软测量技术及发展
刘江宽
(桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西桂林 541004)
摘要:软测量技术(Soft-sensing Technique)是二十世纪六、七十年代涌现的一种为控制过程建立模型的新技术，被列为未来控制领域需要研究的几大方向之一。在工业过程中，一些关键变量很难通过常规的测量方法检测出来，而软测量技术在这一方面却起着很大的作用。软测量技术在工业过程的控制、分析、优化的理论研究和实践应用中都取得了较好的成果。本文在介绍软测量技术基础上，对目前各类软测量建模的方法进行综述，列举了工业应用实例，最后对软测量技术研究的方向进行了展望。
关键词: 软测量技术;软测量思想;建模方法;工业应用实例
Soft-Sensing Technique and Its Development
Liu Jiangkuan
(School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guilin Guangxi , 541004 China)
Abstract: Born in the 1960s and 1970s,soft-sensing technique is a new technique to build model of the controlling process and deemed to one of the main research of controlling.In industrial processes, some of the key variables are difficult to detected by routine measurement method, but soft-sensing Technique plays a important role in this respect.Soft-sensing Technique in industrial process control, analysis, optimization of theoretical research and practical applications have achieved good results. In this paper,some kinds of soft-sensing modeling methods were summarized, and then some industrial application examples are listed. The deeply thinking about soft-sensing is also given.
Key words: Soft-sensing Technique; Soft-sensing Idea; Method of modeling; Practical example of industrial application
1 引言
在工业过程控制中，经常会遇到这样的情况，关键的被控变量无法进行在线测量，或者是能够在线测量，但是由于工艺原因或者硬件原因，数据反馈有很大的滞后性，导致反馈回来的数据不精确，难以控制。针对类似问题，传统的解决方法是对能够较好反映和影响被控变量的因子加以控制，以达到控制被控变量的目的。但是随着现代科技的发展，工业过程控制系统日益复杂，所需要的输出变量很难通过常规的检测技术检测得到，为此提出了软测量的思想[1]。
软测量（Soft-sensing）的思想以及由此形成的软测量技术是过程控制和检测领域涌现出的一种新思路与新技术，其理论体系正在逐渐形成，是目前检测和过程控制研究发展的重要方向。在实践中，该技术的应用与研究业已有了很大的超越与扩展，出现了许多基于软测量思想的技术，形成了传统意义软测量与扩展软测量，正确认识与分清这两种技术及其应用，对于正确认识软测量技术与促进软测量理论体系的形成、发展均具有重要意义。
2 软测量的基本思想
软测量的基本思想是把自动控制理论与生产过程知识有机结合起来，应用计算机技术，对于难于测量或暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构成某种数学关系来推断和估计，以软件来代替硬件功能。软测量技术主要由辅助变量的选择、数据采集和处理、软测量模型及在线校正等部分组成。软测量的数学分析参见下图2-1。
图2-1 对象的输入、输出
图2-1中y 代表主导变量，θ代表可测的辅助变量，d 和u 分别表示可测的干扰和控制变量。软测量的目的就是利用所有可获得的信息求取主
导变量的“最优”估计值?y
，即构造从可测信息集θ到?y
的映射：?()()()y s K s s θ=。 通常，可测信息集θ包括所有的可测主导变量y （或主导变量y 中部分可测的量）、辅助变量θ、
控制变量u 和可测干扰d 。在这样的框架结构下，?y
的性能将依赖于过程的描述、噪声和扰动的特性、辅助变量的选取以及“最佳”的含义，即给定的某
种准则。
图2-2 过程控制中软测量模型的输入、输出
图2-2表示在过程控制系统中所采用的软测量模型输入、输出与对象的输入、输出之间的关系，带下标r 的变量r y 代表被控变量（即主导变量）的设定值，开关K 代表输出y 的采样，用于
在线校正，?y
代表由软测量模型获得的主导变量y 的估计值。可见，软测量模型与一般意义下的
数学模型有所不同，通常我们所指的数学模型主要是反映对象输出y 与对象输入u 或d 之间的动态（或稳态）关系，而软测量则包含了通过对象输出θ求得对象输出y 的估计值。
可见，软测量的思想就是以易测的过程变量为基础，利用易测过程变量和待测过程变量之间的数学关系（软测量模型），通过各种数学计算和估计，采用软件的形式实现对待测过程变量的测量。显然，软测量思想的核心就是构造一个以易测变量为自变量、主导变量为因变量的软测量模型，并通过各种复杂的数学计算和估计，用计算机软件获得主导变量的值[2]。
3 软测量设计的基本步骤
软测量技术主要由辅助变量的选择、数据采集和处理、软测量模型及在线校正等部分组成。下面图3-1给出了软测量辨识的流程图，它说明了软测量设计中的一些步骤，体现了软测量设计思想[3]。
图3-1 软测量辨识流程图
3.1机理分析与辅助变量的选择
首先要确软测量的任务，确定主导变量。在此基础上深入了解和熟悉软测量对象及有关装置的工艺流程，通过机理分析可以初步确定影响主导变量的相关变量——辅助变量。辅助变量的选择包括变量类型、变量数目和检测点位置的选择。这三个方面是互相关联、互相影响，由过程特性所决定的。在实际应用中，还受经济条件、维护的难易程度等外部因素制约[4]。 3.2数据采集和处理
从理论上讲，过程数据包含了工业对象的大量相关信息。因此数据采集量多多益善，不仅可以用来建模，还可以检验模型。
实际需要采集的数据是与软测量主导变量对
应时间的辅助变量的过程数据。其次，数据覆盖面在可能条件下应宽一些，以便软测量具有较宽的适用范围。
为了保证软测量精度，数据正确性和可靠性十分重要。采集数据必须进行处理。数据处理包含两个方面，即换算(Scaling)和数据误差处理。数据误差分为随机误差和过失误差两类。前者是随机因素的影响，如操作过程微小的波动或测量信号的噪声等，常用滤波的方法来解决。
过失误差包括仪表的系统误差(如堵塞、校正不准等)以及不完全或不正确的过程模型(受泄漏、热损失等不确定因素影响)。过失误差出现的几率较小，但它的存在会严重恶化数据的品质，可能会导致软测量甚至整个过程优化的失效。因此及时侦破、剔除和校正这类数据是误差处理的首要任务[4]。
3.3软测量模型的建立
软测量模型是软测量技术的核心。建立的方法有机理建模，实验测试以及两者结合起来。3.3.1机理建模
从机理出发，也就是从过程内在的物理和化学规律出发，通过物料平衡与能量平衡和动量平衡建立数学模型。
对于简单过程可以采用解析法，而对于一复杂过程，特别是需要考虑输入变量大范围变化的场合，采用仿真方法。典型化工过程的仿真程序已编制成各种现成软件包。机理模型优点是可以充分利用已知的过程知识，从事物的本质上认识外部特征：有较大的适用范围，操作条件变化可以类推。但亦有弱点，对于某些复杂的过程难于建模。必须通过输入输出数据验证。
3.3.2 经验建模
