智能检测要求和信号处理

1.2 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
2.
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。
4. 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
6. 通过高速数据采样和实时在线的高速数据处理实现。
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传统的传感器技术
➢ 在过去的几十年里取得了巨大进步，但已达到技 术极限，难于取得性能价格比的突破。
➢ 手工艺品式的制作过程以及多品种、高性能要 求 —— 导致成品率低、高成本、高价格。
➢ 存在的缺陷：
① 结构尺寸大，动态性能差； ② 输入/输出非线性，且随时间漂移； ③ 环境敏感性，且随时间漂移； ④ 抗干扰性能差，性噪比低； ⑤ 交叉灵敏度影响，选择性、分辨率不高；
① 传输数字信号 ② 每一个现场装置通过数字总线挂接在总线上，从而大
大减少与上位机之间一对一的连接，可简化系统、提高 可靠性、降低成本。 ② 标准化接口 是系统具有兼容性和开放性，以余户联户界呼Hale Waihona Puke Baidu和扩展。 ③ 现场装置智能化 为提高系统的快速响应与可靠性能，FCS采用“测控职 能分散下放到现场装置”，智能现场装置是整个控制管 理系统的主体。
重要性在20世纪70年代末凸现，80年代之后 “传感器热”。
日本：列为80年代十大技术之首； 美国：列为90年代22项关键技术之一； 欧洲：80-90年代传感器销售增长20多倍。
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。
手工化
机械化
结果：稳定性、可靠性、测量精度受影响。
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。
20世纪生产过程自动化技术的发展： 60年代 集中控制 70年代 分散型控制系统（DCS)，提高
可靠性 80年代 基于现场总线的开放型控制系
统（FCS），是DCS的继承、 完善和发展。
现场总线是连接控制系统中各智能装置的双向数字 通讯（控制）网络，特点和要求为：
两位数增长、近千亿的市场；
美国：电站应用先进检测技术效益≥110亿美元。
传统的检测系统，特别是传感技术的相对落后对 技术发展的约束，是导致智能化检测系统发展的 内在动因。
控制系统三种主要功能模块价格性能比 发展变化情况
功能模块 上世纪70年代 上世纪90年代
计算机
1
执行器
（以电机为例）
1
传感器
1
智能检测要求和信号处理
Intelligent Measuring & Signal Processing
Chapter 1 概论
1.1 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。
3. 结构集成化、微型化，功能模块化
4. 智能化信息处理技术广泛应用
5. FFT、小波分析、数字滤波、非线性补偿、自适应补偿、 ANN、Fuzzy算法、信息融合技术等。
5. 通用化、标准化接口技术普遍应用
串行标准接口
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）； 并行标准接口
智能检测（系统）
Intelligent Measuring（System）
传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息 检测和信息处理功能的系统。
具有感知、学习、推理、通讯及管理等功能的 系统。
以微计算机为核心的具有信息检测功能、并具 有模仿人类专家进行分析、诊断和决策等信息 综合处理能力的传感测量系统
自动化
信息化
人与简单 工具
（手工测量）
动力机械 与机械
（机械测量）
自动测量 与控制 （电子测量)
智能装置 (智能检测信号
处理与控制)
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。
1946 —电子管计算机，分立元件，第一代
高性能、高速、微型化、低功耗、低价格
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。
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。
IEC-625（美国 IEEE-488, 国内 GPIB General Purpose Interface Bus ZBY207.1-84）
CAMAC 等
四、智能检测（系统）的概念
智能传感器（系统）
Smart/Intelligent Sensor （System ）
智能仪器（系统）
Intelligent Instrument（System）
三、检测系统技术发展现状与特点
1. 传感技术与微电子技术，特别是微处理器技术 完美结合，密不可分
任何一种智能检测系统必然是上述两者的结合。 传感技术—半导体技术、光电子技术、生物技术等 微处理器—单片微机由4位、8位、16位到32位；专用
或通用型芯片，DSP、FFT以及ANN芯片等
2. 传感器智能化技术—智能传感器系统 （Intelligent Sensor System）
1958 —晶体管， 分立元件，第二代
1964 —集成电路（SSI、MSI），第三代
1971 —（V）LSI（超）大规模集成电路，第四代
1971年Intel公司[美] 第一个单片（4位）微处理器I4004 问世，1976年MCS-48（8位），1980年MCS-51… ...。 之后，16位高性能单片机以及DSP等相继问世。