5.現(xiàn)代檢測技術(shù)匯總課件

1、5. 檢測領(lǐng)域新技術(shù)簡介5.1 概述 檢測領(lǐng)域新技術(shù)主要是在微處理器、計算機的硬件、軟件基礎(chǔ)上，充分利用適當?shù)臄?shù)學(xué)工具、人工智能、參數(shù)或狀態(tài)的估計、識別技術(shù)而發(fā)展起來，有針對性地解決一些原來難以解決的問題。新技術(shù)軟測量技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、模糊傳感器技術(shù)多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)。智能檢測技術(shù)、技術(shù)基礎(chǔ)硬件基礎(chǔ)： 新材料、新傳感器件的開發(fā)。 精密機械、微電子技術(shù)的發(fā)展。 基礎(chǔ)理論和技術(shù)： 應(yīng)用物理、應(yīng)用化學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)領(lǐng)域的基本理論及科研成果；軟件基礎(chǔ)： 包括微處理器系統(tǒng)在內(nèi)的微電子技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、參數(shù)估計和識別技術(shù)，數(shù)據(jù)融合技術(shù)。應(yīng)用方法： 基于測量機理或模型辨

2、識的傳感器模型的求??； 測量公式、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，或知識庫形式的表達。 基于信號（數(shù)據(jù)）分析與處理的參數(shù)預(yù)估和識別。 構(gòu)成特點： 5.2 軟測量技術(shù) 80年代末期明確提出軟測量的概念， 依據(jù)對易測變量的測量及易測變量與被測變量（主導(dǎo)變量）間的數(shù)學(xué)關(guān)系（軟測量模型），利用數(shù)學(xué)計算和估計技術(shù)實現(xiàn)對待測變量測量的技術(shù)。特點：基于多傳感器之上，存在大量數(shù)據(jù)處理，適用于工程應(yīng)用中對象特性及環(huán)境變化影響較大的參數(shù)的工程測量。易于實現(xiàn)，在通用性、靈活性及成本等方面具有優(yōu)勢。5.2.1 軟測量技術(shù)方法 1）系統(tǒng)框圖 輔助變量的選擇；數(shù)據(jù)采集及處理；軟測量模型的建立；模型校正 關(guān)鍵步驟：2）輔助變量的選擇 要點：變

3、量類型，數(shù)量，測點位置 選取基礎(chǔ)： 基于對對象的機理分析和實際工況的了解。 考慮事項：可行性、可靠性、易維護性、經(jīng)濟性等基本原則：a. 適用性，工程上易于在線獲取并有一定的測量精度。b. 靈敏性，對對象輸出(被測變量)或不可測擾動能作出快速反應(yīng)。c. 特異性，對對象輸出(被測變量)或不可測擾動之外的干擾不敏感。d. 準確性，構(gòu)成的軟儀表應(yīng)能夠滿足準確度要求。e. 魯棒性，對模型誤差不敏感。 輔助變量數(shù)量：下限值：被估計主導(dǎo)變量的個數(shù)；上限值：系統(tǒng)能可靠在線獲取的變量總數(shù)。相關(guān)影響因素： 自由度、測量噪聲、模型不確定性 自由度:獨立變量數(shù) 過程工業(yè): F = C P + 2 F：自由度， C：組

4、分數(shù)， P：相數(shù)數(shù)量確定方法： 一般建議從系統(tǒng)的自由度出發(fā)，確定輔助變量的最小個數(shù)，并結(jié)合實際對象的特點適當增加輔助變量個數(shù)，以便更好地處理動態(tài)特性等問題。 檢測點： 應(yīng)根據(jù)主導(dǎo)變量的測量要求，選擇具有強影響力的參數(shù)點作為檢測點。 一般情況下，變量數(shù)目的選擇準則也往往應(yīng)用于檢測點位置的選擇。 輔助變量的數(shù)目和位置通常是同時確定的。3）測量數(shù)據(jù)處理 軟測量結(jié)果的可靠性在很大程度上依賴于測量數(shù)據(jù)的準確性和有效性，因此，數(shù)據(jù)處理是軟測量技術(shù)應(yīng)用的一個重要方面。基本內(nèi)容：數(shù)據(jù)校正、數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)校正a. 隨機誤差處理常用方法： 濾波法： 高通、低通，數(shù)據(jù)平滑。 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)技術(shù) 基于平衡關(guān)系建立以估計值與測