通过实测或依据积累操作数据，用数学回归方法、神经网络方法等得到经验模型。进行测试，理论上有很多实验设计方法，如常用的正交设计等。有一种办法是吸取调优操作经验，即逐步向更好的操作点移动，这样可能一举两得，既扩大了测试范围，又改进了工艺操作。测试中另一个问题是稳态是否真正建立。否则会带来较大误差。还有数据采样与产品质量分析必须同步进行。
最后是模型检验，检验分自身检验与交叉检验。我们建议和提倡交叉检验。经验建模的优点与弱点与机理建模正好相反，特别是现场测试，实施中有一定难处。
3.3.3机理建模和经验相结合
把机理建模与经验建模结合起来，可兼容两者之长，补各自之短。机理与经验相结合建模是一个较实用的方法，目前被广泛采用。
3.4软测量的在线校正
在软测量模型的应用过程中,工业实际装置随着操作条件的变化,不可避免
地过程对象特性和工作点要发生变化和漂移,软测量模型必须进行在线校正才能适应新的工况。
校正通常是对模型参数来进行校正和模型结构来进行优化。通常情况下,模型参数校正所采用的方法是自适应法、多时标法以及增量法等。
图3-2 软测量校正框图
相对于模型参数,对于模型结构的校正则较为复杂,利用大量的数据和较长的时间通过短期校正和长期校正来对模型结构进行优化。短期校正是通过现场所采集的辅助变量的分析值与软测量值二者差值,通过建模方法修正模型系数,这种校正方法简单、速度快可实时应用。长期校正则是当软测量模型在线运行一段时间后,积累了足够多的数据,依据这些数据,采用建模方法,重新建立软测量模型。长期校正是对软测量模型结构
的校正，是在离线情况下进行的。软测量校正框
图如上图3-2所示。
4 软测量设计的数学建模
软测量技术的核心是建立软测量模型。软测
量模型的建立在软测量技术中起着举足轻重的作用,主要是建立辅助变量与需测量变量间的关联
模型。软测量建模的方法有很多,在使用过程中即
可单独使用,也可混合使用相互融合。
软测量建模就是根据可测数据得到被估计变
量x的最优估计：
*
?(,,,,)
x f d u y x t
其中*
(,,,,)
f d u y x t为动态软测量模型。?x为被估计变量集，d为可测扰动，u为对象的控制输入，y为对象可测输出变量，*x为可能有的离线分析计算值或大采样间隔的测量值（如分析仪输出），一般用于离线辨识模型的参数，也用于软测量模型的在线校正。
在软测量技术的发展过程中，推理控制模型
经历了从线性到非线性这样一个过程，线性软测
量模型一般建立在卡尔曼滤波理论基础之上，这
类算法对模型误差和测量误差很敏感，很难处理
具有严重非线性的过程。随着软测量技术的发展，非线性软测量揉和进了许多当前最前沿的技术，
使得软测量建模能够适用于更多的场合[5]。下面
我们具体介绍几种常用的建模方法。
4.1基于工艺机理分析的软测量建模
基于工艺机理分析的软测量建模主要是运用
化学反应动力学、物料平衡、能量平衡等原理,
通过对过程对象的机理分析建立机理模型,从而
实现对某一参数的软测量。对于工艺机理较为清
楚的工艺过程,通过这种建模方法能构造出性能
良好的软仪表。但是对于机理研究不充分、尚不
完全清楚的复杂工业过程,难以建立合适的机理
模型。这种软测量建模方法是工程中常用的方法,
其特点是简单、工程背景清晰,便于实际应用,但
应用效果依赖于对工艺机理的了解程度,因为这种软测量方法是建立在对工艺过程机理深刻认识的基础上,建模的难度较大。
4.2基于回归分析的软测量建模
经典的回归分析是一种建模的基本方法,应用范围相当广泛。以最小二乘法原理为基础的回归技术目前已相当成熟,常用于线性模型的拟合。对于辅助变量较多的情况,通常要借助机理分析,首先获得模型各变量组合的大致框架,然后再采用逐步回归方法获得软测量模型。为简化模型,也可采用主元回归分析法和部分最小二乘回归法等方法。通过实验或仿真结果的数据处理[6],可以得到回归模型。基于回归分析的软测量建模方法简单实用,但需要足够有效的样本数据,对测量误差较为敏感。
4.3基于状态估计的软测量建模
基于某种算法和规律,从已知的知识或数据出发,估计出过程未知结构和结构参数、过程参数。对于数学模型已知的过程或对象,在连续时间过程中,从某一时刻的已知状态()
y k估计出该时刻或下一时刻的未知状态()
x k的过程就是状态估计。如果系统的主导变量作为系统的状态变量关于辅助变量是完全可观的,那么软测量问题就转化为典型的状态观测和状态估计问题。采用Kalman滤波器和Luenberger观测器是解决问题的有效方法。前者适用于白色或静态有色噪声的过程,而后者则适用于观测值无噪声且所有过程输入均已知的情况。
4.4基于模式识别的软测量建模
基于模式识别的软测量方法是采用模式识别的方法对工业过程的操作数据进行处理,从中提取系统的特征,构成以模式描述分类为基础的模式识別模型。基于模式识别方法建立的软测量模型与传统的数学模型不同,它是一种以系统的输入、输出数据为基础,通过对系统特征提取而构成的模式描述模型。该方法的优势在于它适用于缺乏系统先验知识的场合,可利用日常操作数据来实现软测量建模。在实际应用中,这种软测量建模方法常常和人工神经网络以及模糊技术等结合在
一起使用。
4.5基于人工神经网络的软测量建模
基于人工神经网络的软测量建模方法是近年来研究最多、发展很快和应用范围很广的一种软测量建模方法。由于能适用于高度非线性和严重不确定性系统,因此它为解决复杂系统过程参数的软测量问题提供了一条有效途径。人工神经网络(ANN)——具备优良的信息处理特性：无需具备对象的先验知识,可以根据对象的输入输出数据直接建模；独特的非传统的表达方式和固有的学习能力,使之在解决高度非线性方面具有很大的潜力。
4.6 基于回归支持向量机的方法
基于回归支持向量机的方法是一种经典的建模方法,应用范围相当广泛。回归分析不需要建立复杂的数学模型,只要收集大量过程参数和质量分析数据,运用统计方法将这些数据中隐含的对象信息进行浓缩和提取,就能建立起主导变量和辅助变量之间的数学模型。这种建模方法可分为两类:一类是线性回归,包括最小二乘法、主元回归法及部分最小二乘法；另一类是非线性回归。基于回归分析法的软测量建模其特点是简单实用,但需要大量的数据,对测量误差较为敏感。
4.7基于模糊数学的软测量建模
模糊数学模仿人脑逻辑思维特点,是处理复杂系统的一种有效手段,在过程软测量建模中也得到了大量应用。基于模糊数学软测量模型是一种知识性模型。模糊技术模仿人脑的逻辑思维,用于处理模型未知或不精确的控制问题,在软测量中也得到大量的应用。通常将模糊逻辑与神经网络相结合,形成模糊神经网络,以充分发挥模糊逻辑较强的结构性知识表达能力和神经网络较强的自学习能力和数据的直接处理能力,适用于处理非线性的、复杂的系统。
4.8基于过程层析成像的软测量建模
基于过程层析成像PT的软测量建模方法与其它软测量建模方法不同,它是一种以医学层析成像CT技术为基础的在线获取过程参数二维或三维的实时分布信息的先进检测技术,即一般软测量技术所获取的大多是关于某一变量的宏观信息,而釆用该技术可获取关于该变量微观的时空分布信息。由于受技术发展水平的制约,该种软测量建模方法目前离工业实用化还有一定距离,在过程控制中的直接应用还不多。
4.9基于相关分析的软测量建模
基于相关分析的软测量建模方法是以随机过程中的相关分析理论为基础,利用两个或多个可测随机信号间的相关特性来实现某一参数的软测量建模方法。该方法采用的具体实现方法大多是互相关分析方法,即利用各辅助变量间的互相关函数特性来进行软测量建模。目前这种方法主要应用于难测流体流速或流量的在线测量和故障诊断等。
4.10基于现代非线性信息处理技术的软测量建模
基于现代非线性信息处理技术的软测量建模方法是利用辅助变量,采用先进的信息处理技术,通过对所获信息的分析处理提取信号特征量,从而实现某一参数的在线检测或过程的状态识别。这种软测量建模技术的基本思想与基于相关分析的软测量建模技术一致,都是通过信号处理来解决软测量建模问题,所不同的是具体信息处理方法不同。该软测量建模方法的信息处理方法大多是各种先进的非线性信息处理技术,例如小波分析、混沌和分形技术等,因此能适用于常规的信号处理手段难以适应的复杂工业系统。相对而言,基于现代非线性信息处理技术的软测量建模方法的发展较晚,研究也还比较分散。该技术目前一般主要应用于系统的故障诊断、状态检测和过失误差侦破等,并常常和人工神经网络或模糊数学等人工智能技术相结合。
