智能检测系统知识讲解

1.智能检测装置：主要形式：智能传感器、智能仪器、虚拟仪器和智能检测系统；
2.非电量检测：温度检测（热电式传感器，光纤温度传感器，红外测温仪，微波测温仪）压力检测（应变式压力计，压电式压力计，电容式压力计，霍尔式压力计）流量检测（电磁流量计，超声波流量传感器，光纤漩涡流量传感器）物位检测（电容式液位传感器，超声波物位传感器，微波界位计）成分检测（红外线气体分析仪，半导体式气敏传感器）
3.流量检测：流量的定义为单位时间内流过管道某一截面的体积或质量，因此，流量分为体积流量和质量流量；分为：电磁流量计，超声波流量传感器，光纤漩涡流量传感器；流量检测包括：○1.电磁流量计：电磁流量计是以电磁感应原理为基础的。

它能检测具有一定电导率的酸碱盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒（泥浆，矿浆）的液体流量。

○2.超声波流量传感器:超声波流量传感器是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。

○3.光纤漩涡流量传感器:光纤漩涡流量传感器是将一根多模光纤垂直的装入管道，当液体或气体流与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率域流速有关，测出该频率就可确定液体的流速。

4.智能仪器：就是一种以微处理器为核心单元，兼有检测、判断和信息处理功能的智能化测量仪器；按实现方式划分，智能仪器有非集成智能仪器和集成智能仪器两种形式；构成：（1）.硬件：传感器、主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、标准通信接口；（2）.软件：监控程序、接口管理程序、数据处理程序；功能：具有逻辑判断、决策和统计处理功能；具有自诊断、自校正功能；具有自适应、自调整功能；具有组态功能；具有记忆、存储功能；具有数据通信功能；特点：高精度、多功能、高可靠性和高稳定性、高分辨率、高信噪比、友好的人机对话能力、良好的网络通信能力、自适应性强、高性价比；发展趋势:多功能化、智能化、微型化、网络化；
5. 非集成智能仪器：也称为微机嵌入式智能仪器，即将传统的传感器、单片机或微型计算机、模拟量输入输出通道、标准数据通信接口、人机界面和外设接口等分离部件封装在一起，组合为一个整体而构成；特点：一般为专用或多功能产品，具有小型化、便携式、低功耗、易于密封、适应恶劣环境、低成本；
6.虚拟仪器：以通用的计算机硬件和操作系统为依托，增加必要的硬件设备，通过计算机软件使其具备各种仪器的功能；由信号采集与控制单元、数据分析与处理单元、数据表达与输出单元等三大部分组成。

特点：增强了传统仪器的功能、软件就是仪器、自由定义仪器，仪器开放灵活、开发费用更低，技术更新更快；
7.虚拟仪器总线：VXI总线将传统的消息基仪器和寄存器基仪器统一在同一环境下，不仅为各个仪器模块提供了定时和同步的能力，而且还提供了开放的，标准化的高速处理器总线。

使用户开发虚拟仪器更为灵活，效率更高，保证了系统的稳定性和高性能。

8.现场总线：一种安装在制造和过程区域的现场设备/仪器与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、双向传输和多种分支结构的通信网络；是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成。

含义表现在六个方面：（1）现场通信网络与信息传输的数字化（2）现场设备的智能化与互连（3）互操作性（4）分散功能块（5）通信线供电（6）开放式互连环境；现场控制总线的特点和优势：特点：（1）1对N结构减少传输电缆、节约硬件设备（2）可靠性高（3）可控性好（4）互换性好（5）互操作性好（6）分散控制（7）统一组态；优势：（1）增强了现场级信息集成能力（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性（3）系统可靠性高、可维护性好（4）降低了系统及工程成本；现场总线通信协议一般由底层到上层可分为现场设备层、过程监控层和企业管理层三个层次。

现场总线的网络拓扑结构主要有三种：（1）星状结构（2）树状结构（3）环状结构；现场总线的数据通信模式有三种:对等式、主从式、客户/服务器式。

典型的现场总线:（1）CAN（控制局域网）（2）Lon Works（局域操作网）（3）Profibus（过程现场总线）（4）HART（5）FF（6）Ethernet（工业以太网）
9.干扰和干扰源：干扰：就是非被测信号本身，却能与被测信号一起被测试仪器检取的信号。

形成电磁干扰有三个要素：（1）噪声源（2）传播干扰的途径（3）敏感器件；干扰源：指产生噪声干扰的元件、设备或信号。

（如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟）；内部干扰：是指测试系统本身（包括被测对象）的各种器件、电路、负载、电源等引起的各种干扰。