5、量值的方差為最小的優(yōu)化估計模型，為測量數(shù)據(jù)提供一個最優(yōu)估計，并據(jù)此檢測數(shù)據(jù)誤差。 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)技術(shù)是一個約束條件下的優(yōu)化技術(shù)。b. 顯著誤差處理常用方法：理論分析法 硬件冗余法 利用多種方法測量同一變量，通過結(jié)果比較識別顯著誤差。統(tǒng)計分析法 數(shù)據(jù)變換主要內(nèi)容：標度變換、轉(zhuǎn)換、權(quán)函數(shù)標度變換：采用合適的因子實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，保證算法的精度和穩(wěn)定性；轉(zhuǎn)換：直接轉(zhuǎn)化以及以新變量替換原變量，從而降低非線性。權(quán)函數(shù)：通過選擇適當?shù)臋?quán)函數(shù)實現(xiàn)對變量的動態(tài)補償以及體現(xiàn)輔助變量的重要度。4）軟測量模型的建立 構(gòu)造軟儀表的本質(zhì)就是建立數(shù)學(xué)模型（軟測量模型）問題。是軟儀表的核心。軟測量模型： 表征輔助變量和主導(dǎo)變量之

6、間的數(shù)學(xué)關(guān)系。注意：與一般系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的區(qū)別：一般數(shù)學(xué)模型：描述系統(tǒng)的動態(tài)或靜態(tài)特征，用于系統(tǒng)分析及優(yōu)化。軟測量模型：描述輔助變量與主導(dǎo)變量之間的關(guān)系，完成由輔助變量到主導(dǎo)變量的映射。軟測量模型建立方法： 基于工藝機理分析的軟測量 主要是運用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、物料平衡、能量平衡、動量平衡等原理，建立主導(dǎo)變量與輔助變量之間的關(guān)系模型。是工程中常用的方法。特點：對于工藝機理較為清楚的工藝過程，該方法能構(gòu)造出性能較好的軟儀表。工程背景清晰，便于實際應(yīng)用。模型具有較好的外延性.建模的難度較大。對于機理研究不充分、尚不完全清楚的復(fù)雜工業(yè)過程，難以建立合適的機理模型。 基于回歸分析的軟測量 是軟測量建模的基

7、本方法，應(yīng)用范圍相當廣泛。主要手段： 多元線性回歸（MLR）、 多元逐步回歸（MSR）、 主元分析和主元回歸（PCA、PCR）、 最小二乘(LSR)；特點： 簡單實用， 需要大量的樣本(數(shù)據(jù))，對測量誤差較為敏感。 所建立的模型具有一定的應(yīng)用范圍限制(外延性不好)。 以最小二乘原理為基礎(chǔ)的一元和多元線性回歸技術(shù)目前已相當成熟，常用于線性模型的擬合。 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量是近年來研究最多、發(fā)展很快和應(yīng)用范圍很廣泛的一種軟測量技術(shù)。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及建模特點 結(jié)構(gòu)： 特點：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習、聯(lián)想記憶、自適應(yīng)和非線性逼近等功能；可根據(jù)對象的輸入輸出數(shù)據(jù)直接建模。能適用于高度非線

8、性和嚴重不確定性系統(tǒng)；并行運算，速度較快。完美的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的獲得較困難?；谀：龜?shù)學(xué)的軟測量模糊數(shù)學(xué)模仿人腦邏輯思維特點，是處理復(fù)雜系統(tǒng)的一種有效手段。建立的模型是一種知識型模型。適用于被測對象呈亦此亦彼的不確定性，難于用常規(guī)數(shù)學(xué)方法定量描述的場合。實際應(yīng)用中一般將模糊技術(shù)與其他人工智能技術(shù)結(jié)合應(yīng)用?；谙嚓P(guān)分析的軟測量以隨機過程中相關(guān)分析理論為基礎(chǔ)，利用兩個或多個可測信號間的相關(guān)特性實現(xiàn)對某一參數(shù)的測量。具體實現(xiàn)方法為互相關(guān)分析方法。利用各輔助變量間的互相關(guān)特性進行參數(shù)測量。主要應(yīng)用于測量難測流體流速或流量的在線測量和故障診斷。5.2.2 軟測量技術(shù)實現(xiàn)1）基于工藝機理分析方法例：反應(yīng)再生

