學(xué)年論文現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)

1、<p><b>　　現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)</b></p><p>　　南京信息工程大學(xué) 電子科學(xué)與技術(shù)系，南京 210044</p><p>　　摘要：介紹了現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用，故障檢測(cè)與診斷的方法；討論了現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)組建時(shí)，用到的各個(gè)部件；詳細(xì)論述了系統(tǒng)故障檢測(cè)部分以及用到的關(guān)鍵技術(shù)；提出了目前在虛擬儀器系統(tǒng)中較為常用的幾種總線方式和應(yīng)用特點(diǎn)。</p&

2、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)；故障檢測(cè)與診斷；虛擬儀器系統(tǒng) </p><p>　　對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)而言，采用各種測(cè)量與診斷系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行檢查、監(jiān)測(cè)以及故障診斷，對(duì)確保安全生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率，降低能源和原材料消耗，提高企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益是必不可少的。所謂測(cè)量與診斷系統(tǒng)就是對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行信息的提取、信號(hào)的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸、信號(hào)的顯示記錄和信號(hào)的分析處理，最終對(duì)被測(cè)對(duì)象

3、做出診斷的系統(tǒng)。它又可以被細(xì)分為測(cè)量系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)兩部分。測(cè)量系統(tǒng)中主要有傳感器、放大器、調(diào)理系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集等。而檢測(cè)系統(tǒng)主要包括信息的提取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、傳輸、顯示和分析處理等。</p><p>　　測(cè)量系統(tǒng)中基本特性為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)研究他們實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定和最終實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量。對(duì)于測(cè)量到得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析檢測(cè)，檢測(cè)系統(tǒng)由原先的簡(jiǎn)單進(jìn)行信號(hào)放大、電參量轉(zhuǎn)換到現(xiàn)在的信號(hào)分析處理現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。借助于計(jì)算機(jī)為

4、基礎(chǔ)現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)能夠真正實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化與智能化，從而決定它能在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)測(cè)量與診斷的應(yīng)用。</p><p>　　一、現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　盡管現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)所用的儀器種類(lèi)繁多，用途、性能千差萬(wàn)別，但它們的作用都是用于各種物理或化學(xué)成分等參量的檢測(cè)。通常由各種傳感器將非電被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)調(diào)理（信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)檢波、信號(hào)濾波、信號(hào)放大等）、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理

5、后顯示并輸出。由以上設(shè)備以及系統(tǒng)所需的交、直流穩(wěn)壓電源和必要的輸入設(shè)備便組成了一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)，其各部分關(guān)系如圖0-1所示[2]。</p><p>　　圖0-1　現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)一般構(gòu)成</p><p><b>　　1、傳感器</b></p><p>　　傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)中形式最多樣、與被測(cè)對(duì)象關(guān)系最密切的部分。傳感器負(fù)責(zé)把被測(cè)量作為信號(hào)提取出來(lái)

6、并傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理部分。許多情況下，它和變換沒(méi)有什么一個(gè)得界限，因?yàn)閭鞲衅鲗?shí)質(zhì)上完成的也是一種變換，即將被測(cè)量的特征參數(shù)轉(zhuǎn)換為有用的信號(hào)的變換。</p><p>　　傳感器作為檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)源，其性能的好壞將直接影響檢測(cè)系統(tǒng)的精度和其他指標(biāo)，是檢測(cè)系統(tǒng)中十分重要的環(huán)節(jié)。因此通常檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)傳感器有如下要求：</p><p>　　（1）精確性　傳感器的輸出信號(hào)必須準(zhǔn)確地反應(yīng)其輸入量，即被測(cè)量的變

7、化。因此，傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系；</p><p>　?。?）穩(wěn)定性　傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時(shí)間和溫度而變化，受外界其他因素的干擾影響亦應(yīng)很小，重復(fù)性要好；</p><p>　　（3）靈敏度 即要求被測(cè)參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號(hào)；</p><p>　　就具體應(yīng)用而言又可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)