5工业应用分析
软测量作为一项实用性很强的的应用技术,在设计过程当中必须满足于工程应用的可靠性、简易性及有效性的要求,最终达到软测量模型在线运算以及得到准确的估计值的目的。软测量开发流程图如图5-1所示。
(1)机理分析,选择辅助变量:了解工艺流程和控制系统,以明确软测量的任务,确定主导变量,分析变量的可观性以及可控性对辅助变量进行初步选择；
(2)数据采集和预处理:采集辅助变量的测量数据以及主导变量的化验数据,并对数据进行预处理,分析数据相关性,如果变量数目过多时,则需要进行主元分析,为之后软测量模型的建立打好基础；
(3)建立软测量模型:确定辅助变量,选择相应的软测量模型结构,确定软测量模型系,通过模型交叉验证的方法确定模型结构和模型参数；
图5-1 软测量开发流程图
(4)设计校正模块:如果不设计校正模块的话,会使软测量应用范围受限,而对应于软测量校正需要适应于不同的需求,可分为短期校正和长期校正。在模型校正方法的使用时,有其相应的限制条件；
(5)在装置上实现软测量:在分布式控制系统的装置上,实现软测量的数据处理、模型计算和在线校正模块的集成,设计工艺员修改参数界面和操作员观测、输入化验值界面,并设计模型报警模块；
(6)评价软测量:软测量模型建立完成后还需要利用一些指标来进行评价,已明确其可靠性。需要将釆集测量对象的实际值与模型估计值进行相互比较来验证软测量模型是否满足设计要求。如果不满足,则需要深入的分析失败原因,之后重复之前的步骤重新设计软测量模型[8]。
5.1工业实例
软测量技术工业应用成功实例不少。国外有Inferential Control公司、Setpoint公司、DMC公司、Profimatics公司、Simeon公司、Applied Automation公司等以商品化软件形式推出各自的软测量仪表，这些已广泛应用于常减压塔、FCCU 主分馏塔、焦化主分馏塔、加氢裂化分馏塔、汽油稳定塔、脱乙烷塔等先进控制和优化控制。它增加了轻质油收率，降低了能耗并减少了原油切换时间，取得了明显经济效益[9]。
国内引进和自行开发软测量技术在石油化工、炼油工业过程应用比较多，例如催化裂化装置分馏塔轻柴油凝固点软测量，基于现场数据分析并结合工艺机理分析，建立了多层前向网络柴油凝固点的软测量模型设计简单在线校正。神经网络模型估计值与分析值最大误差为1.65 cC ，并用了闭环控制，平稳了生产，减少凝固点波动，合格品由94%提高到100%；常减压装置常压塔柴油凝固点软测量。
通过现场采集数据经处理后，建立了非线性回归模型和神经网络模型，为提高模型精度和鲁棒性，组成非线性回归模型与神经网络模型结合的混合模型，并设计了一个串级控制系统。投人运行后获得较好控制效果，可以满足生产要求；气分装置丙烯丙烷塔塔顶丙烯成分软测量。通过
严格的汽液平衡模型简化和现场测试，得到非线性回归模型，并设计在线校正。该软测量估计器投人在线运行，精度能满足要求，并成功应用于丙烯成分闭环控制，取得了明显经济效益;延迟焦化装置分馏塔粗汽油干点软测量。经对现场采集的数据及工艺机理分析，确定了影响粗汽油干点的最主要因素，分别建立了PLS和RBFN模型，为提高模型精度和泛化能力、将PLS模型和RBFN模型并联建立了粗汽油干点混合模型，交叉验证表明这一方法是有效的，所建模型精度较高和良好的泛化能力；连续重整装置中重整产品辛烷值、待生催化剂结焦含量、重整产品C5+液收率的软测量，实现在保证质量合格前提下提高产品收率的优化操作指导；完成对重整再生器氧含量的软测量[9]。两个系统先后投运后运行正常，取得了良好的经济效益。
6 总结与展望
随着科技向生产力的转化，高新技术在工业中得到了越来越广泛的应用，在将来很长一段时间内，为了提高生产过程的自动化程度以及提高产品的质量，工业过程中必将出现更多需要检测的参数变量，其难测性也逐渐增加，寻求合适的检测手段进而研制新型的测试仪器将成为科技工作者追求的目标。软测量的思路给人们留下了巨大的发展空间，基于软测量的检测技术借助于计算机的强大计算功能，以及计算机软件的多样性，为各行各业中参量检测奠定了基础，有着诱人的前景，但还远非成熟[11]。如世界著名过程控制专家Thomas McAvoy教授所说的：软测量方法作为今后的一大研究热点才刚刚起步，但是尚缺乏系统的开发思路以及与控制系统相集成的途径，还有很多路要走。但是Thomas McAvoy教授仍然将软测量技术列为未来控制领域需要研究的几大方向之一，具有广阔的应用前景。
我们可以相信，随着计算机技术的不断发展和新兴技术的不断融合，在软测量中遇到的一些比如可计算型问题、自校正问题、实时性问题、智能化问题等都会得到解决，软测量技术也会得到大力的发展和应用。
参考文献:
[1]俞金寿.软测量技术及其应用[J].自动化仪表,2008, 29(1):1-7
[2]于静江,周春晖.过程控制中的软测量技术[J].控制理
论与应用，1996.13(3):137-144
[3]刘兴业,刘兴森.基于多个软测量模型集成的温度控制
[J].计算机与数字工程，2011.62(8):166-170
[4]王建,杨耀权,马高伟.软测量辅助变量选择方法研究
[J].电力科学与工程，2011.27(7):37-40
[5]李修亮.软测量建模方法研究与应用[D].杭州：浙江大
学,2009.36-55
[6]孔建益，李公法,熊禾根.工业生产中软测量建模方法
及其应用研究[J].机床与液压，2007.35(6):149-151 [7]胡斌,于晨斯.软测量技术及其应用[J].科技广场，
2010.3:209-211
[8]朱群雄,郎娜.工业软测量模型结构与输入变量选择的
研究[J].控制工程，2011.18(3):388-392
[9]林盛,梁强,高树奎.软测量技术在石化过程中的应用
[J].当代化工，2009.4(2):182-183
[10]侯岩松,张敏,刘亚儒.软测量建模软件的设计与开发
[J].电脑知识与技术，2011.4(7):753-756
[11]孙福进,孙福兆.软测量技术的发展及其研究[J].公
交通科技，2008(11):98-101
读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿
17、学习永远不晚。——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向
19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根
电气与电子测量技术罗利文课后习题答案 TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】
第3章常用传感器及其调理电路3-1 从使用材料、测温范围、线性度、响应时间几个方面比较，Pt100、K型热电偶、热敏电阻有什么不同？ 解： 3-2在下列几种测温场合，应该选用哪种温度传感器？为什么？ （1）电气设备的过载保护或热保护电路； （2）温度范围为-100～800℃，温度变化缓慢； （3）温度范围为-100～800℃，温度波动周期在每秒5～10次； 解： （1）热敏电阻；测量范围满足电力设备过载时温度范围，并且热敏电阻对温度变化响应快，适合电气设备过载保护，以减少经济措施 （2）Pt热电阻；测温范围符合要求，并且对响应速度要求不高 （3）用热电偶；测温范围符合要求，并且响应时间适应温度波动周期为100ms到200ms的情况 3-3 热电偶测温为什么一定做冷端温度补偿？冷端补偿的方法有哪几种？ 解：热电偶输出的电动势是两结点温度差的函数。T为被测端温度， T为参考端温 度，热电偶特性分度表中只给出了 T为0℃时热电偶的静态特性，但在实际中做到这 一点很困难，于是产生了热电偶冷端补偿问题。目前常用的冷端温度补偿法包括：0℃恒温法；
