智能仪器课件第3版 (1)[38页]

自动控制理论的经典著作
控制系统的一种自然模型
控制器(计算机) 大脑 控制理论 思想、智能 传感器 感觉器官 执行器 肌肉 能量 食物
更好的执行器 提供更好的体能
更好的传感器 提供更好的视觉
更好的控制 使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧 的作用
自然模型
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
机械化（应用机器系统） 电气化（加入电机、网络） 自动化（加入自动控制器） 数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（系统、管理） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
工业化 信息化 知识化
社 会 总 发 展
嫦娥一号 中国自主研制、发射的第一个月球探测器
北京现代汽车车身车间焊接机器人
清华大学提出的电力系统的混成控制
离散逻辑控制指令～连续动态
底层（动态电力系统） 电厂、变电站&FACTS设备
电力 系统 混成 控制
中间处理与操作层 Processing & Operating
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
小结
自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。 自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重
中间层信息
控制指令 (事件驱动)
Data
底层设备的反馈控制
操作命令
底层信息

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Hale Waihona Puke 智能电子技术实践MDOBUS通信协议的基本格式
序号 1 1 SOI 2 1 ADR 3 1 特征码 4 1 长度 5 1 查询/回应 6 N 信息 7 2 CRC1 6 8 1 EOI
项 目 六 ： 串 行 通 信
字节 数 格式
SOI为起始位标志当值为F1H时为主发标志,值为F3H时为响应标志; ADR是信息帧的第一字节(8位)设备地址描述。 特征码是设备特征描述代码。 长度是该整条指令的总字节数（包括起始位标志、结束码）。 查询/回应是控制标识码, 也称功能码：查询消息中的功能代码告之 被选中的从设备要执行何种功能。 CRC16是冗余循环码包含2个字节，即16位二进制。 EOI为结束码当值为F2H是为主发结束，值为F4H时为响应结束。
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智能电子技术实践
任务提出
项 目 六 ： 串 行 通 信 实现任务如下图：
PC通过RS232与485 转换接口与多个站点的 智能机相连接，每个站 点有一MAX485连接一个 温度传感器DS18B20。可 将每个站点的温度传送 到PC 微机屏幕显示。
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智能电子技术实践
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智能电子技术实践
知识链接
项 目 六 ： 串 行 通 信
一、串行口有关的概念
UART(Universal Asynchronous Receive/Transmitter通用异步收发器。在异步串行通信 总线中，RS-232C和RS485是比较广泛的两 种总线标准 。这两种标准只是在电平标准上作了一定的约定。串行异 步通信的数据格式。
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排除方法
根据故障诊断结果，采取相应的维修措施，如更 换损坏部件、调整参数等。
预防性保养措施建议
保持机床清洁
定期清理切屑、擦拭机床，避免 灰尘、油污等对机床造成损害。
定期检查
定期对机床各部位进行检查，及 时发现并处理潜在问题。
加强润滑
根据机床润滑要求，定期加注润 滑油或润滑脂，确保机床各部件 得到充分润滑。
数控车床网络化技术
介绍数控车床网络化技术的实现方式及在智 能制造中的应用前景。
数控车床自动化技术
分析数控车床自动化技术的现状与发展方向， 如自动上下料、自动换刀等。
数控车床绿色制造技术
探讨数控车床绿色制造技术的意义及实现途 径，如节能减排、环保型切削液等。
07 总结与展望
课程重点内容回顾
数控车床基本概念、分类及 应用领域
数控编程步骤
包括分析零件图样、确定加工工艺过程、 数学处理、编写零件加工程序、程序校 验与首件试切等。
常用编程指令介绍
准备功能指令
如G00（快速定位）、G01（直 线插补）、G02/G03（圆弧插补） 等，用于控制刀具的运动轨迹。
辅助功能指令
如M03（主轴正转）、M05（主 轴停止）、M08（冷却液开）等，
参数调整方法 根据加工过程监控结果，可以适时调整进给速度、主轴转 速等参数，以提高加工效率和保证加工质量。
异常处理措施 在加工过程中如遇到异常情况，如刀具磨损、工件变形等， 需要及时采取相应措施进行处理，避免影响加工质量和机 床安全。
加工后质量检测与评估
1 2 3
质量检测方法 加工完成后需要对工件进行质量检测，常用的检 测方法包括尺寸测量、表面粗糙度检测、形位公 差检测等。
复杂曲面零件加工编程