9、系統(tǒng)催化劑循環(huán)量和焦炭氫含量的軟測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：催化劑循環(huán)量的軟測量模型 軟測量方法主要有：熱平衡法，炭（物料）平衡法熱平衡法 利用再生器的熱平衡實現(xiàn)催化劑循環(huán)量的估算熱平衡關(guān)系式：式中： Q1：再生器中的反應(yīng)熱，（炭、氫燃燒）kJ / h； Q2：焦炭的脫附熱， kJ / h； Q3：空氣、焦炭和蒸汽的升溫熱， kJ / h； Q4：散熱損失， kJ / h； Q5：催化劑升溫所需要的熱量， kJ / h；已知：Q5與催化劑循環(huán)量存在關(guān)系（工藝知識）式中： R： 催化劑循環(huán)量，kg / h； t：再生劑與待生劑之間溫差，K； cp： 催化劑比熱，kJ / (kg K)。對上述二式聯(lián)立求解：

10、熱平衡法催化劑循環(huán)量軟測量模型：炭平衡法 利用物料平衡原理：煙氣中帶出的炭含量等于循環(huán)催化劑帶入的炭含量。 依據(jù)炭含量平衡的催化劑循環(huán)量軟測量模型：Cw： 煙氣中帶出炭含量C：待生劑與再生劑的炭含量差。b. 焦炭氫含量軟測量模型 焦炭氫含量是衡量催化裂化裝置氣提段性能的重要指標。 焦炭的氫含量一般通過對再生器作氧平衡來計算（依據(jù)煙氣分析數(shù)據(jù)）進入再生器的氧量：排出再生器的氧量：A：進入再生器的總空氣流量 ：煙氣中O2、 CO、CO2含量F：煙氣流量由氧平衡知水的生成量為：氮和氬在煙氣中的總含量，摩爾分量，：氮和氬在空氣中的體積百分含量，另外，根據(jù)氮平衡得式中聯(lián)立求解得：設(shè)煙氣中SO2和NOx含

11、量可忽略，則焦炭中的氫含量MH和炭量MC分別為如此，得氫含量CH（質(zhì)量百分比）軟測量模型為例：煙氣組成數(shù)據(jù)為：（摩爾百分數(shù)）O2：0.5 ，CO：8.0， CO2：12.0， N2：79.5則：氫含量：CH=7.1% 2）基于回歸分析的軟測量 是確定變量間相關(guān)關(guān)系的一種簡單實用的方法。 在檢測過程中常用于關(guān)聯(lián)各種過程變量的觀測數(shù)據(jù)，建立軟測量模型對難以直接測量的變量進行估計。主要應(yīng)用方法： 主元回歸（PCR） 部分最小二乘法（PLS）注意： 對于線性系統(tǒng)采用PCR或PLS效果基本相同， 對于非線性回歸，PLS將優(yōu)于PCR法。最小二乘原理式設(shè)：軟測量問題被測變量：y 輔助變量：xi；i=1，2，

12、m 誤差變量：e或有：待定系數(shù)例：篩板塔點效率的軟測量 由物料平衡關(guān)系和液相組成知液相點效率EOL有關(guān)系式：式中其中施密特準數(shù)液相表面張力修正后的氣相雷諾準數(shù)線性化得：回歸結(jié)果： A=0.00935，a=0.15, b=0.222, c=0.365軟測量模型回歸數(shù)據(jù)： 208 51 51 228 158 2019 1554 274 495 208 260 407 68 67 63 59.6文獻指出，在下述范圍內(nèi)模型具有良好效果回歸模型3）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量方法a. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量建模基本特點神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法屬于辨識建模；建模的全部或部分過程為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程；一般所建模型為隱式，不能描述