8、選取合適的傳感器如選用低耗能、耐腐蝕獲成本低的傳感器等[1]。</p><p><b>　　2、信號(hào)調(diào)理</b></p><p>　　信號(hào)調(diào)理是指對(duì)檢出的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鎏幚怼＿M(jìn)行調(diào)理時(shí)，重要的是考慮原始信號(hào)中哪些信息是希望了解的，以及如何不丟失和不歪曲有用信息。信號(hào)調(diào)理的任務(wù)是是針對(duì)傳感器輸出的特點(diǎn)及其非理想情況進(jìn)行合理變換及處理。這部分任務(wù)可以由電路、光路或氣路

9、來(lái)完成，但由電路完成居多。完成信號(hào)變換的電路就稱(chēng)為信號(hào)調(diào)理電路。信號(hào)變換的任務(wù)是多種多樣的，例如，傳感器的輸出阻抗很高時(shí)，調(diào)理電路進(jìn)行阻抗變換；傳感器輸出的信號(hào)微弱時(shí)，調(diào)理電路就進(jìn)行信號(hào)的放大；信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中時(shí)，調(diào)理電路進(jìn)行抑制噪聲的處理等等。對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的一般要求是：</p><p>　?。?）能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號(hào)；</p><p>　　（2）信噪比高，抗干擾性能要好

10、。</p><p><b>　　3、數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集（系統(tǒng)）在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)信號(hào)調(diào)理后的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號(hào)電壓幅度相對(duì)應(yīng)的一系列數(shù)值信息，同時(shí)以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞給微處理器或依次自動(dòng)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常以各類(lèi)模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換器為核心，輔以模擬多路開(kāi)關(guān)、采樣／保持器、輸入緩沖器、輸出鎖存器等。

11、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是：</p><p>　?。?）輸入模擬電壓信號(hào)范圍，單位　V；</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)換速度（率），單位　次／s；</p><p>　?。?）分辨率，通常以模擬信號(hào)輸入為滿度時(shí)的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來(lái)表征；</p><p>　　（4）轉(zhuǎn)換誤差，通常指實(shí)際轉(zhuǎn)換數(shù)值與理想A／D轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值之差[3]。</p&g

12、t;<p><b>　　4、信號(hào)處理</b></p><p>　　信號(hào)處理部分現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中不斷被注入新內(nèi)容的一個(gè)部分，并越來(lái)越成為檢測(cè)系統(tǒng)的研究中心。它是檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用和人的大腦相類(lèi)似。常規(guī)的檢測(cè)只是將傳感器獲得的信號(hào)進(jìn)行放大和變換，以進(jìn)行顯示或傳送，而分析則是由人工完成的。而現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)以各種型號(hào)的單片機(jī)、微處理器為核心來(lái)構(gòu)建，對(duì)高頻信

13、號(hào)和復(fù)雜信號(hào)的處理有時(shí)需增加數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)算速度快、處理精度高的專(zhuān)用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）或直接采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，使得現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的問(wèn)題解析能力，且使復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制成為可能。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中的地位更趨重要。通過(guò)信息論、系統(tǒng)論、控制論、預(yù)測(cè)論、故障檢測(cè)、小波變換等現(xiàn)代理論應(yīng)用，信號(hào)處理使得現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)能解決過(guò)去無(wú)法解決的問(wèn)題，

14、真正實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化與智能化。</p><p><b>　　5、信號(hào)顯示</b></p><p>　　通常人們都希望及時(shí)知道被測(cè)參量的瞬時(shí)值、累積值或其隨時(shí)間的變化情況，因此，各類(lèi)檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)在信號(hào)處理器計(jì)算出被測(cè)參量的當(dāng)前值后通常均需送至各自的顯示器作實(shí)時(shí)顯示。顯示器是檢測(cè)系統(tǒng)與人聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)之一，顯示器一般可分為指示式、數(shù)字式和屏幕式三種。</p&g