V/I变换
电流放大
XTR110范围选择
智 能 测 控 系 统 设 计
3.7 电压频率变换器（V/F）
1.基本原理
智 能
2.电压频率变换器AD650
测
控 系
3.电压频率变换器AD652
统
设
计
基本原理：电荷平衡转 换法
复位状态：开关在S端， 对应单稳态正脉冲(暂 态)，电容积累电荷。
qc= ucCint=(IRiI)TR
智 能 测 控 系 统 设 计
AD
210
应
用
示 智能例
测 控 系 统 设 计
光电耦合隔离放大器
ISO100
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100主要技术指标
智 能 测 控 系 统 设 计
ISO100应用示例
精密电桥隔离放大器
智 能 测 控 系 统 设 计
3．2 仪器放大器
高精度差动放大器，输入阻抗高，共模抑制 比大，输入失调电压、电流小，输入偏置电 流小，温漂小，时漂小。
智 能
1. 工作原理
测
2. AD522精密集成仪器放大器
控
系
3. AD521精密集成仪器放大器
统 设
4. AD620低价格低功耗仪器放大器
计
5. AD626低价格单电源仪器放大器
6. LM363精密仪器放大器
工作原理
智 能 测 控 系 统 设 计
G=(1+2R1/RG) RS/R3
AD522精密集成仪器放大器
kp
但衰减差。
1(/0)2n
，带通特性平坦，
智 能 测 控 系 统
切比雪夫滤波器： H()
kp
，为常数，

用IV分析仪测晶体管的伏安特性曲线时，不能连接在电路中，要 单个测量。
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测量步骤：
1 选中虚拟仪器工具栏上的IV分析仪 2 放置IV分析仪到电路中 3 在IV分析仪的控制面板的元件中选择相应的 晶体管类型
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练习3－9 利用IV分析仪测试二极管1N4148、三极管BC107BP 场效应管2N7000的伏安特性
Multisim 9提供的双通道 示波器与实际的示波器外观和 基本操作基本相同，该示波器 可以观察一路或两路信号波形 的形状，分析被测周期信号的 幅值和频率，时间基准可在秒 直至纳秒范围内调节。示波器 图标有6个连接点：A通道输入 正负极、B通道输入正负极、外 触发端T正负极.
XSC1
A +_
B +_
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软件中，虚拟仪器的都有图标，符号和仪器面板3个外观图
符号图
图标
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仪器面 板
3.1.2 虚拟仪器的主要特点
仿真的同时可以改变设置 仿真的同时重新连接仪器端子 在一个电路图中可以使用多个同样的仪器 仪器的设置和显示数据可以与电路图一起保存 仪器面板可以根据屏幕分辨率和显示模式自动改变大小
20Hz～100kHz。
面板最上方给出测量失真度的提示信息和测量值。 Fundamental Freq（分析频率）处可以设置分析频率值；选择分析THD （总谐波失真）或SINAD（信噪比），单击Set按钮，打开设置窗口如图所示， 由于THD的定义有所不同，可以设置THD的分析选项。
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泰克数字示波器 •测量笔 •基于LabVIEW仪器：LabVIEW的麦克风，扬声器、信号分析仪和信号发生器
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⑽响应时间
响应时间表征仪器测量速度的快慢，定义为从被测 量发生阶跃性变化的瞬时起，到仪器的示值达到两 个稳态值之差的90%处所经过的时间，称为90% 响应时间，用T90表示 。
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1.3 在线气体分析仪器的近期发展
在线分析仪器近期研究和发展趋势主要体现在分析 检测器，分析流路和仪器智能化三个方面。
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⑷检测限
检测限是指能产生一个确证在样品中存在被测 物质的分析信号所需要的该物质的最小含量或 最小浓度，是表征和评价分析仪器检测能力的 一个基本指标。新国标称为最小可检测变化。
⑸分辨力
分辨力是指仪器区别相邻近信号的能力。不同 分析仪器所指的相邻近信号有所不同，如光谱 仪是指最临近的波长，色谱仪是指最邻近的两 个峰，质谱仪是指最邻近的两个质量数。
线性范围是指校准曲线所跨越的最大线性区间。用 来表示对被测组分的含量或浓度的适用性。
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⑻重复性
重复性又称重复性误差是指用相同的方法、相同 的试样、在相同的条件下测得的一系列结果之之 间的差异。重复性误差用实验室标准偏差表示 。
⑼稳定性
稳定性是指在规定的工作条件下输入保持不变， 在规定的时间内仪器示值保持不变的能力。可用 噪声和漂移两个参数表示。
组合技术的应用 这是多传感器信息融合技术在过 程分析上的应用
并行检测技术对同一样品进行多同样传感器的分析， 由智能处理系统对多结果进行信息数据融合，甄别 和选择最可靠的分析结果。
微型化小型化过程分析仪及分析流路系统重构。 取样处理技术及原位分析技术的应用发展
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1.3.3 在线分析仪器的智能化

