智能檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)習(xí)課程

1、智能檢測(cè)系統(tǒng)1 .智能檢測(cè)裝置：主要形式：智能傳感器、智能儀器、虛擬儀器和智能檢測(cè)系統(tǒng)；2 .非電量檢測(cè)：溫度檢測(cè)（熱電式傳感器，光纖溫度傳感器，紅外測(cè)溫儀，微 波測(cè)溫儀）壓力檢測(cè)（應(yīng)變式壓力計(jì)，壓電式壓力計(jì)，電容式壓力計(jì)，霍爾式壓力計(jì)）流量檢測(cè)（電磁流量計(jì)，超聲波流量傳感器，光纖漩渦流量傳感器）物位檢測(cè)（電容式液位傳感器，超聲波物位傳感器，微波界位計(jì)）成分檢測(cè)（紅外線氣體分析儀，半導(dǎo)體式氣敏傳感器）3 .流量檢測(cè)：流量的定義為單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的體積或質(zhì)量，因此，流量分為體積流量和質(zhì)量流量；分為：電磁流量計(jì)，超聲波流量傳感器，光纖漩渦流量傳感器；流量檢測(cè)包括：。i .電磁流量計(jì)：電磁

2、流量計(jì)是以電磁感 應(yīng)原理為基礎(chǔ)的。它能檢測(cè)具有一定電導(dǎo)率的酸堿鹽溶液，腐蝕性液體以及含 有固體顆粒（泥漿，礦漿）的液體流量。2 .超聲波流量傳感器：超聲波流量傳感 器是利用超聲波在流體中傳輸時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度不同的特點(diǎn)，從而求得流體的流速和流量。3 .光纖漩渦流量傳感器：光纖漩渦流量傳感 器是將一根多模光纖垂直的裝入管道，當(dāng)液體或氣體流與其垂直的光纖時(shí)，光纖受到流體渦流的作用而振動(dòng)，振動(dòng)的頻率域流速有關(guān)，測(cè)出該頻率就可確定 液體的流速。4 .智能儀器：就是一種以微處理器為核心單元，兼有檢測(cè)、判斷和信息處理功能的智能化測(cè)量?jī)x器；按實(shí)現(xiàn)方式劃分，智能儀器有非集成智能儀器和集成智能

3、儀器兩種形式；構(gòu)成：（1）.硬件：傳感器、主機(jī)電路、模擬量輸入/輸出通道、人機(jī)接口電路、標(biāo)準(zhǔn)通信接口； （ 2）.軟件：監(jiān)控程序、接口管理程序、 數(shù)據(jù)處理程序；功能：具有邏輯判斷、決策和統(tǒng)計(jì)處理功能；具有自診斷、自校正功能；具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能；具有組態(tài)功能；具有記憶、存儲(chǔ)功能;具有數(shù)據(jù)通信功能；特點(diǎn)：高精度、多功能、高可靠性和高穩(wěn)定性、高分辨率、高信噪比、友好的人機(jī)對(duì)話能力、良好的網(wǎng)絡(luò)通信能力、自適應(yīng)性強(qiáng)、高性價(jià)比；發(fā)展趨勢(shì):多功能化、智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化；5,非集成智能儀器：也稱為微機(jī)嵌入式智能儀器，即將傳統(tǒng)的傳感器、單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)、模擬量輸入輸出通道、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信接口、人機(jī)界面和

4、外設(shè)接 口等分離部件封裝在一起，組合為一個(gè)整體而構(gòu)成；特點(diǎn)：一般為專用或多功能產(chǎn)品，具有小型化、便攜式、低功耗、易于密封、適應(yīng)惡劣環(huán)境、低成本；6 .虛擬儀器：以通用的計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)為依托，增加必要的硬件設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)軟件使其具備各種儀器的功能；由信號(hào)采集與控制單元、數(shù)據(jù)分析與處理單元、數(shù)據(jù)表達(dá)與輸出單元等三大部分組成。特點(diǎn)：增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能、軟件就是儀器、自由定義儀器，儀器開放靈活、開發(fā)費(fèi)用更低，技術(shù)更新更快；7 .虛擬儀器總線：VXI總線將傳統(tǒng)的消息基儀器和寄存器基儀器統(tǒng)一在同一環(huán)境下，不僅為各個(gè)儀器模塊提供了定時(shí)和同步的能力，而且還提供了開放的， 標(biāo)準(zhǔn)化的高速處理器總線。使用

