第十一章智能测量技术及其应用

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1、第十一章智能测量技术及其应用第11章11.1　概述11.1.1　微型化11.1.2　智能化11.1.3　多功能化11.2　智能传感器11.2.1　概述11.2.2　智能化传感器的结构11.2.3　模糊传感器11.2.4　集成式智能传感器11.3　网络化仪表11.3.1　现场总线差压变送器11.3.2　现场总线协议第11章11.3.3　现场总线仪表应用的特点11.4　虚拟仪表和软测量技术简介11.1　概述11.1.1　微型化11.1.2　智能化11.1.3　多功能化11.1.1　微型化传感器微型化归功于计算机辅助设计技

2、术、微机电系统技术以及敏感光纤技术的发展。传感器的设计手段从传统的结构化生产设计转变为基于计算机辅助设计的模拟式工程化设计，使得设计人员能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型传感器系统，从而推动了传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化方向发展。11.1.2　智能化智能化传感器是微型机与传感器结合的产物，它不仅能进行外界信号的测量、转换，而且能进行信息存储、信息分析和结论判断等功能。它的出现是传感技术的一次革命，对传感器的发展产生了深远的影响。11.1.3　多功能化传感器多功能化是当前传感器技术发

3、展中的一个全新方向，它是指将若干种敏感元件总装在同一种材料或单独一块芯片上，用来同时测量多种参数，全面反映被测量的综合信息，或对系统误差进行补偿和校正。美国MERRITI公司研制开发的无触点皮肤敏感系统，包括无触点超声波、红外辐射引导、薄膜式电容以及温度、气体传感器等。DTP型智能压力传感器中集成压力、环境压力和温度三种传感元件。其中，主传感器为差压传感器，用来探测差压信号，辅助传感器为温度和环境压力传感器，它们用于调节和校正由于温度和工作环境的压力变化而导致的测量误差。11.2　智能传感器11.2.1　概述11.2

4、.2　智能化传感器的结构11.2.3　模糊传感器11.2.4　集成式智能传感器11.2.1　概述传统的传感器是模拟仪器仪表或模拟计算机时代的产物。它的设计指导思想是把外部信息变换成模拟电压或电流信号。它的输出幅值小，灵敏度低，而且功能单一，因而被人们称为“聋哑传感器”。11.2.2　智能化传感器的结构1.硬件部分2.软件部分3.智能传感器中的信息处理技术4.结构特点11.2.2　智能化传感器的结构图11-1　智能传感器的结构框图1.硬件部分(1)主机部分　主机部分通常由微处理器CPU、存储器、输入输出I/O接口电路组

5、成，或者其本身就是一个具有多种功能的单片机。(2)模拟量输入输出部分　模拟量输入输出部分用来输入输出模拟量信号，主要由传感器、相应信号处理电路、转换器、输入输出I/O接口等几部分组成。(3)人机联系部件　人机联系部件的作用是沟通操作人员和传感器之间的联系，主要由传感器面板中的键盘、显示器等组成。(4)标准通信接口　标准通信接口用于实现智能传感器与通用型计算机的联系，使传感器可以接受计算机的程控指令，较易构成多级分布式自动测控系统(集散控制系统)。(1)主机部分主机部分通常由微处理器CPU、存储器、输入输出I/O接口电

6、路组成，或者其本身就是一个具有多种功能的单片机。(2)模拟量输入输出部分模拟量输入输出部分用来输入输出模拟量信号，主要由传感器、相应信号处理电路、转换器、输入输出I/O接口等几部分组成。(3)人机联系部件人机联系部件的作用是沟通操作人员和传感器之间的联系，主要由传感器面板中的键盘、显示器等组成。(4)标准通信接口标准通信接口用于实现智能传感器与通用型计算机的联系，使传感器可以接受计算机的程控指令，较易构成多级分布式自动测控系统(集散控制系统)。2.软件部分智能传感器的软件主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三

7、大部分。监控程序面向传感器面板的键盘和显示器，帮助实现由键盘完成的数据输入或功能预置、控制以及由显示器对CPU处理后的数据以数字、字符、图形等形式显示等任务。接口管理程序主要通过控制接口电路的工作以完成数据采集、I/O通道控制、数据存储、通信等任务。数据处理程序主要完成数据滤波、运算、分析等任务。3.智能传感器中的信息处理技术(1)量程自动转换　如果传感器和显示器的分辨率一定，而仪表的测量范围很宽，为了提高测量精确度，智能化仪表应能自动转换量程。(2)标度变换　生产过程中的各个参数都有着不同的量纲和数值，根据不同的检

8、测参数，采用不同的传感器，就有不同的量纲和数值。(3)自动校准　在智能传感器的测量输入通道中，一般均存在零点偏移和漂移，产生放大电路的增益误差及器件参数的不稳定等现象，他们会影响测量数据的准确性，这些误差属于系统误差，必须对这些误差进行校准。(4)数字滤波　由于被测对象所处的环境比较恶劣，常存在干扰源，如环境温度、电场、磁场等，在测量信号中往往