高測(cè)量精度。自查及診斷：實(shí)現(xiàn)自檢查，顯示故障信息檢測(cè)過(guò)程的軟件控制：自動(dòng)校準(zhǔn)、自補(bǔ)償、過(guò)載保護(hù)、報(bào)警及檢測(cè)功能（通道、方式）選擇。當(dāng)前43頁(yè)，總共73頁(yè)。5.4虛擬儀器檢測(cè)技術(shù)虛擬儀器(VirtualInstrument)是指在計(jì)算機(jī)上由用戶設(shè)計(jì)定義，利用計(jì)算機(jī)顯示器（CRT）來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、測(cè)量、運(yùn)算、分析、處理等功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、總線技術(shù)和圖形處理等技術(shù)，利用圖形化語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)的一種儀器。是建立在標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的硬件和軟件平臺(tái)的一個(gè)完全開(kāi)放的儀器集成系統(tǒng)。當(dāng)前44頁(yè)，總共73頁(yè)。虛擬儀器面板示例當(dāng)前45頁(yè)，總共73頁(yè)。5.4.1虛擬儀器的構(gòu)成框圖虛擬儀器是以個(gè)人計(jì)算機(jī)為核心，通過(guò)測(cè)量軟件支持，具有虛擬儀器面板功能、儀器硬件和通訊功能的信息處理裝置。虛擬儀器通常包括：計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件。虛擬儀器基本構(gòu)成框圖：當(dāng)前46頁(yè)，總共73頁(yè)。5.4.2虛擬儀器的硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是虛擬儀器的工作基礎(chǔ)，主要完成功能：測(cè)試信號(hào)采集、傳輸和顯示。硬件系統(tǒng)構(gòu)成：計(jì)算機(jī)提供高效數(shù)據(jù)處理功能及顯示功能微處理器、存儲(chǔ)器、顯示器等測(cè)量功能硬件主要用于采集和傳輸信號(hào)主要有：GPIB儀器模塊

VXI儀器模塊

PXI儀器模塊或數(shù)據(jù)采集卡虛擬儀器的硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件測(cè)量功能硬件當(dāng)前47頁(yè)，總共73頁(yè)。1)GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)儀器控制系統(tǒng)

GPIB技術(shù)是虛擬儀器發(fā)展的第一階段。

GPIB把可編程儀器與計(jì)算機(jī)緊密地聯(lián)系起來(lái)，使電子測(cè)量由獨(dú)立的、手工操作的單臺(tái)儀器向組成大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方向邁進(jìn)。典型GPIB儀器控制系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口板卡和若干臺(tái)GPIB儀器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的GPIB電纜連接而構(gòu)成。構(gòu)成示意圖：當(dāng)前48頁(yè)，總共73頁(yè)?；緮?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況下，一個(gè)GPIB接口板可帶14臺(tái)儀器；電纜長(zhǎng)度：＜20m；數(shù)據(jù)傳輸速率約為1Mbytes/s。功能：可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測(cè)試的誤差。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試，提高了可靠性和效率?？煞奖愕亟M合多臺(tái)儀器，形成較大規(guī)模的檢測(cè)系統(tǒng)；高效、靈活地完成各種不同規(guī)模的測(cè)試任務(wù)?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析處理算法擴(kuò)展儀器功能。。當(dāng)前49頁(yè)，總共73頁(yè)。2)VXI總線儀器系統(tǒng)是基于高速計(jì)算機(jī)總線—VME(VersabusModuleEurocard)在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展總線平臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。具有標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)，定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用，以及眾多儀器廠家支持等特點(diǎn)。在組建大、中規(guī)模的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，以及對(duì)速度、精度要求較高的場(chǎng)合叫其他系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