13、為一般數(shù)學(xué)表達式，模型參數(shù)蘊含于網(wǎng)絡(luò)連接的權(quán)值中；模型的輸入為輔助變量，輸出為被測變量，模型易于實現(xiàn) ；對非線性映射關(guān)系的逼近性良好；需要大量的實驗數(shù)據(jù)；b. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)c. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法 通過樣本訓(xùn)練的方法實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立基本步驟：確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定訓(xùn)練樣本確定網(wǎng)絡(luò)變換函數(shù)及訓(xùn)練方法實行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定選擇網(wǎng)絡(luò)類型：如BP網(wǎng)絡(luò)，RBF網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 輸入層節(jié)點：所選輔助變量個數(shù)。 輸出層節(jié)點：需要進行軟測量的變量數(shù)。 中間(隱層)節(jié)點：目前尚沒有一個很好的確定方法。訓(xùn)練樣本（數(shù)據(jù)）的提?。?訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)

14、來源： 理想輸入輸出數(shù)據(jù)，通過經(jīng)驗、實驗、過程實測輸入輸出數(shù)據(jù)。一般要求：訓(xùn)練數(shù)據(jù)組數(shù)要遠大于需要進行軟測量的變量數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)變換函數(shù)： 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過轉(zhuǎn)換函數(shù)完成其學(xué)習訓(xùn)練過程，并且在應(yīng)用中通過轉(zhuǎn)換函數(shù)按照一定的規(guī)律將輸入端信息傳送到輸出端。常用的轉(zhuǎn)換函數(shù)如圖所示：網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練訓(xùn)練方法有教師學(xué)習 事先給定一些標準的輸入輸出數(shù)據(jù)，學(xué)習中，在給定的一組輸入數(shù)據(jù)下的網(wǎng)絡(luò)輸出與給定的期望輸出進行比較，通過二者差異調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，最終的訓(xùn)練結(jié)果使其差異達到給定的范圍內(nèi)。無教師學(xué)習 不存在教師信號，相應(yīng)地事先設(shè)定一套學(xué)習規(guī)則，學(xué)習系統(tǒng)按照環(huán)境提供數(shù)據(jù)的某些統(tǒng)計規(guī)律及事先設(shè)定的規(guī)則自動調(diào)整權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)具有某一特定

15、功能。再勵學(xué)習 介于上述二者學(xué)習方式之間的一種學(xué)習方式，在這種學(xué)習中，環(huán)境將對網(wǎng)絡(luò)的輸出給出評價信息（獎或罰），學(xué)習系統(tǒng)將通過這些系統(tǒng)調(diào)整權(quán)值，改善自身特性。d. 建模形式利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接建模 用網(wǎng)絡(luò)代替常規(guī)的數(shù)學(xué)模型描述輔助變量和主導(dǎo)變量間的關(guān)系，完成由可測信息空間到主導(dǎo)變量的映射，實現(xiàn)軟測量。 原理圖：特點：所建模型屬黑箱模型，模型特性隱含于網(wǎng)絡(luò)權(quán)值中，不能寫出顯式數(shù)學(xué)模型。 模型特性外延性不好。與常規(guī)模型相結(jié)合，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來估計常規(guī)模型的模型參數(shù)并進而實現(xiàn)軟測量，原理圖： 特點：所建模型屬于灰箱模型，模型可用顯式表示。模型描述特性介于機理模型與黑箱模型之間。特性外延有一定誤差。e

16、. 注意事項： 在實際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的數(shù)量和質(zhì)量、學(xué)習算法、網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和類型等的選擇對所構(gòu)成軟儀表的性能都有重大影響。5.3 智能檢測 智能檢測系統(tǒng)是以微機為核心，以檢測為目的的系統(tǒng)。主要包括功能： 測量、檢驗、故障診斷、信息處理和決策、輸出等。1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳感器：完成信號獲取，將被測信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。信號調(diào)理：將傳感器來的信號進行放大、整流、濾波及線性化處理。實現(xiàn)對信號的去噪、形式轉(zhuǎn)換和信號幅值變換，使之滿足數(shù)據(jù)采集板的要求。數(shù)據(jù)采集：完成信號量程的自動轉(zhuǎn)換、多通道信號分時采樣、連續(xù)信號的時間序列離散化數(shù)字量（或脈沖頻率）處理。計算機：系統(tǒng)的中樞，在軟件作用下進行信號采集和存

