現代檢測新技術課件

第15章現代檢測新技術第15章現代檢測新技術115.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念一、測量儀器發(fā)展的四個階段1、模擬儀器――借助表頭指針來顯示測量結果2、數字化儀器――以數字方式顯示測量結果3、智能儀器――內置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數據處理功能4、虛擬儀器――用計算機軟件和儀器軟面板實現儀器的測量和控制功能。15.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念215.1.1虛擬儀器的概念二、虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較

傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器設備的連接十分有限可方便地與網絡、外設及多種儀器連接人工讀取數據計算機直接讀取數據并進行分析處理數據無法編輯數據可編輯、存儲、打印硬件是關鍵部分軟件是關鍵部分價格昂貴價格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴展性差基于計算機技術開放的功能塊可構成多種儀器技術更新慢技術更新快開發(fā)和維護費用高基于軟件體系的結構，大大節(jié)省開發(fā)維護費用15.1.1虛擬儀器的概念傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功315.1.2虛擬儀器的組成特點一、儀器最基本的組成模塊1、輸入模塊2、輸出模塊3、數據處理模塊15.1.2虛擬儀器的組成特點415.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點1、軟件和硬件功能的模塊化利用軟件對若干功能模塊進行組態(tài)，以模擬一個或多個傳統(tǒng)儀器及其功能。2、軟件和硬件功能的分層圖15-1-1具備所需完整功能的頂層虛擬儀器是一個包含所有應用功能的子虛擬儀器的集合，而每臺虛擬儀器功能的差異就在于這個集合中的元素各不相同。15.1.2虛擬儀器的組成特點515－1－1虛擬儀器的分層結構15－1－1虛擬儀器的分層結構615.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點3、儀器功能的軟件化在計算機屏幕上形成軟面板不僅能夠在外觀和操作上模仿傳統(tǒng)儀器，而且還可以根據需要通過軟件來選擇儀器的功能設置和改變面板的控制方式。15.1.2虛擬儀器的組成特點715.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-2一、虛擬儀器硬件1、插入式數據采集卡2、VXI總線15.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-2815.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-2二、應用軟件的主要作用：1、提供集成的開發(fā)環(huán)境、2、提供儀器硬件的高級接口(儀器驅動程序)3、提供虛擬儀器的用戶接口。15.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-2915－1－2虛擬儀器的體系結構15－1－2虛擬儀器的體系結構1015.2網絡化儀器和網絡化傳感器

15.2.1網絡化儀器的概念

網絡化儀器――具備網絡功能的新型儀器：1、被測對象可通過測試現場的普通儀器設備，將測得數據(信息)通過網絡傳輸給異地的精密測量設備或高檔次的微機化儀器去分析、處理；2、能實現測量信息的共享；3、可掌握網絡節(jié)點處信息的實時變化的趨勢。4、可通過具有網絡傳輸功能的儀器將數據傳至原端即現場。15.2網絡化儀器和網絡化傳感器15.2.1網絡化儀器的1115.2網絡化儀器和網絡化傳感器

15.2.2基于現場總線技術的網絡化測控系統(tǒng)一、現場總線是用于過程自動化和制造自動化的現場設備或儀表互連的現場數字通信網絡，二、基于現場總線的儀表單元的優(yōu)點1)徹底網絡化2)一對N結構3)可靠性高15.2網絡化儀器和網絡化傳感器15.2.2基于現場總線1215.2網絡化儀器和網絡化傳感器

二、基于現場總線的儀表單元的優(yōu)點4)操作性好5)綜合功能強6)組態(tài)靈活15.2網絡化儀器和網絡化傳感器二、基于現場總線的儀表單元13圖15－2－1基于現場總線的測控網絡圖15－2－1基于現場總線的測控網絡1415.2.3面向Internet的網絡測控系統(tǒng)網絡化儀器設備充當著網絡中獨立節(jié)點的角色，信息可跨越網絡傳輸至所及的任何領域，可實現實時、動態(tài)（包括遠程）的在線測控。15.2.3面向Internet的網絡測控系統(tǒng)1515.2網絡化儀器和網絡化傳感器

15.2.4網絡化傳感器網絡化傳感器是在智能傳感器的基礎上，把網絡協議作為一種嵌入式應用，嵌入現場智能傳感器的ROM中，使其具有網絡接口能力，這樣，網絡化傳感器就像計算機一樣成為了測控網絡上的節(jié)點，并具有網絡節(jié)點的組態(tài)性和互操作性。15.2網絡化儀器和網絡化傳感器15.2.4網絡化傳感器1615.3軟測量技術