VXI系統(tǒng)配置方案：

a.GPIB控制方案

b.嵌入式計(jì)算機(jī)控制方案

c.MXI總線控制方案當(dāng)前50頁(yè)，總共73頁(yè)。a.GPIB控制方案GPIB控制方案的數(shù)據(jù)傳輸速率約為1Mbytes/s。如果使用HS488協(xié)議可使GPIB的數(shù)據(jù)傳輸速率提高到1.6Mbytes/s（ISA總線）。優(yōu)點(diǎn)：可以利用熟悉的GPIB技術(shù)如同控制一臺(tái)GPIB儀器一樣來(lái)控制VXI儀器系統(tǒng)，且系統(tǒng)造價(jià)低。缺點(diǎn)：由于GPIB總線的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于VXI總線，形成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換的瓶頸。（VME總線帶寬：40Mbytes/s）應(yīng)用適用于對(duì)總線控制的實(shí)時(shí)性要求不高，并需在系統(tǒng)中集成較多GPIB儀器的場(chǎng)合；當(dāng)前51頁(yè)，總共73頁(yè)。b.嵌入式計(jì)算機(jī)控制方案一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)模塊除具有VXI系統(tǒng)控制功能外，還具有一臺(tái)通用PC機(jī)的全部功能。優(yōu)點(diǎn)：所有的模塊均插在VXI機(jī)箱的背板總線上，能實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳送(40Mbytes/s左右)，且體積緊湊，是實(shí)現(xiàn)VXI自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的最佳配置方案。缺點(diǎn)：配置方案的造價(jià)及升級(jí)費(fèi)用均較高。應(yīng)用：由于在系統(tǒng)的體積、控制速率和電磁兼容方面具有優(yōu)勢(shì)，因而在性能要求較高和投資較大的場(chǎng)合，如航天、軍用等應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞；當(dāng)前52頁(yè)，總共73頁(yè)。c.MXI總線控制方案MXI是一種多系統(tǒng)擴(kuò)展接口總線，相當(dāng)于把VXI機(jī)箱的背板總線拉到外部計(jì)算機(jī)上來(lái)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)VXI機(jī)箱間的32位數(shù)據(jù)交換。它可以直接把VXI內(nèi)存空間映射到外部計(jì)算機(jī)上，因此在提高數(shù)據(jù)傳輸速率方面有很多的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)點(diǎn)：綜合了第一種(GPIB)方案使用外部計(jì)算機(jī)靈活方便、易于升級(jí)以及第二種(VXI)方案高性能的優(yōu)點(diǎn)，且造價(jià)適中。同時(shí)還可以在外部計(jì)算機(jī)上加插GPIB接口卡、數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的系統(tǒng)集成。缺點(diǎn)：與內(nèi)嵌式方案相比，體積偏大，數(shù)據(jù)傳輸速率偏低。應(yīng)用：適用于在各種實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)科研系統(tǒng)以及對(duì)體積要求不高的場(chǎng)合使用。當(dāng)前53頁(yè)，總共73頁(yè)。3）PXI儀器總線系統(tǒng)一種專(zhuān)為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用獨(dú)自定制的模塊化儀器平臺(tái)。

PXI與VXI區(qū)別：主要是體現(xiàn)在各自的底層總線結(jié)構(gòu)不同。

VXI基于VME總線；

PXI基于PC機(jī)中廣泛應(yīng)用的PCI總線。特點(diǎn)：PCI總線最大帶寬：132Mbytes/s；可降低成本，零部件和軟件可容易地在PC產(chǎn)品供應(yīng)商購(gòu)得。設(shè)備尺寸小，能夠?yàn)楸銛y式、臺(tái)式或固定框架裝置提供通用平臺(tái)。PXI設(shè)備能夠被操作系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別。當(dāng)前54頁(yè)，總共73頁(yè)。5.4.3虛擬儀器軟件系統(tǒng)