冷端温度实时测量计算修正法； 补偿导线法； 自动补偿法。 3-4 采用Pt100的测温调理电路如图3-5所示，设Pt100的静态特性为：R t =R 0(1+At )，A =0.0039/℃，三运放构成的仪表放大电路输出送0～3V 的10位ADC ，恒流源电流I 0= 1mA ，如测温电路的测温范围为0～512℃，放大电路的放大倍数应为多少？可分辨的最小温度是多少度？ 解：V AT R I u R 19968.05120039.010*******=????==?- 024.1519968.03==?=V V u u k R out ，放大倍数应为15倍。 可分辨的最小温度为 3-5 霍尔电流传感器有直测式和磁平衡式两种，为什么说后者的测量精度更高？ 解：霍尔直测式电流传感器按照安培环路定理，只要有电流I C 流过导线，导线周围会产生磁场，磁场的大小与流过的电流I C 成正比，由电流I C 产生的磁场可以通过软磁材料来聚磁产生磁通Φ=BS ，那么加有激励电流的霍尔片会产生霍尔电压U H 。通过放大检测获得U H ，已知k H 、H ＝B/μ、磁芯面积S 、磁路长度L 以及匝数N ，由 H H U k IB =，可获得磁场B 的大小，由安培环路定律H·L ＝N·IC ，可直接计算出被测电流I C 。不过由于k H 与温度有关，难以实现高精度的测量；而磁平衡式传感器利用磁平衡原理，N P I P ＝ISNS ，因此只要测得I S 便可计算出被测电流I P ，没有依赖性，精度更高。 3-6 某磁平衡式霍尔电流传感器的原边结构为穿孔式（N 1=1），额定电流为25A ，二次侧输出额定电流为25mA ，二次侧绕匝数为多少？用该传感器测量0～30A 的工频交流电流，检流电阻R M 阻值为多大，才能使电阻上的电压为0～3V ？
视觉测量系统技术及应用 1 引言 基于计算机的视觉检测系统是指通过计算机视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送给图像处理系统，图像处理系统再根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，计算机图像系统对这些信号进行复杂运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制设备动作。它具有非接触、速度快等优点，是一种先进的检测手段，非常适合现代制造业。可用于视觉检测的试验原理很多，如纹理梯度法、莫尔条纹法、飞行时间法等，然而诸多测试原理中，尤其基于三角法的主动和被动视觉测量原理具有抗干扰能力强、效率高、精度合适等优点，非常适合在线非接触测量。本文主要从视觉测量系统在实际中应用出发，展示视觉检测技术在制造业中的广阔应用[1-4]。 2 视觉测量系统技术的应用 2.1 汽车车身视觉检测系统 在汽车制造过程中，车身上总有很多关键的三维尺寸进行测量，采用传统的三坐标测量机只能离线抽样检测，效率低，更不能满足现代汽车制造在线检测的需要，而视觉检测系统能很好的适应该需要，典型的汽车车身视觉检测系统如图1所示[5]。 图1 车身视觉检测系统 车身检测系统主要依靠的是数个视觉传感器，其中还包括传送机构、定位机构，计算机图像采集、网络控制部分。每个传感器对应一个被测区域，然后通过传输总线传至计算机，通过计算机对每个视觉传感器进行过程控制。 汽车车身检测系统的测量效率很高，精度式中，并且可以在完全自动情况下完成，这个包含几十个测点的系统都能再几分钟内测量完成，因此可以适应汽车制造的在线检测。而且传感器的布置可以根据不同车型来布置，增加了应用要求，
因此减少了车身视觉系统的维护费用。 2.2 拔丝模孔形视觉检测系统 使用计算机视觉检测技术开发出的拔丝模孔形检测系统由光学成像系统、工业用摄像机图像采集卡、计算机及监视器组成，可以解决生产实际中的模具孔形检测问题．工作原理如下：先采用注入硅胶方法获得反映待检拔丝模尺寸及形状的硅胶凸模，然后把硅胶凸模放在光学系统的载物台上．硅胶凸模经光学成像放大，成像于CCD像面上，然后用图像采集卡采集CCD图像信息，最后由计算机视觉检测软件完成对孔形尺寸的自动计算，此时图像采集时需要配置特殊的光照系统．系统实现了自动数据采集、处理，实现采样、进样、结果一条龙，形成检测的自动化． 2.3 无缝钢管直线度和截面在线视觉检测 无缝钢管是一类重要的工业产品，在反应无缝钢管质量中，钢管直线度及截面尺寸是主要的几何参数。现代工业已经可以实现无缝钢管的大批量大规模生产，并且并无成熟的直线度、截面尺寸高效率的检测系统，主要原因为：无缝钢管空间尺寸大，需要很大的测量空间，一般的检测手段很难实现如此大尺度的检测。然而视觉检测却非常适合无缝钢管及截面尺寸的测量，其测量原理图如图2所示。 多个传感器组成了视觉检测系统，传感器的结构光所投射的光平面与被测钢管相交，从而得到钢管的部分圆周，传感器测量圆周在传感器三维空间位置，每一个传感器实现一个截面圆周测测量，然后通过拟合得到截面的圆心和其空间位置，从而实现对无缝钢管截面和直径的测量。 图2 无缝钢管在线检测 2.4 视觉测量在逆向工程中的应用 逆向工程是针对现有的工件，利用3D数字化测量仪准确快速地测量出轮廓坐标值，并建构曲面，经过编辑、修改后，将图形存档形成一般的CAD/CAM系统，再由CAM所产生刀具的NC加工路径送至CNC加工机制所需模具，或者以快速成型将物品模型制作出来。视觉测量一般使用三种激光光源：点结构光、线结构光、面结构光，图3为使用线结构光测量物体表面轮廓的结构示意图[6]。
电气测量 （一）单项选择题： 1、表征系统误差大小程度的量称为（A）。 A、准确度 B、精确度 C、精密度 D、确定度 2、精密度是表征（ A ）的大小程度。 A、偶然误差 B、疏忽误差 C、附加误差 D、引用误差 3、准确度是表征（ B ）的大小程度。 A、附加误差 B、系统误差 C、偶然误差 D、引用误差 4、检流计下量限可达到（B ）A。 A、10-3 B、10-11 C、10-5 D、10-7 5、直流电位差计量限一般不超过（A ）V。 A、2 B、5 C、8 D、10 6、电动系仪表的转动力矩由被测量的（D ）决定。 A、平均值 B、峰值 C、峰-峰值 D、有效值 7、电磁系仪表的转动力矩由被测量的（C ）决定。 A、平均值 B、峰值 C、有效值 D、峰-峰值 8、整流系仪表的转动力矩由被测量的（B ）决定。 A、峰值 B、平均值 C、有效值 D、峰-峰值 9、通常，（ C ）级以下的电测仪表用于一般工程测量。 A、0.5 B、1.0 C、1.5 D、2.5 10、准确度超过（A ）级的测量需要选用比较仪器。 A、0.1 B、0.2 C、0.5 D、5.0 11、配套用的扩大量程的装置（分流器、互感器等），它们的准确度选择要求比测 量仪器本身高（ B ）级。 A、1 B、2~3 C、4~5 D、6 12、测量电能普遍使用（C ）表。 A、电压 B、电流 C、电度 D、功率 13、直流电度表多为（C ）系 A、磁电 B、电磁 C、电动 D、感应 14、精确测量电路参数可以使用（C ）。 A、电压表 B、电流表 C、电桥 D、万用表 15、直流单电桥适用于测量（B ）电阻。 A、接地 B、中值 C、高值 D、绝缘 16、直流双电桥适用于测量（B ）电阻。 A、中值 B、低值 C、高值 D、绝缘
软测量技术及其应用 【摘要】随着我国经济的发展和科学水平的不断提高，工业也紧跟着发展了起来。对于工业的发展来说，软测量技术的作用是不可忽视的。所以，本文将从多个方面对软测量技术及其应用进行详细的分析和探讨。 一、前言 对于工业工程来说，一般都能采用两种方法进行测量，一种是传统的检测技术，另外一种的运用新型的间接测量。随着应用程度的普及以及计算技术的发展，人们发明出了一种新的测量技术，也就是软测量技术。 二、软测量技术基本原理 软测量技术在工业过程中主要应用于实时估计、故障冗余、智能校正和多路复用等方面。它依据对可测易测过程变量（称为辅助变量，如压力、温度等）与难以直接测量的待测过程变量（称为主导变量，如产品分布、物料成分）之间的数学关系的认识，采用各种计算方法，用软件实现待测变量的测量或估计。目前，利用计算机系统，由过程实测变量计算出不可测变量，是解决现在问题的主要途径。其发展已有几十年的历史，在实际生产中也有了一些应用。这里，可用图一简略地描述其结构。其中，U、v分别为被研究过程的可测控制输入和可测干扰输入；x、y为可测参数变量（即辅助变量）和被控过程的输出变量。 三、测量建模的基本方法
