仪器智能化技术ppt课件

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二标准值实时自校法
自校准功能实现的原理框图如图所准值，输出值为y0＝a0； 第二步标定，输入信号为标准值VR，输出值为yR； 第三步测量，输入信号为传感器的输出Vx，输出值为yx，则被校环节的增益a1为：
a1
yR y0 VR
Vx
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干扰的耦合方式
上述干扰的耦合方式主要有以下四种： ➢静电耦合：即经杂散电容耦合到电路中去。 ➢电磁耦合：即经互感耦合到电路中去。 ➢共阻抗耦合：即电流经两个以上电路之间的公共阻抗耦合到电路中去。 ➢漏电流耦合：即由于绝缘不良由流经绝缘电阻的电流耦合到电路中去。
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电容耦合
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(4)加入校正环节
在整个检测系统中加入非线性校正环节的 方式，可以是串联方式接入，即开环式；也 可以是作为系统的反馈回路接入，即闭环式。 非线性校正环节本身的持性是非线性的，用 它的非线性去补偿检测系统的非线性。非线 性校正环节持性，由检测系统的非线性持性 用解析法或图解法求得。
这是一种分段线性插值法。它是根据精度要求 对反非线性特性曲线（如图5－2）进行分段， 用若干段折线逼近曲线。将折点座标值（ui，xi） 存入数据表中，测量时首先要判断输入被测量xi 的电压值ui是在哪一段，然后根据那一段的斜率 进行线性插值，即得输出值yi=xi。 以三段为例，折点座标值为：(ul，xl），（u2， x2），(u3，x3)，(u4，x4），如图5－3所示。
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数字线性化
上面介绍的线性化方法是在模拟量的输入通道中加非 线性补偿电路。在非电量电测系统中，非线性校正装 置也可以放置在A／D转换之后。随着计算机技术的 广泛应用，尤其是微型计算机的迅速发展，人们想到 了充分利用计算机处理数据的能力。

4)友好的人机对话功能
使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员通过键盘 输入命令，用对话方式选择测量功能和设置参数。同时，智能 仪器能输出多种形式的数据，如通过显示屏将仪器的运行情况、 工作状态以及处理结果以数字或图形形式输出。
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1.3.2 智能仪器的特点
5) 可程控操作能力
体积庞大，功能单一，价格昂贵， 开放性差，响应速度慢，精度低 。
万用表、电子示波器、信号发 生器等磁电式和电子式模拟仪 器仪表
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2. 各个时期的发展
60年代
数字式仪器
随集成电路的出现，以集成电路芯片为基础。
基本工作原理 特点
在测量过程中将模拟信号转换为 数字信号，测量结果以数字形式 显示和输出
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网络化仪器
实现过程： 可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实
时获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，对远程 仪器的功能和状态进行控制和检测，将远程仪器测得的 数据经网络迅速传递给本地计算机。
优点
可以使测试人员不受时间和空间的限制， 随时随地获取所需信息，同时还可以实现测 试设备的远距离测试与诊断，提高测试效率， 减少测试人员的工作量，方便修改、扩展。
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网络化仪器
发展方向： 网络化仪器是一种涉及多门学科、涵盖范围更
宽、应用领域更广的仪器范畴，可以做到从任何地 点、任意时间获取所需要的任何地方的测量信息。 仪器正朝着数字化、网络化和多媒体化方向发展。
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智能仪器发展前景
智能仪器是计算机科学、电子学、数字 信号处理、人工智能、VLSI等新兴技术与传 统仪器仪表技术的结合。随着专用集成电路、 个人仪器、网络技术等相关技术的发展，智 能仪器将会得到更加广泛的应用。作为智能 仪器核心部件的单片计算机技术是推动智能 仪器向小型化、多功能化、更加灵活的方向 发展的动力。可以预料，各种功能的智能仪 器将会广泛地使用在各个领域。