15.3.1軟測量技術的概念軟測量技術的測量原理是：選擇與無法直接測量的待測變量（常稱為主導變量——PrimaryVariable）相關的一組可測變量（常稱為輔助變量或二次變量——SecondaryVariable），依據這些可測變量與待測變量之間的關系，建立某種以可測變量為輸入，待測變量為輸出的數學模型（軟測量模型），用計算機進行模型的數值運算，從而得到待測變量的估計值。15.3軟測量技術15.3.1軟測量技術的概念1715.3軟測量技術

15.3.2軟測量技術的實現方法一、輔助變量的選擇輔助變量的選擇包括變量的類型、數目和測點位置等三個相互關聯的方面。輔助變量的選擇要基于對對象的機理分析和實際工況的了解。15.3軟測量技術15.3.2軟測量技術的實現方法1815.3軟測量技術

15.3.2軟測量技術的實現方法二、測量數據的處理1、測量誤差處理2、測量數據變換15.3軟測量技術15.3.2軟測量技術的實現方法1915.3軟測量技術

15.3.2軟測量技術的實現方法三、軟測量模型的建模――是軟測量的的核心問題。四、軟測量模型的校正1、軟測量模型結構優(yōu)化2、模型參數修正15.3軟測量技術15.3.2軟測量技術的實現方法2015.4多傳感器數據融合

15.4.1多傳感器數據融合的概念“多傳感器數據融合”是將來自多傳感器或多信息源的信息和數據，模仿人類專家的綜合信息處理能力進行智能化處理，從而獲得更為廣泛全面、準確可信的結論。15.4多傳感器數據融合15.4.1多傳感器數據融2115.4多傳感器數據融合

15.4.2基本原理、過程及關鍵技術一、基本原理充分利用多傳感器資源，通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據某種準則來進行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述，使該傳感器系統(tǒng)所提供的信息比它的各組成部分子集單獨提供的信息更有優(yōu)越性。15.4多傳感器數據融合15.4.2基本原理、過程及關鍵2215.4多傳感器數據融合

15.4.2基本原理、過程及關鍵技術二、數據融合的過程

15.4多傳感器數據融合15.4.2基本原理、過程及2315.4多傳感器數據融合

15.4.2基本原理、過程及關鍵技術三、關鍵技術（1）數據轉換（2）數據相關技術（3）數據庫（4）融合計算15.4多傳感器數據融合15.4.2基本原理、過程及2415.4多傳感器數據融合

15.4.3結構及功能模型一、結構

數據融合的結構形式有串行、并行、串并行混合和網絡型4種基本形式。

15.4多傳感器數據融合15.4.3結構及功能模型25（a）串聯型；（b）并聯型（a）串聯型；（b）并聯型2615.4多傳感器數據融合

15.4.3結構及功能模型二、功能模型15.4多傳感器數據融合15.4.3結構及功能模型27第15章現代檢測新技術第15章現代檢測新技術2815.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念一、測量儀器發(fā)展的四個階段1、模擬儀器――借助表頭指針來顯示測量結果2、數字化儀器――以數字方式顯示測量結果3、智能儀器――內置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數據處理功能4、虛擬儀器――用計算機軟件和儀器軟面板實現儀器的測量和控制功能。15.1虛擬儀器15.1.1虛擬儀器的概念2915.1.1虛擬儀器的概念二、虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較

傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器設備的連接十分有限可方便地與網絡、外設及多種儀器連接人工讀取數據計算機直接讀取數據并進行分析處理數據無法編輯數據可編輯、存儲、打印硬件是關鍵部分軟件是關鍵部分價格昂貴價格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴展性差基于計算機技術開放的功能塊可構成多種儀器技術更新慢技術更新快開發(fā)和維護費用高基于軟件體系的結構，大大節(jié)省開發(fā)維護費用15.1.1虛擬儀器的概念傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功3015.1.2虛擬儀器的組成特點一、儀器最基本的組成模塊1、輸入模塊2、輸出模塊3、數據處理模塊15.1.2虛擬儀器的組成特點3115.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點1、軟件和硬件功能的模塊化利用軟件對若干功能模塊進行組態(tài)，以模擬一個或多個傳統(tǒng)儀器及其功能。2、軟件和硬件功能的分層圖15-1-1具備所需完整功能的頂層虛擬儀器是一個包含所有應用功能的子虛擬儀器的集合，而每臺虛擬儀器功能的差異就在于這個集合中的元素各不相同。15.1.2虛擬儀器的組成特點3215－1－1虛擬儀器的分層結構15－1－1虛擬儀器的分層結構3315.1.2虛擬儀器的組成特點二、虛擬儀器的組成特點3、儀器功能的軟件化在計算機屏幕上形成軟面板不僅能夠在外觀和操作上模仿傳統(tǒng)儀器，而且還可以根據需要通過軟件來選擇儀器的功能設置和改變面板的控制方式。15.1.2虛擬儀器的組成特點3415.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-2一、虛擬儀器硬件1、插入式數據采集卡2、VXI總線15.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-23515.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-2二、應用軟件的主要作用：1、提供集成的開發(fā)環(huán)境、2、提供儀器硬件的高級接口(儀器驅動程序)3、提供虛擬儀器的用戶接口。15.1.3虛擬儀器的體系結構圖15-1-23615－1－2虛擬儀器的體系結構15－1－2虛擬儀器的體系結構3715.2網絡化儀器和網絡化傳感器

