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智能检测与信号处理
钟振东
目录
1、 智能检测系统概述 2、智能检测系统的特征与一般组成结构 3、智能检测系统的三种结构实现途径 4、智能检测系统硬件结构组成与接口技术 5、智能检测系统智能化功能实现方法
1、 智能检测系统概述
一、传感测量（检测）技术的作用与发展 信息技术三大支柱（测控、通信、计算机）之一，位 于信息技术的前端，是获得信息的基础技术。应用十分 普遍广泛。 重要性在20世纪70年代末凸现，80年代之后“传感器 热”。 检测技术的发展随着社会生产方式的变化而不断进步。 人类的每一种生产方式，都以相应的科学技术水平为基 础。
来自百度文库
⑤ 信息（数据）融合技术
数据融合（Data fusion）是指智能检测系统模拟人类大脑
对多种感官信息进行综合处理的功能，充分利用多个传感 器资源，通过对传感器及其观测信息的合理支配和使用， 把在空间和时间上余冗或互补的信息，依据某种准则进行 组合来获得对被测对象的一致性解释或描述。
实际应用中，由于环境影响或系统参数的变化使：
' ' y (a0 a0 ) (a1 a1 ) x a0 a1 x
校零和校准的目的是使系统在实际测量前跟踪零点和灵敏度 变化，减小检测误差。
③ 检测数据噪声抑制技术 噪声抑制技术是智能检测系统实现从受干扰信号中自动快 速、准确定量地提取有用信号特征信息的最重要手段。 噪声抑制的基本方法： ----当噪声或干扰频谱与有用信号频谱不重合时，通过滤波 技术减小或消除噪声干扰。 ----当两者频带重叠时，需采用其他方法（如相关技术、平 均技术等）加于处理。
4、智能检测系统硬件结构组成与接口总线技术
① 系统硬件结构 单片计算机系统 嵌入式微机系统 PC机系统 ② 接口与总线技术 串行接口总线 RS-232、485 HP-IL I²C（Inner Integrate Circuit Bus,Philip二线通讯） CAN（控制局域网现场总线Control Area Network） 并行接口总线 IEC-625（美国 IEEE-488, 国内 GPIB General Purpose Interface Bus ZBY207.1-84） CAMAC 等 ③ 系统抗干扰设计
Sensor i
Master PC
Interface
Local Unit 1
Bus Local Unit n
3、智能检测系统的三种结构实现途径 非集成化实现 经典传感器+信号调理模块+数字接口+微处理器+ 总线 接口等 集成化实现 通过微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术， 利 用半导体基制作敏感元件、信号调理电路 和微处理器 以及接口电路等。 混合结构实现 上述两种方式的部分组合
技术发展形成的对传感器的巨大需求和广阔的市场前景， 以及传感测量技术进步所带来的巨大的社会经济效益 — 强 大推动力。 现代控制系统发展对检测技术提出了数字化、智能化、标 准化的迫切要求。
2、智能检测系统的特征与一般组成结构
一、特征 1. 测量过程软件控制 硬件功能软件化；通过软件实现自动稳零放大、极 性判断、量程切换、报警、过载保护、非线性补偿、 多功能测试和自动巡回检测等。 2. 智能数据处理 测量数据线性化处理、平均值处理，频域分析，相 关分析，数据融合计算等。 3. 高度的灵活性（功能柔性化） 以软件为核心，功能和性能指标修改、扩展容易方 便。
二、智能检测技术发展的历史背景 微电子技术和微型计算机技术的发展为检测过程自动化、 测量结果智能化处理和检测仪器功能仿人化等提供了技术 平台。 人工智能技术、信息处理技术的快速发展，为检测系统智 能化提供了强有力的工具和条件。
专家系统、神经网络、模糊理论等； FFT 、自适应滤波、小波分析技术等。
5、智能检测系统智能化功能实现方法
① 检测系统非线性自校正技术
基本原理：通过求取系统反非线性特性曲线进行校正
x
传感器与 前置放大及 信号调理电路 u
u
A/D
微处理器系统 非线性校正软件 y y
y=x
x 非线性校正原理
u
x
② 检测系统自校零和自校准技术
设系统输入输出静态特性为：
y a0 a1 x a0 系统零位值 a1 系统灵敏度（增益）
二、系统一般组成结构
1. 系统组成 硬件：传感器、信号调理电路、A/D、I/O、微 处理器、通讯接口及总 线等； 软件：检测、控制、诊断、数据处理以及界面生成等程序等。 硬件组成结构
Signal Conditioner Communication Interface
Sensor 1
2.
μ P
A/D
多参数检测和数据融合 通过多个高速数据通道，在进行多参数检测的基础上， 依据各路信息的相关特性，可实现系统多传感器信息 融合，提高检测系统的准确度、可靠性和容错性。 5. 测量速度快 通过高速数据采样和实时在线的高速数据处理实现。 6. 智能化功能强 测量选择功能（如量程转换、采样通道和方式选择 等），故障诊断功能，人机对话、控制输出等 7. 具有高的可靠稳定性、满足系统要求的高精度和自适 应能力 4.