软测量建模所使用的数学方法包括从简单的线性代数方程直到复杂的人工神经元网络，最终所采用的方法与使用的软测量模型是机理模型还是回归模型有关。对于石油化工生产过程这类复杂的工艺过程，要得到某一装置的机理模型同时满足较高的精度要求常常是非常困难的，但对于一个局部变量来说，得到满足软测量精度要求的计算模型仍是可能的。这时我们就可根据过程机理选择合适的数学实现方法。 无论是机理模型还是回归模型，在确定了其数学形式之后，下一步就要进行模型参数的估计。即使用可测输入变量和待计算输出变量的历史数据离线估计软测量模型中的未知参数。其中输入变量的历史数据可以从DCS的历史数据库中容易地得到，而输出变量的历史数据可以是离线的经验估计值，也可以取自在线分析仪或实验室信息管理系统的历史数据，也可以是实验室化验人员的手工输入。 四、软测量模块构造时应注意的问题 1.模型类型的选择 在决定采用机理模型还是回归模型时，应注意这两者的不同优势和缺点。回归模型不要求对过程内在机理有较深入的认识，只要有足够多的过程历史数据，总是可以得到一个满足要求的计算函数，这一优势由于现在电子表格和统计工具软件的强大功能而显得更加突出，可以很容易地从DCS或实时数据库中导人大量的历史数据并迅速得到回归结果。 2.历史数据的稳态判别
第一章思考与练习 1．简述电子测量的意义和主要特点。 答：电子测量的意义：测量是人类认识事物和揭示客观世界规律不可缺少的重要手段。通过测量使人们对事物有定量的概念并用数字表述，从而发现事物的规律性。电子测量系统的出现对整个电子技术领域及其他技术领域均产生了巨大的影响，对现代科学技术的发展起着巨大的推动作用。 电子测量的主要特点：1．测量频率范围宽；2．测量量程宽；3．测量准确度高；4．测量速度快；5．可以实现遥测并实现测试过程的自动化；6．易于实现测量过程自动化和测量仪器智能化；7．测量误差较难处理。 2．电子测量包括哪些内容？ 答：电参量的测量： 1）电能量的测量：即测量电流、电压、电功率等。 2）元件和电路参数的测量：如电阻、电感、电容、电子器件、集成电路的测量和电路频率响应、通频带、衰减、增益、品质因数的测量等。 3）信号特性的测量：如信号的波形、频率、相位、信号频谱、信噪比等的测量。 非电参量的测量：如压力、温度、气体浓度等。 3．简述测量误差的分类。 答：按误差的性质和特点，将测量误差分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。 4．说明系统误差与随机误差的特点及减小系统误差和随机误差的主要方法。 答：系统误差具有如下特点： （1）系统误差是一个恒定不变的值或是一个确定的函数值。 （2）多次重复测量，系统误差不能减小或消除。 （3）系统误差具有可控制性或修正性。 减小系统误差的方法：（1）消除系统误差产生的根源。（2）采用典型测量技术消除系统误差。 随机误差具有如下特点： （1）在多次测量中，误差绝对值得波动有一定的界限，即具有界限性。 （2）当测量次数足够多时，正负误差出现的机会几乎相同，即具有对称性。 （3）随机误差的算术平均值趋于零，即具有抵偿性。 减小随机误差的方法：可通过多次测量取平均值或者采用其他数理统计的办法处理。 5．若测量10V电压，现有两只直流电压表，一只量程为150V，0.5级；另一只15V，2.5级。问选用哪一只电压表测量更合适，为什么？
机器视觉测量技术 杨永跃 合肥工业大学 2007.3
目录第一章绪论 1.1 概述 1.2 机器视觉的研究内容 1.3 机器视觉的应用 1.4 人类视觉简介 1.5 颜色和知觉 1.6 光度学 1.7 视觉的空间知觉 1.8 几何基础 第二章图像的采集和量化 2.1 采集装置的性能指标 2.2 电荷藕合摄像器件 2.3 CCD相机类 2.4 彩色数码相机 2.5 常用的图像文件格式 2.6 照明系统设计 第三章光学图样的测量 3.1 全息技术 3.2 散斑测量技术 3.3 莫尔条纹测量技术 3.4 微图像测量技术 第四章标定方法的研究 4.1 干涉条纹图数学形成与特征 4.2 图像预处理方法 4.3 条纹倍增法 4.4 条纹图的旋滤波算法 第五章立体视觉 5.1 立体成像
5.2 基本约束 5.3 边缘匹配 5.4 匹域相关性 5.5 从x恢复形状的方法 5.6 测距成像 第六章标定 6.1 传统标定 6.2 Tsais万能摄像机标定法 6.3 Weng’s标定法 6.4 几何映射变换 6.5 重采样算法 第七章目标图像亚像素定位技术 第八章图像测量软件 （多媒体介绍） 第九章典型测量系统设计分析9.1 光源设计 9.2 图像传感器设计 9.3 图像处理分析 9.4 图像识别分析 附：教学实验 1、视觉坐标测量标定实验 2、视觉坐标测量的标定方法。 3、视觉坐标测量应用实验 4、典型零件测量方法等。
第一章绪论 1.1 概述 人类在征服自然、改造自然和推动社会进步的过程中，面临着自身能力、能量的局限性，因而发明和创造了许多机器来辅助或代替人类完成任务。智能机器或智能机器人是这种机器最理想的模式。 智能机器能模拟人类的功能、能感知外部世界，有效解决问题。 人类感知外部世界：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉 眼耳鼻舌身 所以对于智能机器，赋予人类视觉功能极其重要。 机器视觉：用计算机来模拟生物（外显或宏观）视觉功能的科学和技术。 机器视觉目标：用图像创建或恢复现实世界模型，然后认知现实世界。 1.2 机器视觉的研究内容 1 输入设备成像设备：摄像机、红外线、激光、超声波、X射线、CCD、数字扫描仪、 超声成像、CT等 数字化设备 2 低层视觉（预处理）：对输入的原始图像进行处理（滤波、增强、边缘检测），提取角 点、边缘、线条色彩等特征。 3 中层视觉：恢复场景的深度、表面法线，通过立体视觉、运动估计、明暗特征、纹理 分析。系统标定 4 高层视觉：在以物体为中心的坐标系中，恢复物体的完整三维图，识别三维物体，并 确定物体的位置和方向。 5 体系结构：根据系统模型（非具体的事例）来研究系统的结构。（某时期的建筑风格— 据此风格设计的具体建筑） 1.3 机器视觉的应用 工业检测—文件处理，毫微米技术—多媒体数据库。 许多人类视觉无法感知的场合，精确定量感知，危险场景，不可见物感知等机器视觉更显其优越十足。 1 零件识别与定位
电磁兼容测量 ————通信开关电源的电磁兼容性 学院：物理与信息科学学院 专业：电子信息科学与技术 班级：08电信一班 姓名：邢潘龙 学号：271060143 摘要 简要介绍了通信开关电源的电磁兼容性要求、国内外标准、电磁兼容性的成因、研究解决方法及国内通信开关电源的电磁兼容性现状。 关键词：通信开关电源电磁兼容性标准 正文 通信开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、工作可靠、可远程监控等优点，而广泛应用于程控交换、光数据传输、无线基站、有线电视系统及IP网络中，是信息技术设备正常
工作的动力核心。 随着信息技术的发展，信息技术设备遍布大江南北，从发达的中心城市至偏远山区，为人与人之间的沟通交流及信息传输提供了极大的便利。由于城乡间的差异，通信设备的供电网既有稳定的大电网供电方式，也有独立的小水电供电方式。在小水电站供电方式下，因水量的变化、用户用电量的变化较大及发电设备工作的不稳定，造成电网波形失真严重及电压波动大，同时因配电系统的接线不规范，对通信用开关电源形成了严峻的考验。 铁路通信及电力通信正在发展壮大。由于电力机车经过之处，产生很强的感应电压，使地线电压产生很大的波动，从而引起电网电压的很大波动，强大的电场容易引起开关电源设备工作的瞬时不稳定。在高压电网附近运行的通信开关电源，虽然电网电压稳定，但容易受电网负载变化等引起的强电磁场的干扰影响。 用于基站的通信开关电源，由于多安装在较高的建筑物上或山顶，更易受到雷电的袭击。 因此，通信开关电源要有很强的抗电磁干扰能力，特别是对雷击、浪涌、电网电压波动的适应能力，而对静电干扰、电场、磁场及电磁波等也要有足够的抗干扰能力，保证自身能够正常工作以及对通信设备供电的稳定性。 另一方面，因通信开关电源内部的功率开关管、整流或续流二极管及主功率变压器，是在高压、大电流及高频开关的方式下工作，其电压电流波形多为方波。在高压大电流的方波切换过程中，将产生严重的谐波电压及电流。这些谐波电压及电流一方面通过电源输入线或开关电源的输出线传出，对与通信电源在同一电网上供电的其它设备及电网产生干扰，同时对由通信电源供电的设备如程控交换设备、无线基站、光传输设备及有线电视设备等产生干扰，使设备不能正常工作；另一方面严重的谐波电压电流在开关电源内部产生电磁干扰，从而造成开关电源内部工作的不稳定，使电源的性能降低。