15、t;<p>　　（1）指示式顯示又稱(chēng)模擬式顯示。被測(cè)參量數(shù)值大小由光指示器或指針在標(biāo)尺上的相對(duì)位置來(lái)表示。用有形的指針位移模擬無(wú)形的被測(cè)量是較方便、直觀的。指示式儀表有動(dòng)圈式和動(dòng)磁式等多種形式，但均有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、顯示直觀的特點(diǎn)，在檢測(cè)精度要求不高的單參量測(cè)量顯示場(chǎng)合應(yīng)用較多。指針式儀表存在指針驅(qū)動(dòng)誤差和標(biāo)尺刻度誤差，這種儀表的讀數(shù)精度和儀器的靈敏度等受標(biāo)尺最小分度的限制，如果操作者讀儀表示值時(shí)，站位不當(dāng)就會(huì)引入主觀

16、讀數(shù)誤差。</p><p>　?。?）數(shù)字式顯示以數(shù)字形式直接顯示出被測(cè)參量數(shù)值的大小。在正常情況下，數(shù)字式顯示徹底消除了顯示驅(qū)動(dòng)誤差，能有效地克服讀數(shù)的主觀誤差，（相對(duì)指示式儀表）可提高顯示和讀數(shù)的精度，還能方便地與計(jì)算機(jī)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，各類(lèi)檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)正越來(lái)越多地采用數(shù)字式顯示方式。</p><p>　?。?）屏幕顯示實(shí)際上是一種類(lèi)似電視顯示方法，具有形象性和易于讀數(shù)的

17、優(yōu)點(diǎn)，又能同時(shí)在同一屏幕上顯示一個(gè)被測(cè)量或多個(gè)被測(cè)量的（大量數(shù)據(jù)式）變化曲線，有利于對(duì)它們進(jìn)行比較、分析。屏幕顯示器一般體積較大，價(jià)格與普通指示式顯示和數(shù)字式顯示相比要高得多，其顯示通常需由計(jì)算機(jī)控制，對(duì)環(huán)境溫度、濕度等指標(biāo)要求較高，在儀表控制室、監(jiān)控中心等環(huán)境條件較好的場(chǎng)合使用較多。</p><p><b>　　6、信號(hào)輸出</b></p><p>　　在許多情況下

18、，檢測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)在信號(hào)處理器計(jì)算出被測(cè)參量的瞬時(shí)值后除送顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示外，通常還需把測(cè)量值及時(shí)傳送給控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器（PLC）或其他執(zhí)行器、打印機(jī)、記錄儀等，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)打?。ㄓ涗洠┹敵觥z測(cè)儀表和檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)輸出通常有4～20 mA的電流信號(hào)，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換和放大后的模擬電壓、開(kāi)關(guān)量、脈寬調(diào)制PWM、串行數(shù)字通信和并行數(shù)字輸出等多種形式，需根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的具體要求確定。</p><p&g

19、t;<b>　　7、輸入設(shè)備</b></p><p>　　輸入設(shè)備是操作人員和檢測(cè)儀表或檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)系的另一主要環(huán)節(jié)，用于輸入設(shè)置參數(shù)，下達(dá)有關(guān)命令等。最常用的輸入設(shè)備是各種鍵盤(pán)、撥碼盤(pán)、條碼閱讀器等。近年來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化和信息化程度的不斷提高，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或各種通信總線利用其他計(jì)算機(jī)或數(shù)字化智能終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息和數(shù)據(jù)輸入的方式愈來(lái)愈普遍。最簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備是各種開(kāi)關(guān)、按鈕，模擬量的

20、輸入、設(shè)置，往往借助電位器進(jìn)行[3]。</p><p><b>　　8、穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　一個(gè)檢測(cè)儀表或檢測(cè)系統(tǒng)往往既有模擬電路部分，又有數(shù)字電路部分，通常需要多組幅值大小要求各異但穩(wěn)定的電源。這類(lèi)電源在檢測(cè)系統(tǒng)使用現(xiàn)場(chǎng)一般無(wú)法直接提供，通常只能提供交流220 V工頻電源或+24 V直流電源。檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者需要根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的供電電源情況及檢測(cè)系統(tǒng)