15.2.1網絡化儀器的概念

網絡化儀器――具備網絡功能的新型儀器：1、被測對象可通過測試現場的普通儀器設備，將測得數據(信息)通過網絡傳輸給異地的精密測量設備或高檔次的微機化儀器去分析、處理；2、能實現測量信息的共享；3、可掌握網絡節(jié)點處信息的實時變化的趨勢。4、可通過具有網絡傳輸功能的儀器將數據傳至原端即現場。15.2網絡化儀器和網絡化傳感器15.2.1網絡化儀器的3815.2網絡化儀器和網絡化傳感器

15.2.2基于現場總線技術的網絡化測控系統(tǒng)一、現場總線是用于過程自動化和制造自動化的現場設備或儀表互連的現場數字通信網絡，二、基于現場總線的儀表單元的優(yōu)點1)徹底網絡化2)一對N結構3)可靠性高15.2網絡化儀器和網絡化傳感器15.2.2基于現場總線3915.2網絡化儀器和網絡化傳感器

二、基于現場總線的儀表單元的優(yōu)點4)操作性好5)綜合功能強6)組態(tài)靈活15.2網絡化儀器和網絡化傳感器二、基于現場總線的儀表單元40圖15－2－1基于現場總線的測控網絡圖15－2－1基于現場總線的測控網絡4115.2.3面向Internet的網絡測控系統(tǒng)網絡化儀器設備充當著網絡中獨立節(jié)點的角色，信息可跨越網絡傳輸至所及的任何領域，可實現實時、動態(tài)（包括遠程）的在線測控。15.2.3面向Internet的網絡測控系統(tǒng)4215.2網絡化儀器和網絡化傳感器

15.2.4網絡化傳感器網絡化傳感器是在智能傳感器的基礎上，把網絡協議作為一種嵌入式應用，嵌入現場智能傳感器的ROM中，使其具有網絡接口能力，這樣，網絡化傳感器就像計算機一樣成為了測控網絡上的節(jié)點，并具有網絡節(jié)點的組態(tài)性和互操作性。15.2網絡化儀器和網絡化傳感器15.2.4網絡化傳感器4315.3軟測量技術

15.3.1軟測量技術的概念軟測量技術的測量原理是：選擇與無法直接測量的待測變量（常稱為主導變量——PrimaryVariable）相關的一組可測變量（常稱為輔助變量或二次變量——SecondaryVariable），依據這些可測變量與待測變量之間的關系，建立某種以可測變量為輸入，待測變量為輸出的數學模型（軟測量模型），用計算機進行模型的數值運算，從而得到待測變量的估計值。15.3軟測量技術15.3.1軟測量技術的概念4415.3軟測量技術

15.3.2軟測量技術的實現方法一、輔助變量的選擇輔助變量的選擇包括變量的類型、數目和測點位置等三個相互關聯的方面。輔助變量的選擇要基于對對象的機理分析和實際工況的了解。15.3軟測量技術15.3.2軟測量技術的實現方法4515.3軟測量技術

15.3.2軟測量技術的實現方法二、測量數據的處理1、測量誤差處理2、測量數據變換15.3軟測量技術15.3.2軟測量技術的實現方法4615.3軟測量技術

15.3.2軟測量技術的實現方法三、軟測量模型的建模――是軟測量的的核心問題。四、軟測量模型的校正1、軟測量模型結構優(yōu)化2、模型參數修正15.3軟測量技術15.3.2軟測量技術的實現方法4715.4多傳感器數據融合

15.4.1多傳感器數據融合的概念“多傳感器數據融合”是將來自多傳感器或多信息源