17、儲、數(shù)據(jù)運算分析、記錄以及顯示輸出。標準接口系統(tǒng) 是計算機和各測量設(shè)備間進行信息交換和傳輸?shù)倪B接設(shè)備，主要是解決各產(chǎn)品接口的統(tǒng)一問題。主要功能：多臺設(shè)備的識別，接口中含有特定外圍設(shè)備通道碼（口地址），計算機通過地址線選擇外圍設(shè)備。實現(xiàn)信號暫存及脈沖寬度變換。完成信號邏輯極性和邏輯電平轉(zhuǎn)換（如TTL邏輯電平和MOS器件的電平極性相反）。完成數(shù)據(jù)代碼形式轉(zhuǎn)換，如BCD碼、二進制碼以及串行碼和并行碼轉(zhuǎn)換。常用標準接口： RS-232C（串行）接口總線 HP-IB（并行）接口總線2）智能檢測系統(tǒng)主要軟件系統(tǒng)軟件： 計算機實現(xiàn)運行的軟件應(yīng)用軟件： 測試程序、控制程序、數(shù)據(jù)處理程序、界面生成程序主要特點：

18、開發(fā)性強，可靠性高：可通過開發(fā)不同軟件實現(xiàn)不同的功能；減少了硬件電路和元件數(shù)量，減少了故障發(fā)生率，提高了可靠性。測量速度快：計算機技術(shù)的發(fā)展為智能檢測的快速性提供了條件。高度的靈活性：以軟件為工作核心的智能檢測系統(tǒng)可以方便地更改功能和性能指標?？商峁┒喾N形式的數(shù)據(jù)輸出，可以方便地與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。智能化數(shù)據(jù)處理：在線線性化、相關(guān)性分析。多數(shù)據(jù)融合：可配備多個檢測通道，依據(jù)相關(guān)特性實現(xiàn)多傳感器信息融合，提高測量精度。自查及診斷：實現(xiàn)自檢查，顯示故障信息檢測過程的軟件控制：自動校準、自補償、過載保護、報警及檢測功能（通道、方式）選擇。5.4 虛擬儀器檢測技術(shù) 虛擬儀器 (Virtual In

19、strument)是指在計算機上由用戶設(shè)計定義，利用計算機顯示器（CRT）來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，實現(xiàn)信號的采集、測量、運算、分析、處理等功能的計算機儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、智能檢測技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、總線技術(shù)和圖形處理等技術(shù)，利用圖形化語言在計算機上開發(fā)的一種儀器。 是建立在標準化、系列化、模塊化的硬件和軟件平臺的一個完全開放的儀器集成系統(tǒng)。虛擬儀器面板示例5.4.1 虛擬儀器的構(gòu)成框圖 虛擬儀器是以個人計算機為核心，通過測量軟件支持，具有虛擬儀器面板功能、儀器硬件和通訊功能的信息處理裝置。 虛擬儀器通常包括：計算機、儀器硬件和應(yīng)用軟件。虛擬儀器基本構(gòu)成框圖：5.

20、4.2 虛擬儀器的硬件系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)是虛擬儀器的工作基礎(chǔ)， 主要完成功能：測試信號采集、傳輸和顯示。 硬件系統(tǒng)構(gòu)成：計算機提供高效數(shù)據(jù)處理功能及顯示功能 微處理器、存儲器、顯示器等 測量功能硬件主要用于采集和傳輸信號 主要有：GPIB儀器模塊 VXI儀器模塊 PXI儀器模塊或數(shù)據(jù)采集卡虛擬儀器的硬件系統(tǒng)計算機硬件測量功能硬件1) GPIB(General Purpose Interface Bus)儀器控制系統(tǒng) GPIB技術(shù)是虛擬儀器發(fā)展的第一階段。 GPIB把可編程儀器與計算機緊密地聯(lián)系起來，使電子測量由獨立的、手工操作的單臺儀器向組成大規(guī)模自動測試系統(tǒng)的方向邁進。 典型GPIB儀器控制系統(tǒng)

21、由一臺PC機、一塊GPIB接口板卡和若干臺GPIB儀器通過標準的GPIB電纜連接而構(gòu)成。構(gòu)成示意圖：基本數(shù)據(jù) 標準情況下，一個GPIB接口板可帶14臺儀器； 電纜長度： 20m； 數(shù)據(jù)傳輸速率約為1Mbytes/s。功能：可以用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測試的誤差。實現(xiàn)自動測試，提高了可靠性和效率。可方便地組合多臺儀器，形成較大規(guī)模的檢測系統(tǒng)；高效、靈活地完成各種不同規(guī)模的測試任務(wù)。可通過計算機的數(shù)據(jù)分析處理算法擴展儀器功能。2) VXI總線儀器系統(tǒng) 是基于高速計算機總線VME(Versabus Module Eurocard)在儀器領(lǐng)域的擴展總線