21、內(nèi)部電路的實(shí)際需要，統(tǒng)一設(shè)計(jì)各組穩(wěn)壓電源，給系統(tǒng)各部分電路和器件分別提供它們所需的穩(wěn)定電源。</p><p>　　最后，值得注意的是，以上七個(gè)部分不是所有的檢測(cè)系統(tǒng)都具備的，而且對(duì)有些簡(jiǎn)單的檢測(cè)系統(tǒng)，其各環(huán)節(jié)之間的界線也不是十分清楚，需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。</p><p>　　二、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)行業(yè)中,起著舉足

22、輕重的作用。無(wú)論科學(xué)研究、產(chǎn)品質(zhì)量及自動(dòng)控制都需要檢測(cè)。例如現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向光電檢測(cè)技術(shù)，它由于具有測(cè)量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、信息效率極高以及自動(dòng)化程度高等突出特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域。它的工作原</p><p>　　如圖0-2所示[4]：</p><p>　　圖0-2光電檢測(cè)系統(tǒng)原理圖</p>&l

23、t;p>　　它是以激光紅外、光纖等現(xiàn)代光電子其件作為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)被檢測(cè)物體的光輻射，經(jīng)光電檢測(cè)器接受光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由輸入電路、放大濾波等檢測(cè)電路提取有用信息，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口輸入計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理，最后顯示輸出所需要的檢測(cè)物理量等參數(shù)。</p><p>　　這個(gè)系統(tǒng)能夠有效的擴(kuò)展人類(lèi)的視覺(jué)功能，使視覺(jué)的長(zhǎng)波延伸到亞毫米波，短波延伸到紫外線 x射線。因此在醫(yī)療方面有非常多的應(yīng)用，例如：數(shù)字體溫計(jì)中接觸式

24、——熱敏電阻，非接觸式有紅外傳感器；電子血壓計(jì)的血壓檢測(cè)的壓力傳感器；血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀的離子傳感器等。</p><p>　　其他還有如在工業(yè)領(lǐng)域方面的在線檢測(cè)如零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位；汽車(chē)傳感器中如汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容，以及溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等。在國(guó)防和軍事應(yīng)用方面的夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)的非冷卻紅外傳感器技術(shù)、 地基攔截器、早期預(yù)警系統(tǒng)、前沿部署

25、（如雷達(dá)）、管理與控制系統(tǒng)、衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方面等。家庭應(yīng)用方面的我們?nèi)粘Ｉ畹挠闷罚喝鐢?shù)碼相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦；空調(diào)、冰箱、電飯煲的溫度檢測(cè)；自動(dòng)感應(yīng)燈的亮度檢測(cè)等。</p><p>　　總之隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)和信息處理與技術(shù)的提高，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)將朝著檢測(cè)結(jié)果高精度、系統(tǒng)智能化、檢測(cè)結(jié)果數(shù)字化、檢測(cè)功能多元化、檢測(cè)器件微型化、檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化的放向發(fā)展，它將廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和

26、空間科學(xué)技術(shù)等許多科學(xué)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景是相當(dāng)樂(lè)觀。</p><p><b>　　三、故障檢測(cè)與診斷</b></p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的不斷提高，自動(dòng)化系統(tǒng)的復(fù)雜性以及規(guī)模日益擴(kuò)大，因而常常面臨著系統(tǒng)不可預(yù)期的變化，人們迫切需要提高自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性、可維修性和安全性，因而故障檢測(cè)與診斷也就成為了現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的主要任務(wù)與應(yīng)用之一。故障檢測(cè)與診斷技術(shù)是不

