第14課檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用

第14章檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用

14.1現(xiàn)代檢測(cè)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(jī)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(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代檢測(cè)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(chǔ)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(yǔ)言，體積小，專用性強(qiáng)。1.智能儀器2.個(gè)人儀器3.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)14.1.2個(gè)人儀器：

個(gè)人儀器又稱個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它是以個(gè)人計(jì)算機(jī)（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(cè)系統(tǒng)。

組裝個(gè)人儀器時(shí)，將傳感器信號(hào)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(jī)總線擴(kuò)展槽中或?qū)⒔涌诤械腢SB插頭插入計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插座上，編寫相應(yīng)的軟件就可以完成自動(dòng)檢測(cè)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(jī)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(gè)人儀器一體化工作站（續(xù)）

工業(yè)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）機(jī)箱

工控機(jī)的抗電磁干擾能力、防振、防潮、防塵能力均較強(qiáng)，有較多的擴(kuò)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(jī)的價(jià)格比個(gè)人電腦貴，但可靠性強(qiáng)得多，性能價(jià)格比高，適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件較惡劣的場(chǎng)合使用。工業(yè)級(jí)底板（參考研祥智能科技有限公司資料）底板上的擴(kuò)展槽用于插接各種數(shù)據(jù)采集卡PCI擴(kuò)展槽ISA擴(kuò)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(kuò)展附件，用于連接傳感器信號(hào)光耦25芯排線數(shù)據(jù)鎖存器去計(jì)算機(jī)ISA槽傳感器信號(hào)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(hào)線接線端子輸出信號(hào)接線端子去計(jì)算機(jī)PCI槽其他端子擴(kuò)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(jī)

筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)

信號(hào)從USB插口輸入筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)

USB接口盒及接口線利用USB擴(kuò)展插頭可配接多個(gè)接口盒信號(hào)輸入U(xiǎn)SB接口卡及USB線嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳感器信號(hào)采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡14.1.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是以工控機(jī)為核心，以標(biāo)準(zhǔn)接口總線為基礎(chǔ)，以可程控的多臺(tái)智能儀器為下位機(jī)組合而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以通過各種標(biāo)準(zhǔn)總線成為其它級(jí)別更高的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動(dòng)測(cè)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(cè)試子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例

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

一個(gè)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)來快速地測(cè)量鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)上許多重要部位的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、應(yīng)力、燃燒狀況等熱工、機(jī)械參數(shù)，還必須測(cè)量發(fā)電機(jī)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行綜合處理，將各被監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)字或模擬顯示，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行工況，對(duì)某些超限參數(shù)進(jìn)行聲光報(bào)警或采取緊急措施。在上述這個(gè)系統(tǒng)中，需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種機(jī)械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計(jì)算機(jī)采樣和運(yùn)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(jī)組汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)2、陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測(cè)量。它采用工控機(jī)，它帶有硬盤、總線接口、彩色顯示器、打印機(jī)等。該系統(tǒng)將巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路及控制電路裝在獨(dú)立的接口箱中，其中裝有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行輸入／輸出接口等，接口箱與主機(jī)之間通過并行接口插卡與計(jì)算機(jī)通信。

隧道窯外形隧道窯計(jì)算機(jī)檢測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)，將一次儀表送來的流量信號(hào)對(duì)時(shí)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(cè)量瞬時(shí)流量，因此必須首先測(cè)出差壓⊿p。由于溫度和壓力會(huì)引起流體的密度的變化，有時(shí)還需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償，所以必須測(cè)出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，還必須測(cè)量熱電偶的冷端（室溫）溫度上述四種信號(hào)先由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)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(gè)低內(nèi)阻的1~5V電壓信號(hào)：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個(gè)電壓信號(hào)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(jī)計(jì)算出累積流量。

NY-Ⅰ型智能化流量積算儀計(jì)算機(jī)接口電路原理框圖4、傳感器在模糊控制洗衣機(jī)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(yàn)、知識(shí)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(duì)像。模糊洗衣機(jī)能自動(dòng)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(shí)間、攪拌與水流方式、脫水時(shí)間等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)。不但使洗衣機(jī)省電、省水、省洗滌劑，又能減少衣物磨損。模糊洗衣機(jī)的模糊推理14.2傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅鳎瑱C(jī)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(cè)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(duì)象，并得到定量結(jié)果光敏管、光電斷續(xù)器色覺對(duì)象的色彩及濃度利用顏色識(shí)別對(duì)象的場(chǎng)合彩色攝影機(jī)、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(dòng)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(shí)別物體光敏陣列、CCD等接觸覺與對(duì)象是否接觸，接觸的位置決定對(duì)象位置，識(shí)別對(duì)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(dòng)開關(guān)、薄膜接點(diǎn)、壓敏高分子材料壓覺對(duì)物體的壓力、握力、壓力分布控制握力，識(shí)別握持物，測(cè)量物體彈性壓電元件、導(dǎo)電橡膠、壓敏高分子材料力覺機(jī)器人有關(guān)部件（如手指）所受外力及轉(zhuǎn)矩控制手腕移動(dòng)，伺服控制，正確完成作業(yè)應(yīng)變片、導(dǎo)電橡膠接近覺對(duì)象物是否接近，接近距離，對(duì)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(diǎn)式、光電旋轉(zhuǎn)傳感器、角編碼器、振動(dòng)檢測(cè)器機(jī)器人傳感器分類

傳感器在機(jī)器人身上的分布

能踢球的機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)的球類有正確反應(yīng)的機(jī)器人能打網(wǎng)球的機(jī)器人機(jī)器人足球比賽能行走的機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人伴舞機(jī)器人奏樂可愛的小機(jī)器人能上臺(tái)階并避開障礙物的機(jī)器人能自己站起來的機(jī)器人軍事機(jī)器人我國(guó)引進(jìn)的排爆機(jī)器人進(jìn)攻型機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人核工業(yè)機(jī)器人汽車噴漆機(jī)器人機(jī)器人的手機(jī)械手在汽車加工中的應(yīng)用機(jī)械手能按照程序焊接和安裝汽車部件，是機(jī)器人的雛形。激光焊接機(jī)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(dòng)機(jī)、底盤和電氣設(shè)備三大部分，可分成燃料系、點(diǎn)火系、傳動(dòng)系、轎廂系等幾個(gè)系統(tǒng)，每一部分均安裝有許多檢測(cè)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(dòng)軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)福特林肯Navigator底盤發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸排氣管前剎車盤后輪懸掛減速箱汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置，其作用是使吸入的燃料燃燒而產(chǎn)生動(dòng)力，通過傳動(dòng)系統(tǒng)，使汽車行駛。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)主要由汽缸、燃料系、點(diǎn)火系、起動(dòng)系、冷卻系及潤(rùn)滑系等組成。汽車的工作過程均是在電控單元ECU控制下進(jìn)行的。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的解剖圖與發(fā)動(dòng)機(jī)配套使用的各種傳感器進(jìn)氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進(jìn)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