四．生物医学信息的多变性
各种生物体都是在内环境与外环境相 适应的条件下，维持其新陈代谢和生命。 为适应各种外环境的变化和差异，生物体 内各种系统，包括一个细胞、器官、功能 系统乃至整体，它们的功能活动都在不停 地变化着，调整着，以在内外环境间保持 动态平衡。此外，遗传因素也造成生物体 各种功能、状态的个体差异。这些因素使 被测量的生物医学信息往往具有多变性。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
ISO关于医疗器械定义的意义:
此定义阐明了医疗器械的使用对象、使 用方法、功能产品形态，和具有相同功能和 用途的另一产品群——药品作了区别界定。
此定义目前已被各国广泛地等同使用在 医疗器械法规中，可把此定义理解为法规调 整意义上的医疗器械定义域。
中国现行的医疗器械行政规章及技术标 准均等同采用了此定义。
医疗器械的发展动态
中国医疗器械行业在世界市场所占份额 及发展历程
中国有13 亿人口，31 万个医疗卫生机构， 医疗器械有广阔的市场。中国是全球医疗器械十 大新兴市场之一，已成为除日本以外亚洲最大的 市场。2001 年，中国医疗器械市场容量达527 亿元，年均增长率15%。 但是，中国医疗器械 在世界市场中的份额依然很低，仍有很大增长空 间。
我国对医疗器械的分类
按照我国现行规定，境内生产的医疗器械 第一二类由省级药品监督管理部门负责审批。 第三类医疗器械由国务院药品监督管理部门负 责审批。其中，第一类产品可以直接获得准产 注册；第二、三类产品需要经过临床试验和准 产注册阶段。部分医疗器械品种需要同时获得 生产许可证和注册证书，才能进入市场流通。
形式审查→召开专家评审会→获得注册证书
关于进口医疗器械的监督管理
入世后，在市场准入方面，进口医疗器械 应该和国产医疗器械享受同样的国民待遇。目 前，我国和欧美日等先进国家和地区在医疗器 械的市场准入方面尚未实现互认。