还有部分电磁场通过开关电源机壳的缝隙，向周围空间辐射，与通过电源线、直流输出线产生的辐射电磁场，一起通过空间传播的方式，对其它高频设备及对电磁场比较敏感的设备造成干扰，引起其它设备工作异常。 因此，对通信开关电源，要限制由负载线、电源线产生的传导干扰及由辐射传播的电磁场干扰，使处于同一电磁环境中的电信设备均能够正常工作，互不干扰。 2国内外电磁兼容性标准 电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。 要彻底消除设备的电磁干扰及对外部一切电磁干扰信号不敏感是不可能的。只能通过系统地制订设备与设备之间的相互允许产生的电磁干扰大小及抵抗电磁干扰的能力的标准，才能使电气设备及系统间达到电磁兼容性的要求。国内外大量的电磁兼容性标准，为系统内的设备相互达到电磁兼容性制订了约束条件。 国际无线电干扰特别委员会（CISPR）是国际电工委员会（IEC）下属的一个电磁兼容标准化组织，早在1934年就开展EMC标准的研究，下设六个分会。其中第六分会（SCC）主要负责制订关于干扰测量接收机及测量方法的标准。CISPR16《无线电干扰和抗扰度测量设备规
机器视觉测量技术杨永跃合肥工业大学 2007.3 目录 第一章绪论 1.1 概述 1.2 机器视觉的研究内容 1.3 机器视觉的应用 1.4 人类视觉简介 1.5 颜色和知觉 1.6 光度学 1.7 视觉的空间知觉 1.8 几何基础 第二章图像的采集和量化 2.1 采集装置的性能指标 2.2 电荷藕合摄像器件 2.3 CCD 相机类 2.4 彩色数码相机 2.5 常用的图像文件格式
2.6 照明系统设计 第三章光学图样的测量 3.1 全息技术 3.2 散斑测量技术 3.3 莫尔条纹测量技术 3.4 微图像测量技术 第四章标定方法的研究 4.1 干涉条纹图数学形成与特征4.2 图像预处理方法 4.3 条纹倍增法 4.4 条纹图的旋滤波算法 第五章立体视觉 5.1 立体成像 2 5.2 基本约束 5.3 边缘匹配 5.4 匹域相关性 5.5 从 x 恢复形状的方法 5.6 测距成像
第六章标定 6.1 传统标定 6.2 Tsais 万能摄像机标定法 6.3 Weng ’ s 标定法 6.4 几何映射变换 6.5 重采样算法 第七章目标图像亚像素定位技术第八章图像测量软件 (多媒体介绍 第九章典型测量系统设计分析9.1 光源设计 9.2 图像传感器设计 9.3 图像处理分析 9.4 图像识别分析 附:教学实验 1、视觉坐标测量标定实验 2、视觉坐标测量的标定方法。 3、视觉坐标测量应用实验 4、典型零件测量方法等。
3 第一章绪论 1.1 概述 人类在征服自然、改造自然和推动社会进步的过程中,面临着自身能力、能量的局限性, 因而发明和创造了许多机器来辅助或代替人类完成任务。智能机器或智能机器人是这种机器最理想的模式。 智能机器能模拟人类的功能、能感知外部世界,有效解决问题。 人类感知外部世界:视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉 眼耳鼻舌身 所以对于智能机器,赋予人类视觉功能极其重要。 机器视觉:用计算机来模拟生物(外显或宏观视觉功能的科学和技术。 机器视觉目标:用图像创建或恢复现实世界模型,然后认知现实世界。 1.2 机器视觉的研究内容 1 输入设备成像设备:摄像机、红外线、激光、超声波、 X 射线、 CCD 、数字扫描仪、超声成像、 CT 等 数字化设备 2 低层视觉(预处理 :对输入的原始图像进行处理(滤波、增强、边缘检测 ,提取角点、边缘、线条色彩等特征。 3 中层视觉:恢复场景的深度、表面法线,通过立体视觉、运动估计、明暗特征、纹理分析。系统标定
模拟式万用表在电子测量中的应用 冯黎光 （湖北宜昌三峡大学电气信息学院通信工程） 摘要：模拟式万用表与数字万用表的比较，数字式万用表为何不能取代模拟表。本文重点介绍模拟式万用表在的电工电子测量中的 相关应用和原理。 关键词：万用表模拟式万用表电子测量 从电的初学者到电气工程师，万用表是身边必备的测量器具之一。在电工测量仪表中，最大众化的万用表是一种集元器件的检验、电路的导通试验、电源电压检验等多功能于一体的仪表，应用起来十分便利。万用表具有直流电压、直流电流、交流电压、交流电流（模拟万用表中没有）以及电阻等五种基本测量功能。还可以具有蓄电池检验、温度测量和晶体三极管hFE特性检验等测量功能。 万用表中，有指针型的模拟式万用表和数字显示的数字式万用表。 指针表和数字表的比较和选用： 1、指针表读取精度较差，但指针摆动的过程比较直观，其摆动速度幅度有时也能比较客观地反映了被测量的大小；数字表读数直观，但数字变化的过程看起来很杂乱，不太容易观看。 2、指针表内一般有两块电池，一块低电压的1.5V，一块是高电
压的9V或15V，其黑表笔相对红表笔来说是正端。数字表则常用一块6V或9V的电池。在电阻档，指针表的表笔输出电流相对数字表来说要大很多，用R×1Ω档可以使扬声器发出响亮的“哒”声，用R×10kΩ档甚至可以点亮发光二极管（LED）。 3、指针表内阻一般在20KΩ/V左右，相对数字表来说比较小，测量精度相比较差。某些高电压微电流的场合甚至无法测准，因为其内阻会对被测电路造成影响。数字表电压档的内阻很大，一般在11M，使流入仪表的电流近似为零，其电池内阻引起的电压降可以忽略。但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响，在一些电磁干扰比较强的场合测出的数据可能是虚的。 4、模拟式指针表的标尺盘上很多，使用时也要注意档位转换和测量量程的切换，使用复杂。数字式表使用简单，即使没有电学知识亦可以放心使用 总之，在相对来说大电流高电压的模拟电路测量中适用指针表，比如电视机、音响功放。在低电压小电流的数字电路测量中适用数字表，比如BP机、手机等。不是绝对的，可根据情况选用指针表和数字表。 指针表不能被数字表取代的原因： 由前面的介绍可知，如果把模拟式万用表与数字式万用表进行比较，在所有的项目上数字式万用表都占有优势。但是，作为常用测量仪表的指针式目前仍被大量使用着。这是因为数字万用表在其诸多优点的反面也有不足之处，可以列举如下：
软测量技术及其应用发展 摘要:采用软测量技术，可利用工业标准计算机平台将不同仪表混合连接，使用集成化、标准化虚拟仪器仪表软件集成在一个系统中，应用系统工程的方法进行优化，使之以最优的性价比满足应用系统的性能要求。软测量技术的应用将会极大限度地降低工业过程检测和控制系统的成本，提高系统控制性能指标，为工业过程检测和控制系统的发展提供必要的技术条件。 关键词:软测量虚拟仪器数学模型检测与控制系统 1、引言 当今工业界对过程控制系统的要求越来越高，不仅希望控制指标能保持平稳或快速跟踪，而且常常希望控制指标能够以一定方式显示出来。然而对许多工业过程来说，一些重要的输出变量目前还很难通过传感器得到，如精馏塔的产品浓度。 软测量技术的理论根源是基于软仪表的推断控制。推断控制的基本思想是采集过程中比较容易测量的辅助变量，通过构造推断估计器来估计并克服扰动和测量噪声对主导变量的影响。软测量技术体现了估计器的特点。估计器的设计是根据某种最优准则，选择一种即与主导变量有密切联系又容易测量的辅助变量，通过构造某种数学关系，实现对主导变量的在线估计。软测量技术除了能“测量”主导变量，还可以对一些反映过程特性的工艺参数如精馏塔的塔板效率和反应器的催化剂活性等做出估计。所以它已成为自动监测和过程优化的有力工具。近年来，在软测量方面国内外有大量的研究，Thomas J.McAvoy更是将Soft Sensor列为几大研究之首，因为软测量方法涉及到自动控制的许多重要领域,如:过程建模、系统辨识、数据处理等等。总的说来，软测量方法的研究经历了从线性到非线性,从静态到动态，从无校正功能到有校正功能的发展过程。 2、控制方法概述 2. 1. 软测量技术的应用条件 软测量技术主要由4个相关要素组成：(1) 中间辅助变量的选择；(2) 数据处理；(3) 软测量模型的建立；(4) 软测量模型的在线校正。其中(3) 是软测量技术最重要的组成部分。 2.1.1. 中间辅助变量的选择