22、平臺的自動檢測系統(tǒng)。 具有標準開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強，定時和同步精確、模塊可重復(fù)利用，以及眾多儀器廠家支持等特點。 在組建大、中規(guī)模的自動檢測系統(tǒng)，以及對速度、精度要求較高的場合叫其他系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。 VXI系統(tǒng)配置方案： a. GPIB控制方案 b. 嵌入式計算機控制方案 c. MXI總線控制方案 a. GPIB控制方案GPIB控制方案的數(shù)據(jù)傳輸速率約為1Mbytes/s。如果使用HS488協(xié)議可使GPIB的數(shù)據(jù)傳輸速率提高到1.6Mbytes/s（ISA總線）。優(yōu)點：可以利用熟悉的GPIB技術(shù)如同控制一臺GPIB儀器一樣來控制VXI儀器系統(tǒng)，且系統(tǒng)造價低。缺點：由于GPIB總線

23、的數(shù)據(jù)傳輸速率遠遠低于VXI總線，形成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換的瓶頸。（VME總線帶寬：40Mbytes/s）應(yīng)用 適用于對總線控制的實時性要求不高，并需在系統(tǒng)中集成較多GPIB儀器的場合；b. 嵌入式計算機控制方案一個嵌入式計算機模塊除具有VXI系統(tǒng)控制功能外，還具有一臺通用PC機的全部功能。優(yōu)點： 所有的模塊均插在VXI機箱的背板總線上，能實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳送(40Mbytes/s左右)，且體積緊湊，是實現(xiàn)VXI自動測試系統(tǒng)的最佳配置方案。缺點：配置方案的造價及升級費用均較高。應(yīng)用： 由于在系統(tǒng)的體積、控制速率和電磁兼容方面具有優(yōu)勢，因而在性能要求較高和投資較大的場合，如航天、軍用等應(yīng)用領(lǐng)域倍受青

24、睞；c. MXI總線控制方案MXI是一種多系統(tǒng)擴展接口總線，相當于把VXI機箱的背板總線拉到外部計算機上來，同時可實現(xiàn)多個VXI機箱間的32位數(shù)據(jù)交換。它可以直接把VXI內(nèi)存空間映射到外部計算機上，因此在提高數(shù)據(jù)傳輸速率方面有很多的優(yōu)勢。優(yōu)點： 綜合了第一種(GPIB)方案使用外部計算機靈活方便、易于升級以及第二種(VXI)方案高性能的優(yōu)點，且造價適中。同時還可以在外部計算機上加插GPIB接口卡、數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)更大規(guī)模的系統(tǒng)集成。缺點： 與內(nèi)嵌式方案相比，體積偏大，數(shù)據(jù)傳輸速率偏低。應(yīng)用： 適用于在各種實驗室中實現(xiàn)科研系統(tǒng)以及對體積要求不高的場合使用。3）PXI儀器總線系統(tǒng) 一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)

25、采集與自動化應(yīng)用獨自定制的模塊化儀器平臺。 PXI與VXI區(qū)別：主要是體現(xiàn)在各自的底層總線結(jié)構(gòu)不同。 VXI基于VME總線； PXI基于PC機中廣泛應(yīng)用的PCI總線。特點：PCI總線最大帶寬：132Mbytes/s；可降低成本，零部件和軟件可容易地在PC產(chǎn)品供應(yīng)商購得。設(shè)備尺寸小，能夠為便攜式、臺式或固定框架裝置提供通用平臺。PXI設(shè)備能夠被操作系統(tǒng)自動識別。5.4.3 虛擬儀器軟件系統(tǒng) 1）軟件結(jié)構(gòu)圖測試管理層： 是一個帶有易于操作界面、用于管理和執(zhí)行某一測試任務(wù)、它為測試系統(tǒng)與操作者的交互、被測器件分析、順序測試以及分支、循環(huán)等提供一個專門的測試運行程序，測試程序?qū)樱?提供了針對產(chǎn)品的功能