27、斷檢測(cè)系統(tǒng)的變化和故障信息，采取相應(yīng)的措施來(lái)重構(gòu)系統(tǒng)，確保工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的可靠性和安全性，防止系統(tǒng)災(zāi)難性事故的發(fā)生。</p><p>　　系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷方法主要完成四個(gè)任務(wù)：第一個(gè)任務(wù)稱(chēng)為故障檢測(cè)，第二個(gè)任務(wù)稱(chēng)為故障定位或故障分離，第三個(gè)任務(wù)稱(chēng)為故障評(píng)價(jià)，第四個(gè)任務(wù)稱(chēng)為故障決策。后面三者統(tǒng)稱(chēng)為故障診斷。常用的故障檢測(cè)與診斷方法主要分為三大類(lèi)：基于解析模型的方法、基于知識(shí)的方法、基于信號(hào)處理的方法。其中，小波分

28、析法屬于信號(hào)處理法，它對(duì)信號(hào)分析更能起到"顯微鏡"的作用，是很有價(jià)值的故障檢測(cè)工具；用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)檢測(cè)和診斷故障則屬于基于知識(shí)的方法，可用于優(yōu)良與合格工況的劃分；專(zhuān)家規(guī)則法及故障樹(shù)法均也屬于最后知識(shí)的方法，其所需的計(jì)算工作量小，在線實(shí)時(shí)檢測(cè)診斷容易實(shí)現(xiàn)。總的來(lái)說(shuō)，后面一類(lèi)方法快捷簡(jiǎn)單，適合于面上普查，也可用于優(yōu)良與合格工況的劃分：前面兩大類(lèi)方法計(jì)算量大，但準(zhǔn)確度高，適合于專(zhuān)案診斷。</p><p

29、>　　例如在電力電子系統(tǒng)故障中，由于發(fā)生故障的原因繁多、種類(lèi)復(fù)雜僅僅依靠人工查找或維修人員的經(jīng)驗(yàn)去定位故障往往很困難。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷的廣泛應(yīng)用，為電力電子電路的故障診斷提供了一種嶄新而有效的方法?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射特性和自學(xué)能力來(lái)反映系統(tǒng)故障輸出特征和故障類(lèi)型之間的映射關(guān)系，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組和頻譜分析相結(jié)合的方法對(duì)電力系統(tǒng)電子電路故障進(jìn)行診斷。同時(shí)提出了將故障根據(jù)其危害程度和發(fā)生的頻率劃

30、分輕重等級(jí)的思想，對(duì)那些危害程度大、發(fā)生頻率高的故障重點(diǎn)對(duì)待，使得這些故障能夠被及時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地檢測(cè)出來(lái)；對(duì)其他危害小、發(fā)生頻率低的故障也最大程度檢測(cè)出來(lái)，從而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的目的[8]。</p><p>　　還有我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫碾娞?，它的控制柜故障檢測(cè)系統(tǒng)可以采用專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)制作。系統(tǒng)工程師通過(guò)對(duì)電梯控制柜線路故障領(lǐng)域以及電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理的了解，建立診斷知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)這一網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑診斷專(zhuān)家

31、系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用正向推理與逆向推理相結(jié)合的方式，并采用基于置信度的推理方法進(jìn)行故障檢測(cè)與診斷[9]。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的為采用采用計(jì)算機(jī)/微處理器作控制器通過(guò)測(cè)試軟件完成對(duì)性能數(shù)據(jù)的采集、變換、處理、顯示/告警等操作程序，從而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)性能的檢測(cè)和故障診斷的目的。它的系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖0-3所示[5]：</p><p>　　圖0-3檢測(cè)診斷系統(tǒng)基本構(gòu)成</p&

32、gt;<p>　　圖中表明當(dāng)前的檢測(cè)診斷系統(tǒng)中，通常包含以下幾個(gè)部分：</p><p><b>　　1、控制器</b></p><p>　　控制器是檢測(cè)診斷系統(tǒng)的核心，它由計(jì)算機(jī)構(gòu)成。其功能是管理檢測(cè)周期，控制數(shù)據(jù)流向，接收檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，檢查讀數(shù)是否在誤差范圍內(nèi)，進(jìn)行故障診斷，并將檢測(cè)結(jié)果送到顯示設(shè)備?？刂破魇窃跈z測(cè)程序的作用下，對(duì)檢測(cè)周期內(nèi)的

