第15章现代检测新技术

第1 5章现代检测新技术

15.1虚拟仪器

15.1.1虚拟仪器的概念

一、测量仪器发展的四个阶段

1、模拟仪器一一借助表头指针来显示测量结果

2、数字化仪器一一以数字方式显示测量结果

3、智能仪器一一内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理功能

4、虚拟仪器一一用计算机软件和仪器软面板实现仪器的测量和控制功能。

虚重要方向

15.1.2虚拟仪器的组成特点

一、仪器最基本的组成模块

1、输入模块

2、输出模块

3、数据处理模块

二、虚拟仪器的组成特点

1、软件和硬件功能的模块化

利用软件对若干功能模块进行组态，以模拟一个或多个传统仪器及其功能。

2、软件和硬件功能的分层图15- 1 —1

具备所需完整功能的顶层虚拟仪器是一个包含所有应用功能的子虚拟仪器的集合，而每台虚拟仪

器功能的差异就在于这个集合中的元素各不相同。

3、仪器功能的软件化

在计算机屏幕上形成软面板不仅能够在外观和操作上模仿传统仪器，而且还可以

根据需要通过软件来选择仪器的功能设置和改变面板的控制方式。

15.1.3虚拟仪器的体系结构图15—1 —2

一、虚拟仪器硬件

1、插入式数据采集（简称DAQ）卡

2、VXI总线

二、应用软件的主要作用：

1、 提供集成的开发环境、

2、 提供仪器硬件的高级接口 （仪器驱动程序）

3、 提供虚拟仪器的用户接口。

15.2网络化仪器和网络化传感器

15.2.1网络化仪器的概念

网络化仪器一一具备网络功能的新型仪器：

1、 被测对象可通过测试现场的普通仪器设备，将测得数据 （信息）通过网络传输给异地 的

精密测量设备或高档次的微机化仪器去分析、处理；

2、 能实现测量信息的共享；

3、 可掌握网络节点处信息的实时变化的趋势。

4、 可通过具有网络传输功能的仪器将数据传至原端即现场。

15.2.2基于现场总线技术的网络化测控系统 一、 现场总线

是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或仪表互连的现场数字通信网络， 二、 基于现场总线的仪表单元的优点 1） 彻底网络化 2） 一对N 结构 3） 可靠性高 4） 操作性好 5） 综合功能强 6） 组态灵活

基于现场总线的FCS 系统已有逐步取代 DCS 的趋势。

15.2.3面向In ternet 的网络测控系统

网络化仪器设备充当着网络中独立节点的角色， 信息可跨越网络传输至所及的任何领

域，可实现实时、动态（包括远程）的在线测控。

15.2.4网络化传感器

用户

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网络化传感器是在智能传感器的基础上，把网络协议作为一种嵌入式应用，嵌入现 场智能传感器的ROM 中，使其具有网络接口能力，这样，网络化传感器就像计算机 一样成为了测控网络上的节点登临网络，并具有网络节点的组态性和互操作性。

15.3软测量技术

15.3.1软测量技术的概念

软测量技术的测量原理是：选择与无法直接测量的待测变量（常称为主导变量一一 Primary Variable ）相关的一组可测变量（常称为辅助变量或二次变量 ------- Secondary

Variable ），依据这些可测变量与待测变量之间的关系， 建立某种以可测变量为输入，

待

测变量为输出的数学模型（软测量模型） ，用计算机进行模型的数值运算，从而得到待

测变量的估计值。

1532软测量技术的实现方法 一、 辅助变量的选择

辅助变量的选择包括变量的类型、数目和测点位置等三个相互关联的方面。 辅助变量的选择要基于对对象的机理分析和实际工况的了解。 二、 测量数据的处理

1、 测量误差处理

2、 测量数据变换 三、 软测量模型的建模 四、 软测量模型的校正

1、 软测量模型结构优化

2、 模型参数修正

15.4多传感器数据融合

15.4.1多传感器数据融合的概念

“多传感器数据融合” 是将来自多传感器或多信息源的信息和数据， 模仿人类专家的综

合信息处理能力进行智能化处理，从而获得更为广泛全面、准确可信的结论。

15.4.2基本原理、过程及关键技术 一、 基本原理

充分利用多传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多传 感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则来进行组合，

以获得被测对象的一致性

解释或描述，使该传感器系统所提供的信息比它的各组成部分子集单独提供的信息更有优越 性。

二、 数据融合的过程

融合中心

结果输出

数据预处豐

A/D 转换

坏境

多

传感

器

是软测量的的核心问题。

三、关键技术

(1)数据转换

(2)数据相关技术

(3)态势数据库

(4)融合计算

1543结构及功能模型

一、结构

数据融合的结构形式有串行、并行、串并行混合和网络型4种基本形式。

(a)串联型；(b)并联型

、功能模型

传感器1

探测状态

佔计

传感器2 探测

传感器挖探测数

据

校

准

数

据

相

关

目标

识别

动

估

II

特征属件