外部通信
输出通道 D/A
传感器
A/D
非 电 量
单片机或 DSP RAM、 EPROM I/O接口
RS232 USB
打印机
电 量
输入通道
键盘、开关、 显示器
内嵌微处理器智能仪器的基本结构 2019/3/9
智能仪器
微处理器 MPU 程序存储器 (ROM)
卡式仪器的演变
数据存储器 (RAM)
测 试 部 分
智能仪器
• 主讲人
张重雄 教授
南京理工大学电光学院
南京理工大学在职研究生河南教育中心
2019/3/9
2019年12月
教 学 内 容
第1章 概述 第2章 内嵌微处理器的智能仪器
第3章 虚拟仪器
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教学参考书
张重雄.虚拟仪器技术分析与设计
电子工业出版社
2019/3/9
第1章
概 述
2019/3/9
第1章 智能仪器概述
• 教学重点
• 智能仪器的组成结构
• 智能仪器的主要特点 • 智能仪器的发展趋势
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1.1 仪器仪表概述
1. 仪器仪表定义、作用、行业分类
仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的手段，是 一个系统或装置； 最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、 触觉等器官的功能。 仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
笔记本PCI
• 虚拟仪器：虚拟仪器是指，在以通用计算机 为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义， 具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件 来实现的一种计算机仪器系统。 虚拟仪器的特点： • 软件是虚拟仪器的核心； • 虚拟仪器的性价比高； • 具有良好的人机界面； • 具有与其它设备互联的能力。

RS232 USB
打印机
内嵌微处理器智能仪器的基本结构
2019/11/29
智能仪器
微处理器 MPU
卡式仪器的演变
程序存储器 (ROM)
数据存储器 (RAM)
测
I/O接口
试
部 A/D 分 转换器
D/A 转换器
被测量 输入 电路
模拟 执行器
2019/11/29
键盘显示接口
键盘
显示
计算机部分
标准仪用 通讯接口
将单片或多片的 微机芯片与仪器 有机地结合在一 起形成的单机。
以个人计算机(PC)为核 心的应用扩展型测量仪 器。个人计算机仪器或 称微机卡式仪器。
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传感器
非 电 量
输出通道 单片机或
D/A A/D
DSP RAM、
EPROM I/O接口
电 输入通道 量
键盘、开关、 显示器
外部通信
2019/11/29
1. 智能仪器分类
智能仪器四个层次
高级智能仪器类
兼
容
模型化智能仪器类
初级智能仪器类
趋
高级 智能
势
人工智能
模型化 系统辨识、模式识别
初级智能 计算机、信号处理
聪敏 电子、传感、测量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
201聪9/1敏1/2仪9 器类
2. 智能仪器的基本结构
其结构可有两种基本类型:
●微机内嵌式 ●微机扩展式
虚拟仪器的特点： • 软件是虚拟仪器的核心； • 虚拟仪器的性价比高； • 具有良好的人机界面； • 具有与其它设备互联的能力。
2019/11/29
虚拟示波器
2019/11/29

仪器仪表种类繁多，如测量仪器，分析仪器，生物医 疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪 表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民 经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。
2019/12/11
2019/12/11
2.仪器仪表的重要性
1）仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节、 仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一；
随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改 善测量的精确度
数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相 位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量
◆多功能化 ：一机多用
2019/12/11
1.3 推动智能仪器发展的主要技术
1）传感器技术； 2）A/D等新器件的发展将显著增强仪器的
功能与测量范围； 3）单片机与DSP的广泛应用； 4）嵌入式系统与片上系统SOC的应用； 5）ASIC、FPGA／CPLD技术； 6）LabVlEW等图形化软件技术； 7）网络与通信技术。
2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前 提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要 体现形式，科学仪器的创新是知识创新与技术创新的 组成部分；
3）仪器是信息的源头技术。
仪器仪表是：
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
2019/12/11
外部仪用 标准总线
卡式仪器将智能仪器 中的测量部分配以相应的 接口，制成各种功能的仪 器卡，插入到PC机的扩展 槽中，而原智能仪器中的 微机系统、键盘、显示器、 存贮器、电源等均借助于 PC机的资源而构成的。
卡式仪器的硬件结构
计算机
仪器卡
缺少仪器面板
2019/12/11

54 53 52 51 50 49 44 43
60 61 63 34 36 39 45 40
VCC 9
VSS 42 VSS 10
96系列单片机引脚图及功能特点 ACH0 /P0.0
ACH1 /P0.1 ACH2 /P0.2 ACH3 /P0.3 ACH4 /P0.4 ACH5 /P0.5 ACH6 /P0.6 ACH7 /P0.7
（详细）
一、国外智能化仪器、仪表发展
1．5高．度按智国能际化上制,多定功的能串和行综总合线应的用规的约智,能将仪由器两日三台 益普或遍几十。台智能仪器组成一个类似自动测试系统的 2. 复使杂用智的能微化处仪理器器。容量从 8位增加到 1 6位 ,有的 还达6．到国3 外2位智能,不化仅仪功器能有多的,而具且有测专试家速系度统和和精推确断性、 均有分大析幅、决度提策高、。优化控制功能。 3．7智．能国仪外器智、能仪仪器表拥的有改通进和信功更能新换,能代遥频控繁诊,一断种信仪 息。器的生命力长则 3～ 5年 ,短则不足 1年。 4．8单．片智微能机化采仪用器在专用国Ｉ外Ｃ发展,使的仪另器一智特能点程就度是越个来人 越高仪。器的出现。
（8086/286/386/486/586/P/PⅡ/PⅢ/P4）
1.3.1 Intel系列单片机及其发展过程简介
1976年Intel发布了8位单片机MCS-48系列。 如1同98生0产年微发型布计了算高机档的8位微单处片理机器M一C样S-，51系列。 I先n1t锋e9l。8公3司年在推单出片了机16的位研单究片和机制M造CS方-9面6也系堪列称。
年向以。2通0过%大的量速的资度料增调长查分,而析微结处果表理明器,和我国微智
型能计化算仪机器在、仪仪器表目中前的开应发用研则制以的每侧年重点3 是5%工的业 速在度线递过增程。控制仪表 ,这也是国内智能化仪器竞