33、每一步驟進(jìn)行控制，從而完成上述功能的。</p><p><b>　　2、激勵(lì)信號(hào)源</b></p><p>　　激勵(lì)信號(hào)源是主動(dòng)式檢測(cè)診斷系統(tǒng)必不可少的組成部分．其功能是向被測(cè)單元提供檢測(cè)所需的激勵(lì)使號(hào)。根據(jù)各種被測(cè)單元的不同要求，激勵(lì)裝置的形式也不同，如交直流電源、函數(shù)發(fā)生器、D／A變換器、頻率合成器、微波源等。</p><p><b&

34、gt;　　3、測(cè)量?jī)x器</b></p><p>　　測(cè)量?jī)x器的功能是檢測(cè)被測(cè)單元的輸出信號(hào)．根據(jù)檢測(cè)的不同要求，測(cè)量?jī)x器的形式也不同，如數(shù)字式多用表，頻率計(jì)，A／D變換器及其它類(lèi)型的檢測(cè)儀器等。</p><p><b>　　4、開(kāi)關(guān)系統(tǒng)</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的功能是控制被測(cè)單元和檢測(cè)診斷系統(tǒng)中有關(guān)部件間的信號(hào)通道。即

35、控制激勵(lì)信號(hào)輸入被測(cè)單元，和被測(cè)單元的被測(cè)信號(hào)輸往測(cè)量裝置的信號(hào)通道。</p><p><b>　　5、適配器</b></p><p>　　適配器的功能是實(shí)現(xiàn)被測(cè)單元與檢測(cè)系統(tǒng)之間的信號(hào)連接。</p><p><b>　　6、人機(jī)接口</b></p><p>　　人機(jī)接口的功能是實(shí)現(xiàn)操作員和控制器的

36、雙向通信。常見(jiàn)的形式為，操作員用鍵盤(pán)或開(kāi)關(guān)向控制器輸人信息，控制器將檢測(cè)結(jié)果及操作提示等有關(guān)信息送到顯示器顯示。顯示器的類(lèi)型有陰極射線管（CRT）顯示器、液晶（LCD）顯示器、發(fā)光二級(jí)管（LED）顯示器或燈光顯示裝置等。當(dāng)需要打印檢測(cè)結(jié)果時(shí)，人機(jī)接口內(nèi)應(yīng)配備打印機(jī)。</p><p><b>　　7、檢測(cè)程序</b></p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)是在檢測(cè)程序的控制下進(jìn)行

37、性能檢測(cè)和故障診斷的。檢測(cè)程序完成人機(jī)交互、儀器管理和驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)流程控制、檢測(cè)結(jié)果的分析處理和輸出顯示、故障診斷等，是檢測(cè)診斷的重要組成部分。</p><p>　　由于這一檢測(cè)診斷系統(tǒng)所有工作都是在計(jì)算機(jī)控制與參與下完成的，這種先天的優(yōu)勢(shì)使得故障診斷變得異常方便、容易，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)測(cè)試速度高 ,便于復(fù)雜、需要測(cè)試大量數(shù)據(jù)的情形進(jìn)行故障診斷。由于系統(tǒng)都是在計(jì)算機(jī)事先編好的測(cè)試程序控制下有序、依次進(jìn)