5、戶開發(fā)虛擬儀器更為靈活，效率更高，保證了 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高性能。8 .現(xiàn)場(chǎng)總線：一種安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀器與控制室內(nèi)的自動(dòng)控 制裝置/系統(tǒng)之間的一種用行、數(shù)字式、雙向傳輸和多種分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)； 是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的綜合與集成。含義表現(xiàn)在六個(gè)方面：（1）現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與信息傳輸?shù)臄?shù)字化（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與互連（3）互 操作性（4）分散功能塊（5）通信線供電（6）開放式互連環(huán)境；現(xiàn)場(chǎng)控制總線 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：特點(diǎn)：（1） 1對(duì)N結(jié)構(gòu)減少傳輸電纜、節(jié)約硬件設(shè)備（2）可 靠性高（3）可控Tt好（4）互換性好（5）互操作性好（6）分散控制（7）統(tǒng)一 組態(tài)；優(yōu)勢(shì)：（1）增強(qiáng)

6、了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成能力（2）開放式、互操作性、互換 性、可集成性（3）系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好（4）降低了系統(tǒng)及工程成本； 現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議一般由底層到上層可分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、過程監(jiān)控層和企業(yè)管理層三個(gè)層次?，F(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種：（1）星狀結(jié)構(gòu)（2）樹 狀結(jié)構(gòu)（3）環(huán)狀結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)通信模式有三種：對(duì)等式、主從式、客 戶/服務(wù)器式。典型的現(xiàn)場(chǎng)總線：（1） CAN （控制局域網(wǎng)）（2） Lon Works （局 域操作網(wǎng)）（3） Profibus （過程現(xiàn)場(chǎng)總線）（4） HART （5） FF （6） Ethernet（工業(yè)以太網(wǎng)）9 .干擾和干擾源：干擾：就是非被測(cè)信號(hào)本身，卻能

7、與被測(cè)信號(hào)一起被測(cè)試儀器檢取的信號(hào)。形成電磁干擾有三個(gè)要素：（1）噪聲源（2）傳播干擾的途徑 （3）敏感器件；干擾源：指產(chǎn)生噪聲干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)。（如雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘）；內(nèi)部干擾：是指測(cè)試系統(tǒng)本身（包括被測(cè) 對(duì)象）的各種器件、電路、負(fù)載、電源等引起的各種干擾。如電路之間寄生電 容、泄漏電阻的存在。外部干擾：是指由使用條件和外界環(huán)境因素所引起的干 擾，主要來自于自然界和被測(cè)對(duì)象周圍的電氣設(shè)備。如地球磁場(chǎng)、地球大氣放 電、宇宙干擾以及水蒸氣、雨雪、沙塵、煙塵。干擾傳播的途徑主要有三種： 靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。硬件抗干擾：接地、屏蔽、隔離、抑制 共模干擾、抑制用

8、模干擾；軟件抗干擾：數(shù)字濾波、軟件冗余、軟件攔截技 術(shù)、看門狗技術(shù)、輸入信號(hào)重復(fù)檢測(cè)法、輸出端口數(shù)據(jù)刷新法10 .智能傳感器：“智能傳感器是內(nèi)置有智能功能的傳感裝置”，智能微傳感器是 將微加工制造的硅基傳感器與信號(hào)處理電路、微處理器集成在同一塊芯片上或 封裝在一起的器件，由于微處理器的存在，使得這類傳感器具有智能決策和智 能信息處理能力，因此稱為智能傳感器 定義：對(duì)外界信息具有一定的檢測(cè)、自 診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力的傳感器。 優(yōu)點(diǎn)：通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度 的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化11 .熱電偶：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，精度高，溫度測(cè)量范圍寬，動(dòng)態(tài)響

9、應(yīng) 特性好，輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。熱電偶是有緣傳感器，測(cè)量時(shí)不需要外加電源， 使用方便。測(cè)溫原理：1.熱電效應(yīng)：兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)， 當(dāng)兩接合點(diǎn)熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。（塞貝克效應(yīng)）2.接觸電動(dòng)勢(shì)：不同導(dǎo)體的自由電子密度是不同的，當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A, B連接在一起，由于兩者內(nèi)部單位提及的自由電子數(shù)目不同，從而在接觸處產(chǎn)生電 子的擴(kuò)散，切擴(kuò)散速率不同。3,熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)：書 P14,公式2.3 結(jié)構(gòu)與種類：結(jié)構(gòu)（普通型熱電偶，特殊熱電偶）種類（書 P17,表2.1,柏銘 柏銘，柏銘柏，鍥鎘鍥硅，鍥鎘康銅，鐵，銅）。冷端溫度補(bǔ)償：補(bǔ)償導(dǎo)線法，冷端恒溫法，冷端溫度