2017年第二学期《电子测量技术》考试卷 专业 年级 学号 姓名 一．填空题 （每空1分，共25分） 1.测量误差就是测量结果与被测量________的差别，通常可以分为_______和_______两种。 2.多次测量中随机误差具有________性、________性和________性。 3.4 1 2 位DVM 测量某仪器两组电源读数分别为5.825V 、15.736V ，保留三位有效数字分别应为________、________。 4.示波器Y 轴前置放大器的输出信号一方面引至触发电路，作为________信号；另一方面经过________引至输出放大器。 5.示波器X 轴放大器可能用来放大________信号，也可能用来放大________信号。 6.在示波器中通常用改变________作为“扫描速度”粗调，用改变________作为“扫描速度”微调。 7.所谓触发极性不是指触发信号本身的正负，而是指由它的________或________触发。 8.测量频率时，通用计数器采用的闸门时间越________，测量准确度越高。 9.通用计数器测量周期时，被测信号周期越大，________误差对测周精确度的影响越小。 10.在均值电压表中，检波器对被测电平的平均值产生响应，一般都采用________电路作为检波器。 11.所有电压测量仪器都有一个________问题，对DVM 尤为重要。 12.________判据是常用的判别累进性系差的方法。 13.________分配是指分配给各分项的误差彼此相同。 14.当观测两个频率较低的信号时，为避免闪烁可采用双踪显示的________方式。 15.频谱仪的分辨力是指能够分辨的________，它表征了频谱仪能将________紧挨在一起的信号区分开来的能力。 二．选择题 （每题3分，共15分） 1.根据测量误差的性质和特点，可以将其分为( )三大类。 A.绝对误差、相对误差、引用误差 B.固有误差、工作误差、影响误差 C.系统误差、随机误差、粗大误差 D.稳定误差、基本误差、附加误差 2.用通用示波器观测正弦波形，已知示波器良好，测试电路正常，但在荧光屏上却出现了如下波形，应调整示波器( )旋钮或开关才能正常观测。 A.偏转灵敏度粗调 B.Y 轴位移 C.X 轴位移 D.扫描速度粗调 3.通用计数器测量周期时由石英振荡器引起的主要是( )误差。 A.随机 B.量化 C.变值系统 D.引用 4.DVM 的读数误差通常来源于( )。 A.刻度系数、非线性等 B.量化 C.偏移 D.内部噪声 5.( )DVM 具有高的SMR ，但测量速率较低。 A.逐次逼近比较式 B.斜坡电压式 C.双斜积分式 D.V-f 式 三. 简答题 (每题10分，共40分) 1.对电压测量的几个基本要求是什么? 2.用示波器显示图像基本上有哪两种类型? 题号 一 二 三 四 总分 得分 ………………………………………线………………………………………订………………………………………装………………………………………
第3章常用传感器及其调理电路 3-1 从使用材料、测温范围、线性度、响应时间几个方面比较，Pt100、K 型热电偶、热敏电 阻有什么不同？解： Pt100 K 型热电偶热敏电阻使用材料铂 镍铬镍硅（镍铝）半导体材料测温范围200℃～+850℃-200℃～+1300℃-100～+300℃线性度线性度较好线性度好 非线性大响应时间 10s~180s 级别 20ms ～400ms 级别 ms 级别 3-2在下列几种测温场合，应该选用哪种温度传感器？为什么？ （1）电气设备的过载保护或热保护电路；（2）温度范围为100～800℃，温度变化缓慢；（3）温度范围为100～800℃，温度波动周期在每秒 5～10次； 解： （1）热敏电阻；测量范围满足电力设备过载时温度范围，并且热敏电阻对温度变化响应快， 适合电气设备过载保护，以减少经济措施 （2）Pt 热电阻；测温范围符合要求，并且对响应速度要求不高（3）用热电偶；测温范围符合要求，并且响应时间适应温度波动周期为100ms 到200ms 的情况 3-3 热电偶测温为什么一定做冷端温度补偿？冷端补偿的方法有哪几种？解：热电偶输出的电动势是两结点温度差的函数。T 为被测端温度，0T 为参考端温度，热电偶 特性分度表中只给出了 0T 为0℃时热电偶的静态特性，但在实际中做到这一点很困难，于是产 生了热电偶冷端补偿问题。目前常用的冷端温度补偿法包括： 0℃恒温法； 冷端温度实时测量计算修正法；补偿导线法；自动补偿法。 3-4 采用Pt100的测温调理电路如图3-5所示，设Pt100的静态特性为：R t =R 0(1+At)， A=0.0039/℃，三运放构成的仪表放大电路输出送0～3V 的10位ADC ，恒流源电流 I 0= 1mA ， 如测温电路的测温范围为0～512℃，放大电路的放大倍数应为多少？可分辨的最小温度是多 少度？解： V AT R I u R 19968.0512 0039.01001013 00024.1519968.03V V u u k R out ，放大倍数应为 15倍。 可分辨的最小温度为
软测量新技术综述 俞金寿 本文作者俞金寿先生，教授、博士生导师。 关键词：软测量化学计量学智能方法神经网络 一引言 过程控制中一直存在过程输出变量估计的难题，许多工业过程由于受工艺和技术的限制，输出变量难以检测出来，例如产品质量指标，精馏塔的产品浓度和塔板效率，化学反应器的反应温度与反应物的浓度分布，生化过程中发酵罐的菌体浓度等，这就给过程的控制和监测带来困难。 目前，软测量技术(Soft sensing Techniques)被认为是具有吸引力和卓有成效的方法，它一般是根据某种最优准则，通过选择一些容易测量且与主导变量(Primary Variable)密切联系的二次变量(或称辅助变量，Secondary Variable)来预测主导变量，它所建立的软测量模型可以完成一些实际硬件检测仪器所不能完成的测量任务。软测量概念首先产生于工业过程的实际需要，其发展就是要逐步减少理论与实践的差距，从实践的观点完善理论方法。软测量是目前过程控制行业中令人瞩目的技术，无论工业过程的控制、优化还是监测，都离不开对过程主导变量的检测，它是各种控制方法得以成功应用的基础，所以McAvoy将软测量研究看作化工过程控制研究的首要问题。罗荣富等和于静江等较好地总结了软测量技术一些前期的研究工作(从20世纪70年代至90年代初)，但随着该技术原理研究和工程应用的深入，一些初期的分类方法和描述已不能完全涵盖当今软测量技术的全部，特别是近几年软计算方法的兴起，对软测量的研究产生了重大的影响。本文主要对近几年应用较多的基于化学计量学方法和基于人工智能的软测量方法进行综述。 二软测量技术原理框架 软测量技术主要包括：软测量建模方法、软测量工程化实施技术和软测量模型校正技术。其中软测量建模方法的研究是软测量技术研究的核心问题，它的发
电子测量技术的发展及 应用 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
电子测量论文
电子测量技术的发展及应用 摘要：近年来，以信息技术为代表的新技术促进了电子行业的飞速增长，也极大的促进了测量仪器和设备的快速发展。中国电子测量仪器经过40多年的发展，为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献。随着世界高科技发展的潮流，中国电子测量仪器也步入了高科技发展的道路，特别是经过“九五”期间的发展，我国电子测量仪器在若干重大科技领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。 英国科学家A ? H ? 库克（cook ）说：“测量是技术生命的神经系统。我们通过测量认识周围的，通过测量把这些知识变成，然后用数学方法把它整理成合乎逻辑的系统；通过测量，可使这种系统性知识借助于工程技术用来改造物质；世界精密的测量是精确的知识和经济的设计所必需，方便的测量是敏捷的通讯和有效的组织所必需。”这一段话深刻地揭示出了测量对于我们人类社会的重要性。人类社会从发展到物质文明和梢神文明都高度发达的今天，没有测量技术的作用是不可想象的。一、测量的意义 所谓测量就是借助于专用的技术工具通过实验和（或）计算，对被测对象收集信息的过程。在自然界中，对于任何被研究的对象，若要定量地进行评价，必须通过测量来实现。在电子技术领域中，中肯的分析只能来自正确的测量。通过测量，我们对大自然认识才由感性世界跨入了理性世界，才逐步对大自然有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能