全站仪的发展历程
总结词
全站仪经历了从模拟式到数字式、从非智能到智能的 发展过程，不断提高其测量精度和自动化程度。
详细描述
全站仪的发展历程可以分为三个阶段。第一阶段是模拟 式全站仪阶段，该阶段的全站仪采用模拟电路进行数据 处理，精度和稳定性较低。第二阶段是数字式全站仪阶 段，该阶段的全站仪采用数字电路进行数据处理，提高 了测量精度和稳定性。第三阶段是智能全站仪阶段，该 阶段的全站仪集成了计算机技术、通讯技术等先进技术 ，具有自动目标识别、自动跟踪、自动化数据采集和处 理等功能，大大提高了测量效率和自动化程度。
全站仪能够自动记录目标点的坐标数据，并进行实时处理。
数据格式转换
全站仪支持多种数据格式的输出，方便与其他测量软件进行数据交 换。
数据处理与传
内置处理器
全站仪内置高性能处理器，能够快速处理测量数 据。
数据传输接口
全站仪配备多种数据传输接口，如USB、蓝牙等 ，方便数据导出和传输。
数据处理软件
全站仪通常配备专业的数据处理软件，能够对测 量数据进行后处理、分析和可视化。
保养维护
定期对全站仪进行清洁、检查和保养，保证仪器处于良好工作状态，延长使用寿 命。
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全站仪技术的发展趋势
智能化全站仪
总结词
智能化全站仪具备自动识别、自动定位、自动跟踪等功能， 提高了测量效率和精度。
详细描述
智能化全站仪采用先进的传感器和算法，能够自动识别目标 ，快速定位和跟踪测量，减少了人为误差和操作时间，提高 了测量精度和效率。
THANKS
感谢观看
水库大坝施工
01
全站仪可以用于水库大坝的施工放样和监测，确保大坝施工符
合设计要求，保障大坝安全。

网络化
通过物联网、互联网等技术，实现设备之间的互 联互通和信息共享，提高设备的远程控制和数据 传输能力。
市场与应用拓展的挑战
安全性
随着智能仪器的应用范围越来越广泛，安全性问题越来越突出。设备的安全性设计和数据 的安全性保障是未来发展的重要方向。
兼容性
由于不同领域、不同行业对智能仪器的需求差异较大，因此需要提高设备的兼容性和可定 制性，满足不同用户的需求。
智能仪器设计实例ppt
xx年xx月xx日
contents
目录
• 智能仪器设计概述 • 智能仪器硬件设计 • 智能仪器软件设计 • 智能仪器应用实例 • 智能仪器发展趋势与挑战
01
智能仪器设计概述
智能仪器定义
智能仪器具有自动检测、数据处理、控制和通信等功能。
1
电源电路是智能仪器设计中的重要组成部分， 为仪器提供稳定的电源，保证其正常工作。
2
电源电路设计需要考虑输入电压、输出电压和 电流等参数，并根据实际需求选择合适的电源 芯片和电容等元件。
3
常见的电源电路设计包括线性电源和开关电源 两种，需要根据具体应用场景进行选择。
信号采集电路设计
01
信号采集电路是智能仪器设计中实现测量功能的关键部分，负责对外部信号的 采集和调理。
的自主性和智能性。
03
拓展应用领域
进一步拓展智能仪器的应用领域，包括医疗、环保、能源等领域，提
高设备的应用价值和市场竞争力。
THANKS
05
智能仪器发展趋势与挑战
技术创新与发展趋势
微型化
随着微电子技术和微加工技术的发展，智能仪器 正朝着微型化方向发展，实现更小尺寸的仪器设 备，提高便携性和使用灵活性。