10、矯正法，自動(dòng)補(bǔ)償法。12 .霍爾效應(yīng)：當(dāng)載流體或半導(dǎo)體與電流相垂直的磁場(chǎng)中，在其兩端將產(chǎn)生電位 差?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫茲力作用的結(jié)果；13 .集成智能儀器：即智能式傳感器的實(shí)現(xiàn)，依賴于大規(guī)模集成電路和微機(jī)械加 工工藝，利用硅作為基本材料來制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理單元， 并將它們集成在一塊芯片上。傳感器的集成化有三種情況：。1將多個(gè)功能完全 相同的敏感單元集成在同一個(gè)芯片上；。2對(duì)多個(gè)結(jié)構(gòu)相同、功能相近的敏感元 件進(jìn)行集成；O對(duì)不同類型的傳感器集成。特點(diǎn)：微型化、結(jié)構(gòu)一體化、陣列 式、測(cè)量精度高、多功能、全數(shù)字化、能夠減小傳感器系統(tǒng)的體積、降低制造 成本、且使用方

11、便、操作簡(jiǎn)單；14 .虛擬儀器軟件：Lab VIEW15 .圖像恢復(fù)：消除或減少在獲取圖像過程中產(chǎn)生的某些退化，使圖像能夠反映原始圖像的真實(shí)特征；16 .圖像邊緣檢測(cè)：邊緣是指其周圍像素灰度后階變化或屋頂狀變化的那些像素 的集合，它存在于目標(biāo)與背景、目標(biāo)與目標(biāo)、區(qū)域與區(qū)域 ，基元與基元之間。邊 緣檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是采用某種算法提取出圖像中對(duì)象與背景間的交接線。17 .微弱信號(hào)：是相對(duì)背景噪聲而言，其信號(hào)幅度的絕對(duì)值很小、信噪比很低（遠(yuǎn)小于1）的一類信號(hào)；微弱信號(hào)檢測(cè)的任務(wù)是采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī) 及物理學(xué)、數(shù)學(xué)的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)與 相關(guān)性，對(duì)被噪聲淹沒的微弱有用

12、信號(hào)進(jìn)行提取和測(cè)量。微弱信號(hào)檢測(cè)的目的 是從噪聲中提取出有用信號(hào)，或用一些新技術(shù)和新方法來提高檢測(cè)系統(tǒng)輸入輸 出信號(hào)的信噪比。18 .共模干擾：同時(shí)加在兩條被測(cè)信號(hào)線上的外界干擾。共模干擾電壓可以是直流電壓，也可以是交流電壓。共模干擾的抑制方法：采用差分放大器，利用雙端輸入的運(yùn)算放大器，利用隔離放大器，利用浮地輸入雙層屏蔽放大器19 .隨機(jī)誤差：是指對(duì)同一量值進(jìn)行多次等精度測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)均以不 可預(yù)定的方式無規(guī)則變化的誤差。特點(diǎn)：有界性、對(duì)稱性、抵償性。產(chǎn)生隨機(jī) 誤差的主要原因：1.測(cè)量?jī)x器元器件產(chǎn)生噪聲，零部件配合的不穩(wěn)定、摩擦、接觸不良等。2.溫度及電源電壓的無規(guī)則波動(dòng)，電磁干擾，

13、地基振動(dòng)等。3.測(cè) 量人員感覺器官的無規(guī)則變化而造成的讀數(shù)不穩(wěn)定等。20 .百分誤差：我們假設(shè)有一個(gè)值a以及它的近似值b,那么絕對(duì)誤差=a-b 的絕對(duì)值；相對(duì)誤差是=絕對(duì)誤差/a的絕對(duì)值；百分誤差是=相對(duì)誤差*100%（其中a表示真值，b表示a的近似值）。21 .彈性式壓力計(jì)：以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形為測(cè)量基礎(chǔ)。彈性式壓 力計(jì)根據(jù)測(cè)壓范圍的不同，常用的有膜片、膜盒、波紋管、彈簧管22 .霍爾式壓力表：利用彈性元件把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移量，由于霍爾元件固定 在彈性元件的自由端上，因此，彈性元件產(chǎn)生的位移將帶動(dòng)霍爾元件，使它在 線性變化的磁場(chǎng)中移動(dòng)，從而輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)。23 .浮子液面計(jì)：浮

14、子液位計(jì)是利用浮力中恒浮力原理工作的液位測(cè)量?jī)x表。結(jié)構(gòu)分為：平衡式，杠桿式，連桿式，導(dǎo)桿式，聯(lián)通桿式。種類：磁性浮子液位計(jì)，浮球浮子液位計(jì)24 .浮筒式液位計(jì)：浮筒式液位計(jì)屬于變浮式液位計(jì)，即在液面位置變化時(shí)，浸 沒浮筒的體積不同，因而浮力也不同，可通過測(cè)量浮力的變化來測(cè)量液面的高 度。當(dāng)液位變化時(shí)，浮筒所受的浮力隨之變化，由于重力不變，要達(dá)到新的平 衡狀態(tài)，浮筒的浸沒高度必然變化，使彈簧的張力也隨之而變。由于位移甚 小，機(jī)構(gòu)摩擦及非線性影響減少了很多，所以儀表精度一般高于位移平衡式， 可達(dá)到1級(jí)。浮力式液位儀表受外界溫度、濕度、強(qiáng)光、氣流等影響較小，但 由于浮力式液位計(jì)具有可動(dòng)部件，因而會(huì)因