38、行,在對(duì)成千上百數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試時(shí),其測(cè)試速度要比人工測(cè)試快50～150倍,隨著計(jì)算機(jī)及測(cè)試儀器的發(fā)展,測(cè)試速度還將進(jìn)一步提高。(2) 在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行的故障診斷,系統(tǒng)的輸入信息準(zhǔn)確且精度高。因?yàn)檩斎胄畔⑹怯上到y(tǒng)自身提供的，而檢測(cè)診斷系統(tǒng)一個(gè)很重要的特性就是測(cè)試結(jié)果精度高。這是因?yàn)橄到y(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整自己的工作狀態(tài)到最佳;并可以隨時(shí)修正測(cè)量誤差;另外,其測(cè)試速度快,不易受環(huán)境變化影響。（3）進(jìn)行故障診斷時(shí)可以獲得各種各樣的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代檢測(cè)

39、系統(tǒng)所能給出的不僅僅是結(jié)果數(shù)據(jù),還可以是過(guò)程中任何時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù),甚至于非實(shí)際數(shù)據(jù),因?yàn)樗窃谟?jì)算機(jī)控制與參與下得到測(cè)試數(shù)據(jù)的,它具有一些虛擬儀器的功能。(4) 在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷,有利于克服當(dāng)前故障診斷方法中普遍存在的知識(shí)瓶頸問(wèn)題：故障診斷平臺(tái)與自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)接口直接相連,每一次測(cè)試也是一</p><p>　　四、故障檢測(cè)與診斷的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　由于現(xiàn)代微電

40、子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合引起了檢測(cè)儀器領(lǐng)域的革命，全新的儀器結(jié)構(gòu)概念和檢測(cè)設(shè)備組建方式不斷更新?，F(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備組建的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾點(diǎn)：</p><p><b>　　程控接口技術(shù)</b></p><p>　　如何實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)與被測(cè)設(shè)備間的自動(dòng)連接，是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化的關(guān)鍵。用計(jì)算機(jī)程序控制的接口單元（PIU）是解決這一問(wèn)題的重

41、要手段。這種程控接口（PIU）包括一組通用的連接點(diǎn)，并配有所需的緩沖器和多路分配器，用于完成三項(xiàng)基本任務(wù)：（1）發(fā)生、調(diào)理（如衰減、緩沖、變換等）模擬與數(shù)字激勵(lì)，并將激勵(lì)引導(dǎo)到相應(yīng)的被測(cè)裝置；（2）把從相應(yīng)的被測(cè)裝置引線來(lái)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理并引導(dǎo)到自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；（3）將程控負(fù)載加到相應(yīng)的被測(cè)裝置引線上。最終，程控接口在程序控制下，能夠把任何檢測(cè)系統(tǒng)功能引導(dǎo)到任何被測(cè)設(shè)備，并能完成檢測(cè)【3】。</p><p>&l

42、t;b>　　虛擬儀器技術(shù)</b></p><p>　　虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的全新概念的儀器，是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破。傳統(tǒng)儀器的主要功能模塊都是以硬件的形式存在的，而虛擬儀器是具有儀器功能的軟硬件組合體。虛擬儀器系統(tǒng)的功能可根據(jù)軟件模塊的功能及其不同組合而靈活配置，因而得以實(shí)現(xiàn)并擴(kuò)充傳統(tǒng)儀器的功能。</p><p><b>　　現(xiàn)場(chǎng)故障

43、檢測(cè)技術(shù)</b></p><p>　　現(xiàn)代機(jī)載設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是微處理器和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用日益普遍，現(xiàn)場(chǎng)故障檢測(cè)也就越加顯得重要。為了便于現(xiàn)場(chǎng)維修，正在開(kāi)發(fā)、研究諸如特征分析、邏輯分析、電路模擬、內(nèi)在診斷等現(xiàn)場(chǎng)故障檢測(cè)技術(shù)。例如，采用“特征分析技術(shù)”，在電路圖的有關(guān)節(jié)點(diǎn)，標(biāo)明“特征”，由設(shè)備本身產(chǎn)生激勵(lì)，用一種簡(jiǎn)單的、無(wú)源的檢測(cè)儀器—特征分析儀，就能迅速地在現(xiàn)場(chǎng)找出故障，定位到元器件，從而大大地簡(jiǎn)化

