单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第15章 现代检测新技术,第15章 现代检测新技术,1,15.1 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、模拟仪器借助表头指针来显示测量结果,2、数字化仪器以数字方式显示测量结果,3、智能仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数,据处理功能,4、虚拟仪器用计算机软件和仪器软面板实现仪器的测量和控制,功能。,15.1 虚拟仪器15.1.1 虚拟仪器的概念,2,15.1.1,虚拟仪器的概念,二、虚拟仪器与传统仪器的比较,传统仪器,虚拟仪器,功能由仪器厂商定义,功能由用户自己定义,与其他仪器设备的连接十分有限,可方便地与网络、外设及多种仪器连接,人工读取数据,计算机直接读取数据并进行分析处理,数据无法编辑,数据可编辑、存储、打印,硬件是关键部分,软件是关键部分,价格昂贵,价格低廉,系统封闭、功能固定、可扩展性差,基于计算机技术开放的功能块可构成多种仪器,技术更新慢,技术更新快,开发和维护费用高,基于软件体系的结构，大大节省开发维护费用,15.1.1 虚拟仪器的概念 传统仪器虚拟仪器功,3,15.1.2,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,15.1.2 虚拟仪器的组成特点,4,15.1.2,虚拟仪器的组成特点,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。,15.1.2 虚拟仪器的组成特点,5,1511 虚拟仪器的分层结构,1511 虚拟仪器的分层结构,6,15.1.2,虚拟仪器的组成特点,二、虚拟仪器的组成特点,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。,15.1.2 虚拟仪器的组成特点,7,15.1.3,虚拟仪器的体系结构 图 15-1-2,一、虚拟仪器硬件,1、插入式数据采集卡,2、VXI总线,15.1.3 虚拟仪器的体系结构 图 15-1-2,8,15.1.3,虚拟仪器的体系结构 图 15-1-2,二、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。,15.1.3 虚拟仪器的体系结构 图 15-1-2,9,1512 虚拟仪器的体系结构,1512 虚拟仪器的体系结构,10,15.2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网络化仪器和网络化传感器 15.2.1 网络化仪器的,11,15.2网络化仪器和网络化传感器,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,15.2网络化仪器和网络化传感器 15.2.2 基于现场总线,12,15.2网络化仪器和网络化传感器,二、基于现场总线的仪表单元的优点,4)操作性好,5)综合功能强,6)组态灵活,15.2网络化仪器和网络化传感器 二、基于现场总线的仪表单元,13,图1521 基于现场总线的测控网络,图1521 基于现场总线的测控网络,14,15.2.3,面向Internet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。,15.2.3 面向Internet的网络测控系统,15,15.2网络化仪器和网络化传感器,15.2.4,网络化传感器,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，并具有网络节点的组态性和互操作性。,15.2网络化仪器和网络化传感器 15.2.4 网络化传感器,16,15.3 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。,15.3 软测量技术 15.3.1 软测量技术的概念,17,15.3 软测量技术,15.3.2,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。,15.3 软测量技术 15.3.2 软测量技术的实现方法,18,15.3 软测量技术,15.3.2,软测量技术的实现方法,二、测量数据的处理,1、测量误差处理,2、测量数据变换,15.3 软测量技术 15.3.2 软测量技术的实现方法,19,15.3 软测量技术,15.3.2,软测量技术的实现方法,三、软测量模型的建模是软测量的的核心问题。,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,15.3 软测量技术 15.3.2 软测量技术的实现方法,20,15.4 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 多传感器数据融合 15.4.1 多传感器数据融,21,15.4多传感器数据融合,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。,15.4多传感器数据融合 15.4.2 基本原理、过程及关键,22,15.4 多传感器数据融合,15.4.2,基本原理、过程及关键技术,二、数据融合的过程,15.4 多传感器数据融合 15.4.2 基本原理、过程及,23,15.4 多传感器数据融合,15.4.2,基本原理、过程及关键技术,三、关键技术,（1）数据转换,（2）数据相关技术,（3）数据库,（4）融合计算,15.4 多传感器数据融合 15.4.2 基本原理、过程及,24,15.4多传感器数据融合,15.4.3,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。,15.4多传感器数据融合 15.4.3 结构及功能模型,25,（a）串联型；（b）并联型,（a）串联型；（b）并联型,26,15.4多传感器数据融合,15.4.3,结构及功能模型,二、功能模型,15.4多传感器数据融合 15.4.3 结构及功能模型,27,