15、摩擦而引起靈敏度降低和變差增 大，另外，浮子占有較大空間，體積較大，這些都是浮力式儀表的不足25 .電阻溫度計(jì)：根據(jù)導(dǎo)體電阻隨溫度而變化的規(guī)律來測(cè)量溫度的溫度計(jì)。最常 用的電阻溫度計(jì)都采用金屬絲繞制成的感溫元件，主要有鋁電阻溫度計(jì)和銅電 阻溫度計(jì)，在低溫下還有碳、錯(cuò)和銘鐵電阻溫度計(jì)。26 .檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：智能檢測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件主要包括傳感器、數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)、微處理器、輸入輸出接口等；軟件一般可分為主程序、中斷服務(wù) 程序和應(yīng)用程序。27 .虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器 面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口可以是各種以 PC為基礎(chǔ)的內(nèi)置功能插卡、通 用接

16、口總線接口卡、用行口、 VXI總線儀器接口等設(shè)備，或者是其它各種可程 控的外置測(cè)試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬 儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并以虛擬儀器面板的 形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作元素相對(duì)應(yīng)的各種控件。28 .現(xiàn)場(chǎng)總線特點(diǎn)：1對(duì)N結(jié)構(gòu)減少傳輸電纜、節(jié)約硬件設(shè)備 可靠性高 可控性好互換性好互操作性好分散控制統(tǒng)一組態(tài)；優(yōu)勢(shì)：（1）增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng) 級(jí)信息集成能力（2）開放式、互操作性、互換性、可集成性（3）系統(tǒng)可靠性 高、可維護(hù)性好（4）降低了系統(tǒng)及工程成本；圖像邊緣檢測(cè)步驟：平滑處理一階或二階閥值處理一，一一 一 一 , , 、 ,

17、 A ，一 , 一 二原始圖像平滑圖像梯度或含過零點(diǎn)圖像 邊界點(diǎn)29 .看門狗技術(shù)：又叫監(jiān)控定時(shí)器，是智能檢測(cè)系統(tǒng)普遍采用的一種抗干擾和提 高系統(tǒng)可靠性的措施，其作用相當(dāng)于代替人工復(fù)位，即當(dāng)程序因干擾出現(xiàn)跳變，系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓時(shí)，看門狗能強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，使CPU從死循環(huán)狀態(tài)進(jìn)入正常程序流程?？撮T狗設(shè)計(jì)工作原理：在主程序中對(duì) T0中斷服務(wù)程序進(jìn)行監(jiān)視，在 T1中斷服務(wù)程序中對(duì)主程序進(jìn)行監(jiān)視，在 T0中斷服務(wù)程序中對(duì)T1中斷服務(wù)程 序進(jìn)行監(jiān)視?？撮T狗技術(shù)主要的應(yīng)用：是用于因干擾引起的系統(tǒng)程序彈飛的出 錯(cuò)檢測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)?？撮T狗特性：（1）本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴于CPU。CPU只在一個(gè)固定的時(shí)間問隔內(nèi)

18、與之打一次交道,表明整個(gè)系統(tǒng)”目前尚 屬正常"。Q）當(dāng)CPU落入死循環(huán)后，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位30 .光隔放大器：輸入信號(hào)被放大（或載波調(diào)制）后，由耦合器中的發(fā)光二極管 轉(zhuǎn)化成光信號(hào)，再通過光耦合器中的光電器件變換成電壓或電流信號(hào)，最后由 輸出放大器放大輸出。光電耦合器的 特點(diǎn)：（1）耦合器中的發(fā)光和光敏元件都 是非線性器件（2）非線性器件傳輸模擬信號(hào)將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真?？朔蔷€性失 真通常采取的措施：（1）給非線性器件施加合適的直流偏置，在小范圍內(nèi)線性 傳輸信息。（2）采用負(fù)反饋技術(shù)。31 .儀表精度：在正常的使用條件下，儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度叫儀表的準(zhǔn)確度. 引用誤差越小，儀表的準(zhǔn)確度越高，而引用誤差與儀表的量程范圍有關(guān)，所以在使 用同一準(zhǔn)確度的儀表時(shí)，往往采取壓縮量程范圍，以減小測(cè)量誤差.在工業(yè)測(cè)量中， 為了便于表示儀表的質(zhì)量，通常用準(zhǔn)確度等級(jí)來表示儀表的準(zhǔn)確程度.準(zhǔn)確度等級(jí) 就是最大引用誤差去掉正，負(fù)號(hào)及百分號(hào).準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要 指標(biāo)之一.我國(guó)工業(yè)儀表等級(jí)分為0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,