得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。开创的早期自然科学的工作方法可归纳为“观察、实验、理论”，可见，人们是通过观测试验的结果和已经掌握的规律，进行概括、推理，再对所研究的事物取得定量的概念和发现它的规律性，然后上升到理论。因此，测量技术的水平在相当程度上影响着科学技术的发展速度和深度，科学技术上有一些突破是以测试技术的突破为基础的。 这种例子在科学发展史上是不胜枚举的。 在没有显微镜时，人眼只能看清大小为—毫米的东西，这大大限制了人类对自然界中的认识，在这种情况下，绝对不会有等技术的产生。16 世纪出现了，它的分辨率可达2000埃，相应的放大率约为1500倍，大大扩展了人的眼力。在显微镜的帮助下，人类发现了构成生物基础的细胞（大小约为10-100微米），使人类对生物界的认识有了一个极大的飞跃，这一发现对推动生物学各方面的研究作出了重要贡献，被誉为19世纪三大发现之一。20 世纪30 年代出现了，它的分辨本42领高达2一3 埃，又比提高了约三个数量级。由此可见电子技术引入测量领域的巨大的推动作用。在下，可以洞察小小细胞内的超微机构，连细胞膜也可清晰地辨出是由三个薄层组成的，并发现了致病的病毒、形成了的又一次飞跃。现代科学技术、生产和国防的重要特点之一，就是要进行大量的观测和统计。现代工业大生产，用到测量上的工时和费用约占整个生产所用的20％一30％。提高测量水平，降低测量成本，减少测量误差，提高测量效率，对国民经济各个领域都是至关重要的。
第3章常用传感器及其调理电路3-1 从使用材料、测温范围、线性度、响应时间几个方面比较，Pt100、K型热电偶、热敏电阻有什么不同 解： 3-2在下列几种测温场合，应该选用哪种温度传感器为什么 （1）电气设备的过载保护或热保护电路； （2）温度范围为100～800℃，温度变化缓慢； （3）温度范围为100～800℃，温度波动周期在每秒5～10次； 解： （1）热敏电阻；测量范围满足电力设备过载时温度范围，并且热敏电阻对温度变化响
应快，适合电气设备过载保护，以减少经济措施 （2）Pt 热电阻；测温范围符合要求，并且对响应速度要求不高 （3）用热电偶；测温范围符合要求，并且响应时间适应温度波动周期为100ms 到200ms 的情况 3-3 热电偶测温为什么一定做冷端温度补偿冷端补偿的方法有哪几种 解：热电偶输出的电动势是两结点温度差的函数。T 为被测端温度，0T 为参考端温度，热 电偶特性分度表中只给出了0T 为0℃时热电偶的静态特性，但在实际中做到这一点很困难， 于是产生了热电偶冷端补偿问题。目前常用的冷端温度补偿法包括： 0℃恒温法； 冷端温度实时测量计算修正法； 补偿导线法； 自动补偿法。 3-4 采用Pt100的测温调理电路如图3-5所示，设Pt100的静态特性为：R t =R 0(1+At )，A =℃， 三运放构成的仪表放大电路输出送0～3V 的10位ADC ，恒流源电流I 0= 1mA ，如测温电路 的测温范围为0～512℃，放大电路的放大倍数应为多少可分辨的最小温度是多少度 解：V AT R I u R 19968.05120039.010*******=????==?- 024.1519968.03==?=V V u u k R out ，放大倍数应为15倍。
软测量技术的发展与现状 1、绪论 在过程控制中，若要使机组处于最佳运行工况、实现卡边控制，提高机组的经济效益，就必须要对机组的重要过程变量进行严格控制。然而对许多工业过程来说，一些重要的输出变量目前还很难通过传感器得到，即使可以测出也不一定具有代表性，不能总体的反映出设备的运行工况。为了解决这类变量的测量问题，出现了不少方法，目前应用较广泛的是软测量方法。 软测量技术就是为了解决上述问题应运而生的。其基本思想是根据比较容易测量的工业过程辅助变量，即二次变量，来估计无法直接测量的工业过程主要输出变量。它采用统计回归、软计算等各种方法建立过程变量预报模型，并通过一些可以测量的过程变量和其他一些参数，用软件方法来测量（估计）难以用传统硬仪表在线测量的参数和变量。从而为过程控制、质量控制、过程管理与决策等提供支持，从而为进一步实现质量控制和过程优化奠定基础。 软测量技术已是现代流程工业和过程控制领域关键技术之一，它的成功应用将极大地推动在线质量控制和各种先进控制策略的实施，使生产过程控制得更加理想。 2、软测量技术概论 软测量的概念首先产生于工业过程的实际需要，从实践过程中抽象出理论，形成了软测量技术，然后又反过来指导生产过程的实践。软测量技术的发展就是一个理论与实践相结合的典型例子。软测量是目前过程控制行业中令人瞩目的领域，无论工业过程的控制、优化还是监测都离不开对过程主导变量的检测，它是各种控制方法成功应用的基础。工业对象的基本输入输出关系如图2.1所示，向量U表示过程的控制输入，向量D表示过程的扰动变量，向量Y表示过程的主要输出变量，向量X’表示过程的其他输出变量。 软测量的基本思想则是根据某种最优准则，选择一组容易测量又与过程主要变量有密切。 图 2.1 工业对象输入输出关系 关系的过程辅助变量（辅助变量），通过构造某种数学模型（汪永生，2000），通过软件计算实现对不易测量的过程主要输出变量的在线估计。软测量技术的对象输入输出关系如原理图2.2中所示：
电子测量技术的现状及 发展趋势 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
电子测量论文 题目：电子测量技术现状及发展趋势姓名： 班级： 学号：
摘要:本文综合论述了电子测量技术的现状和总体发展趋势,分析了电子测量仪器的研究开发，阐述了我国电子测量技术与国际先进技术水平的差距，进而提出了发展电子测量仪器技术的对策。特别是由于测试技术的突破带来的电子测量仪器的革命性变化.同时,针对业界自动测试系统的发展历史和现状提出了作者的一些看法,并介绍了业界的最新进展和最新标准.近年来，以信息技术为代表的新技术促进了电子行业的飞速增长，也极大地推动了测试测量仪器和设备的快速发展。鉴于中国在全球制造链和设计链的重要地位，使得这里成为全球各大测量仪器厂商的大战场，同时，也带动了中国本土测试测量技术研发与测试技术应用的迅速发展。 关键词: LXI ATE 自动测试系统智能化虚拟技术总线接口技术VXI
目录 摘要................................................................................................I 前言 (1) 第一章测试技术现状及其存在的问题 (2) 第二章电子测量技术的发展方向 (2) （一）总线接口技 术 (2) （二）软件平台技 术 (3) （三）专家系统技 术 (3) （四）虚拟测试技 术 (3) 第三章展望未来 (4) 参考文献 (5)
前言 中国电子测量技术经过40多年的发展，为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献。随着世界高科技发展的潮流，中国电子测量仪器也步入了高科技发展的道路，特别是经过“九五”期间的发展，我国电子测量技术在若干重大科技领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。进入21世纪以来,科学技术的发展已难以用日新月异来描述。新工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件,同时也促使电子测量技术和电子测量仪器产生了新概念和新发展趋势。本文拟从现代电子测量技术发展的三个明显特点入手,进而介绍下一代自动测试系统的概念和基本技术,引入合成仪器的概念，面向21世纪的我国电子测量技术的发展趋势和方向是：测量数据采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规格化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导作用。