1）軟件結(jié)構(gòu)圖測(cè)試管理層：是一個(gè)帶有易于操作界面、用于管理和執(zhí)行某一測(cè)試任務(wù)、它為測(cè)試系統(tǒng)與操作者的交互、被測(cè)器件分析、順序測(cè)試以及分支、循環(huán)等提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)的測(cè)試運(yùn)行程序，當(dāng)前55頁(yè)，總共73頁(yè)。測(cè)試程序?qū)樱禾峁┝酸槍?duì)產(chǎn)品的功能測(cè)試的軟件組件。在這些軟件中，幾乎所有用于測(cè)量、控制和通訊模塊的程序代碼均已編寫(xiě)完成，供用戶調(diào)用。用戶只需在開(kāi)發(fā)平臺(tái)上以圖形方式調(diào)出相應(yīng)的儀器功能模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，進(jìn)行連接組合，就可構(gòu)成一個(gè)具體的儀器，節(jié)省用戶大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間。驅(qū)動(dòng)程序?qū)樱簝x器驅(qū)動(dòng)程序是以源代碼的方式提供給用戶，用戶可以很容易地優(yōu)化和增強(qiáng)這些驅(qū)動(dòng)程序，用戶可迅速將儀器鏈入自己的測(cè)試系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動(dòng)程序可以在不同的系統(tǒng)和配置中重復(fù)使用。I/O接口層：在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化I/O接口軟件組件的通用內(nèi)核上，為用戶提供了一個(gè)一致的、跨計(jì)算機(jī)平臺(tái)的應(yīng)用編程接口(API)，使用戶的測(cè)試系統(tǒng)能夠自由靈活地選擇不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)和儀器硬件。當(dāng)前56頁(yè)，總共73頁(yè)。虛擬儀器軟件系統(tǒng)特點(diǎn)：這些軟件層的設(shè)計(jì)均以“與設(shè)備無(wú)關(guān)”為特征，極大地改善了開(kāi)發(fā)環(huán)境。虛擬儀器的本質(zhì)是面向?qū)ο?，由不同開(kāi)發(fā)人員采用不同開(kāi)發(fā)工具編寫(xiě)的測(cè)試程序可方便地集成在一個(gè)系統(tǒng)中。用戶可以使用單一的、前后一致的開(kāi)發(fā)工具完成測(cè)試程序的所有部分，包括用戶應(yīng)用程序、測(cè)試程序和儀器驅(qū)動(dòng)程序等。當(dāng)前57頁(yè)，總共73頁(yè)。2）軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。

常用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)：可視編程語(yǔ)言環(huán)境VisualC,VisualBASIC；NI公司推出LabVIEW和LabWindows/CVI；HP公司推出了VEE；Tektronix公司推出了TekTMS；當(dāng)前58頁(yè)，總共73頁(yè)。3）LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW是一種基于G語(yǔ)言的圖形化開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。LabVIEW軟件平臺(tái)是一種面向儀器的圖形化編程環(huán)境，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達(dá)測(cè)試、測(cè)量和控制、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化以及過(guò)程監(jiān)控。利用LabVIEW可以簡(jiǎn)化程序的開(kāi)發(fā)工作，以使用戶能快速、簡(jiǎn)便地完成自己的工作。使用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程序稱(chēng)為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱(chēng)為VI。程序前面板框圖程序圖標(biāo)/連接器VI當(dāng)前59頁(yè)，總共73頁(yè)。LabVIEW的選項(xiàng)板程序的創(chuàng)建主要依靠三個(gè)選項(xiàng)板：工具（Tools）選項(xiàng)板控件（Controls）選項(xiàng)板函數(shù)（Functions）選項(xiàng)板①工具選項(xiàng)板使用工具選項(xiàng)板中的工具可創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI。當(dāng)從工具模板中選擇了某種工具后，鼠標(biāo)光標(biāo)就變?yōu)樵摴ぞ叩男螤?，表示可以進(jìn)行某類(lèi)操作。當(dāng)前60頁(yè)，總共73頁(yè)。②控件選項(xiàng)板控件選項(xiàng)板只用于前面板，用來(lái)創(chuàng)建控制器和指示器。選項(xiàng)板中顯示的是一些子選項(xiàng)板的圖標(biāo)，點(diǎn)擊圖標(biāo)即可彈出該圖標(biāo)下的子選項(xiàng)板。當(dāng)前61頁(yè)，總共73頁(yè)。最常用的控件是：數(shù)值型、布爾型數(shù)值型Numeric主要完成參數(shù)設(shè)置和結(jié)果顯示。這些控件相當(dāng)于高級(jí)文本編程語(yǔ)言中的變量?？刂菩涂丶校簲?shù)字式、滑動(dòng)式、進(jìn)度條式、旋紐式、桶式指示型控件有：數(shù)字式、表盤(pán)式、溫度計(jì)式、彩色式當(dāng)前62頁(yè)，總共73頁(yè)。布爾型包含控制器和指示器：按鈕、開(kāi)關(guān)、指示燈按鍵等。當(dāng)前63頁(yè)，總共73頁(yè)。③函數(shù)選項(xiàng)板(FunctionsPalette)用于創(chuàng)建框圖程序當(dāng)前64頁(yè)，總共73頁(yè)。程序前面板程序前面板是VI的用戶界面，在此界面模擬真實(shí)儀表的前面板。程序前面板主要功能是設(shè)置輸入數(shù)值并觀測(cè)輸出量。在程序前面板上，輸入量被稱(chēng)為控制（Controls），輸出量被稱(chēng)為顯示（Indicator