《智能仪器技术及应用》A卷答案

《智能仪器技术及应用》A卷答案

一、简答题（每题4分，共20分）

1、叙述智能仪器的基本组成、工作原理及发展趋势？

答：智能仪器由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、通信接口电路。软件分为监控程序和接口管理程序两部分。

如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成

…………1’智能仪器的工作原理：传感器获取被测量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经a／d转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等）；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片flashrom（闪速存储器）或e2prom（电可擦除存贮器）的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以与pc机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传

输给上位机——pc机，由pc机进行全局管理。…………2’智能仪器是计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能等新兴技术与传统的仪器仪表技术的结合，逐步实现微型化，多功能化，人工智能化，随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广泛的应用。可以预料，各种功能的智能仪器在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域。

…………1’

2、影响测试精度的因素有哪些？

答：（1）算法的精度。…………2’

（2）程序本身的精度。…………2’

3、提高智能仪器可靠性的方法有哪些？

答：提高硬件可靠性：设计可靠的系统方案；元器件的合理选择；筛选；降额使用；可靠电路的设计；冗余设计；环境设计；人为因素设计；仪器可靠性实验。………2’提高软件可靠性：认真地进行规设计；可靠的程序设计方法；程序验证技术；提高软件设计人员的素质；消除干扰；增加试运行时间。…………2’

4、常用的数字滤波算法有哪几种？各有什么特点和应用场合？

（1）算术平均滤波。算术平均值法适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这种信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值围附近作上下波动，此时仅取一个采样值作依据显然是不准确的，如压力、流量、液平面等信号的测量。…………1’（2）中值滤波。中值滤波对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉冲干扰比较有效。…………1’

（3）加权平均滤波。加权平均值法适用于系统纯滞后时间常数τ较大、采样周期较短的过程，他给不同的相对采样时间得到的采样值以不同的权系数，以便能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度。…………1’

（4）程序判断滤波。当采样信号由于随机干扰，如大功率用电设备的启动或停止，造

成电流的尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等，可采用程序判断法进行滤波。…………1’

5、什么是专家系统，它有哪些类型？具有什么样的结构？

答：专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决需要人类专家处理的复杂问题。简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

根据专家系统所面对的不同任务（领域），可将其划分为下面几大类：（1）解释类；（2）诊断类；（3）监控类；（4）预测类；（5）规划类；（6）设计类。

…………3’第二代专家系统结构：

…………1’

二、论述题（每题10分，共20分）

1、试述多单片机系统、计算机网络系统、现场总线系统以及它们之间的区别。

答：多单片机系统指单板（或多板）情况下，多单片机互联通信，交换数据，分工协作完成总体任务的系统。多单片机互连形式多种多样，通信协议不对外开放，通信形式与互联形式又是密切关联的。…………3’

计算机网络系统是计算机技术与通信技术相结合的产物，就是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。在计算机网络环境下，计算机是互联起来的，能相互传递信

息，在一个区域乃至全球实现资源共享，同时，各计算机又是相互独立自治的，可以独立自主的进行自己的工作。计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享。互连的计算机是分布在不同的地理位置的多台独立的“自治计算机”。连网的计算机既可以为本地用户提供服务，也可以为远程用户提供网络服务。连网计算机之间遵循共同的网络协议。…………4’

现场总线系统是现场通信网络与控制系统的集成，现场总线用于构成现场仪表、控制室、控制系统之间的全分散、全数字化、智能双向、多变量、多点、互联的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。功能块与结构的规化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。…………3’

2

答：

上图为理想流体截面上各处的流体是以同一速度，即以流体的的流动示意图，如果暂不考虑流体部存在的粘性阻力及管道壁对流体的摩擦作用，则可以简单地认为，体积平均流速从截面aa’流动到截面bb’。

体积平均流速为 显然，随着流速的大小不同，流体从截面aa ’流动到截面bb ’所需要的时间间隔T 的长短也就不一样。

由于截面aa ’和bb ’纸浆的距离L 是已知的，因此，只要能确定时间间隔T ，就可以计算出流体的体积平均流速 于是，流速测量问题就转化为时间间隔的测量问题了。

…………5’

相关流量计的工作原理可以用下图予以说明.

上图用虚线所包围的，由上、下游传感器、测量管道及被测流体所组成的系统视为一个信号系统，且将上游传感器产生的随机信号x (t)作为该系统的的输入；下游传感器产生的随机信号y (t)作为该系统的输出。那么，确定流体从截面aa ’运动到截面bb ’所需的时间长短的问题，就可归结为一随机信号通过给定系统所需时间的问题。

由相关理论可知，将y (t)与x (t)作互相关运算，得到互相关函数的图形。该图形峰值位置所对应的时间位移就是随机信号x (t)在该系统中的传递时间。因此，信号x (t)在该系统中

/CP V Q A

=/CP V L T

=0

/c v L τ=