如电路之间寄生电容、泄漏电阻的存在。

外部干扰：是指由使用条件和外界环境因素所引起的干扰，主要来自于自然界和被测对象周围的电气设备。

如地球磁场、地球大气放电、宇宙干扰以及水蒸气、雨雪、沙尘、烟尘。

干扰传播的途径主要有三种：静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。

硬件抗干扰：接地、屏蔽、隔离、抑制共模干扰、抑制串模干扰；软件抗干扰：数字滤波、软件冗余、软件拦截技术、看门狗技术、输入信号重复检测法、输出端口数据刷新法。

10.智能传感器：“智能传感器是内置有智能功能的传感装置”，智能微传感器是将微加工制造的硅基传感器与信号处理电路、微处理器集成在同一块芯片上或封装在一起的器件，由于微处理器的存在，使得这类传感器具有智能决策和智能信息处理能力，因此称为智能传感器定义：对外界信息具有一定的检测、自诊断、数据处理以及自适应能力的传感器。

优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化
11.热电偶：优点：结构简单，制作容易，精度高，温度测量范围宽，动态响应特性好，输出信号便于远传。

热电偶是有缘传感器，测量时不需要外加电源，使用方便。

测温原理：1.热电效应：两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。

（塞贝克效应）2.接触电动势：不同导体的自由电子密度是不同的，当两种不同的导体A，B连接在一起，由于两者内部单位提及的自由电子数目不同，从而在接触处产生电子的扩散，切扩散速率不同。

3，热电偶回路的总电动势：书P14，公式2.3
结构与种类：结构（普通型热电偶，特殊热电偶）种类（书P17，表2.1，铂铑——铂铑，铂铑——铂，镍镉——镍硅，镍镉——康铜，铁，铜）。

冷端温度补偿：补偿导线法，冷端恒温法，冷端温度矫正法，自动补偿法。

12.霍尔效应：当载流体或半导体与电流相垂直的磁场中，在其两端将产生电位差。

霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果；
13.集成智能仪器：即智能式传感器的实现，依赖于大规模集成电路和微机械加工工艺，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路、微处理单元，并将它们集成在一块芯片上。

传感器的集成化有三种情况：○1将多个功能完全相同的敏感单元集成在同一个芯片上；○2对多个结构相同、功能相近的敏感元件进行集成；○3对不同类型的传感器集成。

特点：微型化、结构一体化、阵列式、测量精度高、多功能、全数字化、能够减小传感器系统的体积、降低制造成本、且使用方便、操作简单；
14.虚拟仪器软件：Lab VIEW
15.图像恢复：消除或减少在获取图像过程中产生的某些退化，使图像能够反映原始图像的真实特征；
16.图像边缘检测：边缘是指其周围像素灰度后阶变化或屋顶状变化的那些像素的集合,它存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域,基元与基元之间。

边缘检测的实质是采用某种算法提取出图像中对象与背景间的交接线。

17.微弱信号：是相对背景噪声而言，其信号幅度的绝对值很小、信噪比很低（远小于1）的一类信号；微弱信号检测的任务是采用电子学、信息论、计算机及物理学、数学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，对被噪声淹没的微弱有用信号进行提取和测量。

微弱信号检测的目的是从噪声中提取出有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输入输出信号的信噪比。

18.共模干扰：同时加在两条被测信号线上的外界干扰。

共模干扰电压可以是直流电压，也可以是交流电压。

共模干扰的抑制方法：采用差分放大器，利用双端输入的运算放大器，利用隔离放大器，利用浮地输入双层屏蔽放大器
19.随机误差：是指对同一量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预定的方式无规则变化的误差。

特点：有界性、对称性、抵偿性。

产生随机误差的主要原因：1.测量仪器元器件产生噪声，零部件配合的不稳定、摩擦、接触不良等。

2.温度及电源电压的无规则波动，电磁干扰，地基振动等。

3.测量人员感觉器官的无规则变化而造成的读数不稳定等。

20.百分误差：我们假设有一个值 a 以及它的近似值 b，那么绝对误差＝a-b的绝对值；相对误差是＝绝对误差/a的绝对值；百分误差是＝相对误差*100%（其中a 表示真值，b 表示
a 的近似值）。

21.弹性式压力计：以弹性元件受压后所产生的弹性变形为测量基础。

弹性式压力计根据测压范围的不同，常用的有膜片、膜盒、波纹管、弹簧管
22.霍尔式压力表：利用弹性元件把被测压力转换成位移量，由于霍尔元件固定在弹性元件的自由端上，因此，弹性元件产生的位移将带动霍尔元件，使它在线性变化的磁场中移动，从而输出霍尔电动势。

23.浮子液面计：浮子液位计是利用浮力中恒浮力原理工作的液位测量仪表。

结构分为：平衡式，杠杆式，连杆式，导杆式，联通杆式。

种类：磁性浮子液位计，浮球浮子液位计24.浮筒式液位计：浮筒式液位计属于变浮式液位计，即在液面位置变化时，浸没浮筒的体积不同，因而浮力也不同，可通过测量浮力的变化来测量液面的高度。