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四 课程性质与目标
1. 课程性质
仪器分析：化学+物理学+电子技术+计算机 (综合性 学科) 基础课：化学专业、应用化学、生物化学、环境化 学等专业的基础课；
2. 课程目标
培养两类人才：分析仪器的熟练应用者——解决问 题；创新型人才——发现问题，开拓新领域；
(1 ) 掌握常用仪器分析方法原理、应用，熟悉仪器结构； (2 ) 使学习者具备选择适宜的分析方法的能力；
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应该指出：仪器分析本身不是一门独立的学 科，而是多种仪器方法的组合。可是这些 仪器方法在化学学科中极其重要。它们已 不单纯地应用于分析的目的，而是广泛地 应用于研究和解决各种化学理论和实际问 题。因此，将它们称为“化学分析中的仪 器方法”更为确切。
ห้องสมุดไป่ตู้
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四 仪器分析与化学分析的区别
化学分析 从原理看 根据化学反应及计 量关系 仪器分析
按试样量的大小：
常量分析 半微量分析 微量分析 超微量分析
1 0 0 10~ 100 0 .1 ~ 1 0 0 .1
1 0 1~ 10 0 .1 ~ 1 0 .0 1
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1-5 仪器分析的发展
20世纪40~50年代兴起的材料科学， 60 ~70年代发展起来的环境科学都促进了 分析化学学科的发展。80年代以来，生命 科学的发展也促进分析化学一次巨大的发 展。仪器分析是分析化学的重要组成部分， 也随之不断发展，不断地更新自己，为科 学技术提供更准确、更灵敏、更专一、更 快速、更简便的分析方法。
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如生命科学研究的进展，需要对多肽、 蛋白质、核酸等生物大分子进行分析， 对生物药物分析，对超微量生物活性 物质，如单个细胞内神经传递物质的 分析以及对生物活体进行分析。 信息时代的到来，给仪器分析带来了 新的发展。信息科学主要是信息的采 集和处理。

图6-2频率响应特性
由图知，它如同一个低通滤波器的频率特性，即：
s f
so
1
1 2
f
2
2
（6－4）
式中，s(o)是频率为零（直流）或者频率很低时的响应率，f 是光信息的频
率， 为时间常数。
当频率增加时响应率 s f 要降低，当 s f 降到 s o 的 1 2 时所对应
的频率 f0 ，称为上限载止频率，这时有 1 2 f0。
率光谱分布分别是a ()和o ()，光电检测器的光电灵敏度系数为s()时，那 么检测器件的输出 I ()可表示为：
I
(
)
2 1
s
a
o
d
（6－1）
上式表示出了光电检测器件的输出与光谱波长之间的关系，式中 1 和 2 分别为辐射下限波长和上限波长。
光源的辐射波长有一定的范围，存在有峰值波长，光电子检测器件对 波长有选择性，存在一个最灵敏的波长，为充分利用光能， 要求：光电器件与辐射源在光谱特性上相匹配。
第三节 光电系统的设计原则
在光电系统设计时，应针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要 的设计原则。
一、匹配原则
光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分 与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括光谱匹配、功率匹配和 阻抗匹配。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。
1．光谱匹配
光谱匹配是指光学系统的光谱特性与光电检测器件的光谱灵敏度特 性相匹配。在光电系统设计中，光谱匹配的核心是光源的光谱峰值波长 应与光电检测器件对光谱的灵敏波长相一致。通常是先根据光电系统的 功能要求确定光源，然后再根据光源的峰值波长选用与之光谱匹配的光 电检测器件。
若入射光的波长 为单色光，这时输出电压V 或 I 电流与入射单色 辐射通量 之比称为光谱灵敏度或光谱响应率。

广泛应用。 C）检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组
成部分。 D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的
进步。
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二、发展方向
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范 围、延长使用寿命，提高可靠性；
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测 领域；
3、发展集成化，功能化的传感器； 4、采用计算机技术，使检测技术智能化； 5、发展网络化传感器及检测系统。
检测系统的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开检测系统。检测系统 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
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1、工业自动化中的应用
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。
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§1.3传感检测系统基本特性的评价指标 一、传感检测系统的基本特性 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时， 检测系统的输入和输出量都与时间无关。
动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快， 是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对 快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
Rmax10% 0
R
YFS
或：
0
X
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
2~310% 0
R
YFS
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6、稳定性：
传感器的稳定性一般是指长期稳定性
稳定性是指传感检测系统在长时间工作的状态下， 由于外界各种干扰对系统产生的影响，使得输出量发 生与输入无关的变化，有时称为长时间工作稳定性。