26、測試的軟件組件。在這些軟件中，幾乎所有用于測量、控制和通訊模塊的程序代碼均已編寫完成，供用戶調(diào)用。用戶只需在開發(fā)平臺上以圖形方式調(diào)出相應(yīng)的儀器功能模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，進行連接組合，就可構(gòu)成一個具體的儀器，節(jié)省用戶大量的開發(fā)時間。驅(qū)動程序?qū)樱?儀器驅(qū)動程序是以源代碼的方式提供給用戶，用戶可以很容易地優(yōu)化和增強這些驅(qū)動程序，用戶可迅速將儀器鏈入自己的測試系統(tǒng)。標準化的驅(qū)動程序可以在不同的系統(tǒng)和配置中重復(fù)使用。I/O接口層： 在一個標準化I/O接口軟件組件的通用內(nèi)核上，為用戶提供了一個一致的、跨計算機平臺的應(yīng)用編程接口(API)，使用戶的測試系統(tǒng)能夠自由靈活地選擇不同的計算機平臺和儀器硬件。虛擬儀器

27、軟件系統(tǒng)特點：這些軟件層的設(shè)計均以“與設(shè)備無關(guān)”為特征，極大地改善了開發(fā)環(huán)境。虛擬儀器的本質(zhì)是面向?qū)ο?，由不同開發(fā)人員采用不同開發(fā)工具編寫的測試程序可方便地集成在一個系統(tǒng)中。用戶可以使用單一的、前后一致的開發(fā)工具完成測試程序的所有部分，包括用戶應(yīng)用程序、測試程序和儀器驅(qū)動程序等。2）軟件開發(fā)平臺 軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。 常用軟件開發(fā)平臺：可視編程語言環(huán)境Visual C, Visual BASIC ；NI公司推出LabVIEW 和LabWindows/CVI ；HP公司推出了VEE；Tektronix公司推出了TekTMS；3）LabVIEW軟件開發(fā)平臺簡介LabVIEW是一種基于G語言的

28、圖形化開發(fā)語言。LabVIEW軟件平臺是一種面向儀器的圖形化編程環(huán)境，用來進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達測試、測量和控制、實驗室自動化以及過程監(jiān)控。利用LabVIEW可以簡化程序的開發(fā)工作，以使用戶能快速、簡便地完成自己的工作。使用LabVIEW開發(fā)平臺編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡稱為VI。程序前面板框圖程序圖標/連接器VILabVIEW的選項板程序的創(chuàng)建主要依靠三個選項板：工具（Tools）選項板控件（Controls）選項板函數(shù)（Functions）選項板 工具選項板使用工具選項板中的工具可創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI。當從工具模板中選擇了某種工具后，鼠標光標就變?yōu)樵摴ぞ叩男螤?，表示可以進行某

29、類操作。 控件選項板 控件選項板只用于前面板，用來創(chuàng)建控制器和指示器。 選項板中顯示的是一些子選項板的圖標，點擊圖標即可彈出該圖標下的子選項板。 最常用的控件是：數(shù)值型 、布爾型數(shù)值型 Numeric主要完成參數(shù)設(shè)置和結(jié)果顯示。這些控件相當于高級文本編程語言中的變量?？刂菩涂丶校簲?shù)字式、滑動式、進度條式、旋紐式、桶式指示型控件有：數(shù)字式、表盤式、溫度計式、彩色式布爾型包含控制器和指示器：按鈕、開關(guān)、指示燈按鍵等。函數(shù)選項板(Functions Palette) 用于創(chuàng)建框圖程序程序前面板 程序前面板是VI的用戶界面，在此界面模擬真實儀表的前面板。 程序前面板主要功能是設(shè)置輸入數(shù)值并觀測輸出量。 在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）?？刂坪惋@示是以各種圖標形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等。VI程序前面板示例信號發(fā)生器前面板頻譜分析儀前面板溫度計前面板框圖程序 框圖程序是圖形化源代碼的集合，每一個程序前面板都對應(yīng)一段框圖程序。 框圖程序由端口、節(jié)點、圖框和連線構(gòu)成。 端口被用來與程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)， 節(jié)