④ 频率补偿技术 目的：通过频率补偿达到改善传感检测系统动态特性， 扩展系统频率响应特性频段以满足特定的信号检测要求 。 方法： ① 数字滤波法：在信号通道中，通过附加补偿传递函数（ 数字滤波器）环节，使补偿后的总传递函数达到动态性 能要求。 ② 频域校正法：已知系统传递函数W(s),通过FFT求得 X(m)=Y(m)/W(m),再通过IFFT变换，求得X(m)→x(t)。
钟振东
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1、 智能检测系统概述 2、智能检测系统的特征与一般组成结构 3、智能检测系统的三种结构实现途径 4、智能检测系统硬件结构组成与接口技术 5、智能检测系统智能化功能实现方法
1、 智能检测系统概述
一、传感测量（检测）技术的作用与发展 信息技术三大支柱（测控、通信、计算机）之一，位 于信息技术的前端，是获得信息的基础技术。应用十分 普遍广泛。 重要性在20世纪70年代末凸现，80年代之后“传感器 热”。 检测技术的发展随着社会生产方式的变化而不断进步。 人类的每一种生产方式，都以相应的科学技术水平为基 础。
来自百度文库
⑤ 信息（数据）融合技术
数据融合（Data fusion）是指智能检测系统模拟人类大脑
对多种感官信息进行综合处理的功能，充分利用多个传感 器资源，通过对传感器及其观测信息的合理支配和使用， 把在空间和时间上余冗或互补的信息，依据某种准则进行 组合来获得对被测对象的一致性解释或描述。
实际应用中，由于环境影响或系统参数的变化使：
' ' y (a0 a0 ) (a1 a1 ) x a0 a1 x
校零和校准的目的是使系统在实际测量前跟踪零点和灵敏度 变化，减小检测误差。
③ 检测数据噪声抑制技术 噪声抑制技术是智能检测系统实现从受干扰信号中自动快 速、准确定量地提取有用信号特征信息的最重要手段。 噪声抑制的基本方法： ----当噪声或干扰频谱与有用信号频谱不重合时，通过滤波 技术减小或消除噪声干扰。 ----当两者频带重叠时，需采用其他方法（如相关技术、平 均技术等）加于处理。
4、智能检测系统硬件结构组成与接口总线技术
① 系统硬件结构 单片计算机系统 嵌入式微机系统 PC机系统 ② 接口与总线技术 串行接口总线 RS-232、485 HP-IL I²C（Inner Integrate Circuit Bus,Philip二线通讯） CAN（控制局域网现场总线Control Area Network） 并行接口总线 IEC-625（美国 IEEE-488, 国内 GPIB General Purpose Interface Bus ZBY207.1-84） CAMAC 等 ③ 系统抗干扰设计
Sensor i
Master PC
Interface
Local Unit 1
Bus Local Unit n
3、智能检测系统的三种结构实现途径 非集成化实现 经典传感器+信号调理模块+数字接口+微处理器+ 总线 接口等 集成化实现 通过微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术， 利 用半导体基制作敏感元件、信号调理电路 和微处理器 以及接口电路等。 混合结构实现 上述两种方式的部分组合
技术发展形成的对传感器的巨大需求和广阔的市场前景， 以及传感测量技术进步所带来的巨大的社会经济效益 — 强 大推动力。 现代控制系统发展对检测技术提出了数字化、智能化、标 准化的迫切要求。
2、智能检测系统的特征与一般组成结构
一、特征 1. 测量过程软件控制 硬件功能软件化；通过软件实现自动稳零放大、极 性判断、量程切换、报警、过载保护、非线性补偿、 多功能测试和自动巡回检测等。 2. 智能数据处理 测量数据线性化处理、平均值处理，频域分析，相 关分析，数据融合计算等。 3. 高度的灵活性（功能柔性化） 以软件为核心，功能和性能指标修改、扩展容易方 便。
二、智能检测技术发展的历史背景 微电子技术和微型计算机技术的发展为检测过程自动化、 测量结果智能化处理和检测仪器功能仿人化等提供了技术 平台。 人工智能技术、信息处理技术的快速发展，为检测系统智 能化提供了强有力的工具和条件。
专家系统、神经网络、模糊理论等； FFT 、自适应滤波、小波分析技术等。
5、智能检测系统智能化功能实现方法
① 检测系统非线性自校正技术
基本原理：通过求取系统反非线性特性曲线进行校正
x
传感器与 前置放大及 信号调理电路 u
u
A/D
微处理器系统 非线性校正软件 y y
y=x
x 非线性校正原理
u
x
② 检测系统自校零和自校准技术
设系统输入输出静态特性为：
y a0 a1 x a0 系统零位值 a1 系统灵敏度（增益）
二、系统一般组成结构
1. 系统组成 硬件：传感器、信号调理电路、A/D、I/O、微 处理器、通讯接口及总 线等； 软件：检测、控制、诊断、数据处理以及界面生成等程序等。 硬件组成结构
Signal Conditioner Communication Interface
Sensor 1
2.
μ P
A/D
多参数检测和数据融合 通过多个高速数据通道，在进行多参数检测的基础上， 依据各路信息的相关特性，可实现系统多传感器信息 融合，提高检测系统的准确度、可靠性和容错性。 5. 测量速度快 通过高速数据采样和实时在线的高速数据处理实现。 6. 智能化功能强 测量选择功能（如量程转换、采样通道和方式选择 等），故障诊断功能，人机对话、控制输出等 7. 具有高的可靠稳定性、满足系统要求的高精度和自适 应能力 4.
④ 频率补偿技术 目的：通过频率补偿达到改善传感检测系统动态特性， 扩展系统频率响应特性频段以满足特定的信号检测要求 。 方法： ① 数字滤波法：在信号通道中，通过附加补偿传递函数（ 数字滤波器）环节，使补偿后的总传递函数达到动态性 能要求。 ② 频域校正法：已知系统传递函数W(s),通过FFT求得 X(m)=Y(m)/W(m),再通过IFFT变换，求得X(m)→x(t)。