当液位变化时，浮筒所受的浮力随之变化，由于重力不变，要达到新的平衡状态，浮筒的浸没高度必然变化，使弹簧的张力也随之而变。

由于位移甚小，机构摩擦及非线性影响减少了很多，所以仪表精度一般高于位移平衡式，可达到1级。

浮力式液位仪表受外界温度、湿度、强光、气流等影响较小，但由于浮力式液位计具有可动部件，因而会因摩擦而引起灵敏度降低和变差增大，另外，浮子占有较大空间，体积较大，这些都是浮力式仪表的不足
25.电阻温度计：根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。

最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。

26.检测系统结构：智能检测系统由硬件和软件组成。

硬件主要包括传感器、数据采集系统、微处理器、输入输出接口等；软件一般可分为主程序、中断服务程序和应用程序。

27.虚拟仪器系统结构：虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。

其中，硬件设备与接口可以是各种以PC为基础的内置功能插卡、通用接口总线接口卡、串行口、VXI总线仪器接口等设备，或者是其它各种可程控的外置测试设备，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控件。

28.现场总线特点：①1对N结构减少传输电缆、节约硬件设备②可靠性高③可控性好
④互换性好⑤互操作性好⑥分散控制⑦统一组态；优势：（1）增强了现场级信息集成能力（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性（3）系统可靠性高、可维护性好（4）降低了系统及工程成本；
图像边缘检测步骤：
平滑处理一阶或二阶阀值处理
原始图像平滑图像梯度或含过零点图像边界点
29.看门狗技术：又叫监控定时器，是智能检测系统普遍采用的一种抗干扰和提高系统可靠性的措施，其作用相当于代替人工复位，即当程序因干扰出现跳变，系统出现瘫痪时，看门狗能强制系统复位，使CPU从死循环状态进入正常程序流程。

看门狗设计工作原理：在主程序中对T0中断服务程序进行监视，在T1中断服务程序中对主程序进行监视，在T0中断服务程序中对T1中断服务程序进行监视。

看门狗技术主要的应用：是用于因干扰引起的系统程序弹飞的出错检测和自动恢复。

看门狗特性：（1）本身能独立工作, 基本上不依赖于CPU。

CPU只在一个固定的时间间隔内与之打一次交道, 表明整个系统“目前尚属正常”。

（2）当CPU落入死循环后, 能及时发现并使整个系统复位
30.光隔放大器：输入信号被放大（或载波调制）后，由耦合器中的发光二极管转化成光信号，再通过光耦合器中的光电器件变换成电压或电流信号，最后由输出放大器放大输出。

光电耦合器的特点：（1）耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件（2）非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。

克服非线性失真通常采取的措施：（1）给非线性器件施加合适的直流偏置，在小范围内线性传输信息。

（2）采用负反馈技术。

31.仪表精度：在正常的使用条件下,仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度.引用误差越小,仪表的准确度越高,而引用误差与仪表的量程范围有关,所以在使用同一准确度的仪表时,往
往采取压缩量程范围,以减小测量误差.在工业测量中,为了便于表示仪表的质量,通常用准确度等级来表示仪表的准确程度.准确度等级就是最大引用误差去掉正,负号及百分号.准确度
等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一.我国工业仪表等级分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七个等级,并标志在仪表刻度标尺或铭牌上.仪表准确度习惯上称为精度,准确度等级习惯上称
为精度等级。

γ=△/(测量范围上限-测量范围下限)×100%，仪表的精度等级就是根据引用误差来确定的。

如0.5级表的引用误差的最大值不超过±0.5%
32.接地：接地是抑制噪声的重要手段，良好地接地可以很大程度上抑制系统内部噪声耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。

接地方式（针对工作接地）：单点接地和多点接地，数字地和模拟地，交流地和信号地，传感器信号地，浮地，电缆屏蔽层接地。

检测系统的接地主要有二种类型：（1）保护接地（2）工作接地。

保护接地：是为了避免因设备的绝缘损坏或性能下降时，系统操作人员遭受触电危险和保证系统安全而采取的安全措施。

工作接地：是为了保证系统稳定可靠地运行，防止地环路引起干扰而采取的防干扰措施；
33.检测技术应用：智能温度测量系统：通过Pt100作为传感器接受温度信号后变成电阻量，再通过测量电路将其转化为电压量，输入到A/D转换器转换为数字量后送入单片机，进行计算、智能信息处理、温度实现显示和系统控制等。

智能温度测量系统分为两部分：探头部分及主机部分。

探头部分由传感器、信号调理放大电路组成；主机部分由A/D转换器及8051单片机应用系统及人机对话通道组成。

系统结构如图所示：。