44、了維修現(xiàn)場(chǎng)的故障診斷，有效地提高了設(shè)備的戰(zhàn)備率[3]。</p><p>　　而在這些技術(shù)中又以基于微機(jī)的虛擬技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，它所使用的所謂虛擬技術(shù)儀器與傳統(tǒng)儀器相比具有開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用低、技術(shù)更新周期短、可重用性可配置性強(qiáng)、易與其他設(shè)備通訊等優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖0-4所示[6]</p><p>　　圖0-4虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)成框圖</p><p>　　目

45、前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)有PC總線方式、GPIB通用接口總線方式和VXI總線方式等多種類(lèi)型。</p><p>　　1、PC總線插卡型虛擬儀器</p><p>　　基于PC總線插卡型虛擬儀器它借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專(zhuān)用的軟件相結(jié)合，完成檢測(cè)任務(wù)，充分利用了計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件。典型插卡型虛擬儀器由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)四部分組成。多層電路板、可編程儀器放

46、大器、即插即用、系統(tǒng)定時(shí)控制器、多數(shù)據(jù)采集板、實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成總線、具有雙緩沖區(qū)的高速數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)高速傳送中斷、DMA等技術(shù)應(yīng)用，使數(shù)據(jù)采集卡能保證很高的準(zhǔn)確度與可靠性[6]。</p><p>　　2、GPIB總線方式</p><p>　　GPIB技術(shù)是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展。典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、

47、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB形式的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口卡可帶多達(dá)14臺(tái)的儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)20米。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成大的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器市場(chǎng)。適用于精確度要求高，但對(duì)計(jì)算機(jī)速率要求不高的場(chǎng)合。</p><p><b&

48、gt;　　3、VXI總線</b></p><p>　　VXI總線是高速計(jì)算機(jī)總線VME在虛擬儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源、強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。其適合于組建大、中規(guī)模自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。然而，組建VXI總線要求有機(jī)箱、管理器及嵌入

49、式控制器，造價(jià)比較高。</p><p>　　五、虛擬儀器應(yīng)用實(shí)例</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的高技術(shù)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備,因此對(duì)其檢測(cè)、維修技術(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的。數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)床有著較大的區(qū)別,需采用更為先進(jìn)的故障診斷技術(shù),及時(shí)在線監(jiān)測(cè)和診斷數(shù)控機(jī)床的故障。數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的原理是通過(guò)各種不同傳感器從數(shù)控機(jī)床有關(guān)部位采集到多種信號(hào),將這些信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理由數(shù)據(jù)采集硬件進(jìn)

50、行采集,然后將信號(hào)送往主機(jī),在相應(yīng)軟件支持下,通過(guò)鍵盤(pán)操作完成各種參數(shù)設(shè)置和性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果由屏幕顯示。它由兩大部分組成：硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)。硬件平臺(tái)包括傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、PC計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡, 在計(jì)算機(jī)控制下完成數(shù)據(jù)采集與控制任務(wù)。軟件部分則利用 LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分析、處理、監(jiān)測(cè)報(bào)警、結(jié)果的表達(dá)輸出[7]。</p><p><b>　　六、結(jié)束語(yǔ)</b></p>

51、;<p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)日益復(fù)雜。這也使得檢測(cè)與診斷系統(tǒng)必然朝著自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展。相信在未來(lái)社會(huì)里，隨著信息檢測(cè)與處理技術(shù)的提高、虛擬技術(shù)的的日益成熟現(xiàn)代檢測(cè)與診斷將廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭、醫(yī)學(xué)、軍事和空間科學(xué)技術(shù)等許多科學(xué)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景是相當(dāng)樂(lè)觀。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p&g

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55、 of Information Science&Technology ,Nanjing 210044</p><p>　　Abstract: In this paper we introduce the constitution of modern detection systems and applications, fault detection and diagnosis methods; disc

56、uss the various components when formate modern detection systems; discuss in detail the fault detection system components and key technologies which should be used; propose the more commonly used methods and application