學(xué)年論文現(xiàn)代檢測系統(tǒng)

1、<p><b>　　現(xiàn)代檢測系統(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)代檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及應(yīng)用，故障檢測與診斷的方法；討論了現(xiàn)代檢測系統(tǒng)組建時，用到的各個部件；詳細(xì)論述了系統(tǒng)故障檢測部分以及用到的關(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。</p&

2、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)代檢測系統(tǒng)；故障檢測與診斷；虛擬儀器系統(tǒng) </p><p>　　對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)而言，采用各種測量與診斷系統(tǒng)對生產(chǎn)全過程進(jìn)行檢查、監(jiān)測以及故障診斷，對確保安全生產(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)的勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益是必不可少的。所謂測量與診斷系統(tǒng)就是對被測對象進(jìn)行信息的提取、信號的轉(zhuǎn)換存儲與傳輸、信號的顯示記錄和信號的分析處理，最終對被測對象

3、做出診斷的系統(tǒng)。它又可以被細(xì)分為測量系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)兩部分。測量系統(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。而檢測系統(tǒng)主要包括信息的提取、轉(zhuǎn)換、存儲、傳輸、顯示和分析處理等。</p><p>　　測量系統(tǒng)中基本特性為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。通過研究他們實現(xiàn)對測量系統(tǒng)的標(biāo)定和最終實現(xiàn)不失真測量。對于測量到得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析檢測，檢測系統(tǒng)由原先的簡單進(jìn)行信號放大、電參量轉(zhuǎn)換到現(xiàn)在的信號分析處理現(xiàn)代檢測系統(tǒng)。借助于計算機為

4、基礎(chǔ)現(xiàn)代檢測系統(tǒng)能夠真正實現(xiàn)檢測的自動化與智能化，從而決定它能在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)測量與診斷的應(yīng)用。</p><p>　　一、現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　盡管現(xiàn)代檢測系統(tǒng)所用的儀器種類繁多，用途、性能千差萬別，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。通常由各種傳感器將非電被測參量轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)信號調(diào)理（信號轉(zhuǎn)換、信號檢波、信號濾波、信號放大等）、數(shù)據(jù)采集、信號處理

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)備便組成了一個完整的檢測系統(tǒng)，其各部分關(guān)系如圖0-1所示[2]。</p><p>　　圖0-1　現(xiàn)代檢測系統(tǒng)一般構(gòu)成</p><p><b>　　1、傳感器</b></p><p>　　傳感器是檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對象關(guān)系最密切的部分。傳感器負(fù)責(zé)把被測量作為信號提取出來

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

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>　?。?）靈敏度 即要求被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號；</p><p>　　就具體應(yīng)用而言又可以根據(jù)檢測對象的特點來

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、信號調(diào)理</b></p><p>　　信號調(diào)理是指對檢出的信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治鎏幚怼＿M(jìn)行調(diào)理時，重要的是考慮原始信號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。信號調(diào)理的任務(wù)是是針對傳感器輸出的特點及其非理想情況進(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、來完成，但由電路完成居多。完成信號變換的電路就稱為信號調(diào)理電路。信號變換的任務(wù)是多種多樣的，例如，傳感器的輸出阻抗很高時，調(diào)理電路進(jìn)行阻抗變換；傳感器輸出的信號微弱時，調(diào)理電路就進(jìn)行信號的放大；信號淹沒在噪聲中時，調(diào)理電路進(jìn)行抑制噪聲的處理等等。對信號調(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；</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)）在檢測系統(tǒng)中的作用是對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的一系列數(shù)值信息，同時以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時傳遞給微處理器或依次自動存儲。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常以各類模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換器為核心，輔以模擬多路開關(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>　?。?）輸入模擬電壓信號范圍，單位　V；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換速度（率），單位　次／s；</p><p>　　（3）分辨率，通常以模擬信號輸入為滿度時的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來表征；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換誤差，通常指實際轉(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、信號處理</b></p><p>　　信號處理部分現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中不斷被注入新內(nèi)容的一個部分，并越來越成為檢測系統(tǒng)的研究中心。它是檢測系統(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似。常規(guī)的檢測只是將傳感器獲得的信號進(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)代檢測系統(tǒng)通過以各種型號的單片機、微處理器為核心來構(gòu)建，對高頻信

13、號和復(fù)雜信號的處理有時需增加數(shù)據(jù)傳輸和運算速度快、處理精度高的專用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）或直接采用工業(yè)控制計算機，使得現(xiàn)代檢測系統(tǒng)具有強大的問題解析能力，且使復(fù)雜系統(tǒng)的實時控制成為可能。</p><p>　　隨著計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代檢測系統(tǒng)在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中的地位更趨重要。通過信息論、系統(tǒng)論、控制論、預(yù)測論、故障檢測、小波變換等現(xiàn)代理論應(yīng)用，信號處理使得現(xiàn)代檢測系統(tǒng)能解決過去無法解決的問題，

14、真正實現(xiàn)檢測的自動化與智能化。</p><p><b>　　5、信號顯示</b></p><p>　　通常人們都希望及時知道被測參量的瞬時值、累積值或其隨時間的變化情況，因此，各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計算出被測參量的當(dāng)前值后通常均需送至各自的顯示器作實時顯示。顯示器是檢測系統(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）指示式顯示又稱模擬式顯示。被測參量數(shù)值大小由光指示器或指針在標(biāo)尺上的相對位置來表示。用有形的指針位移模擬無形的被測量是較方便、直觀的。指示式儀表有動圈式和動磁式等多種形式，但均有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、顯示直觀的特點，在檢測精度要求不高的單參量測量顯示場合應(yīng)用較多。指針式儀表存在指針驅(qū)動誤差和標(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，站位不當(dāng)就會引入主觀

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)動誤差，能有效地克服讀數(shù)的主觀誤差，（相對指示式儀表）可提高顯示和讀數(shù)的精度，還能方便地與計算機連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)正越來越多地采用數(shù)字式顯示方式。</p><p>　?。?）屏幕顯示實際上是一種類似電視顯示方法，具有形象性和易于讀數(shù)的

17、優(yōu)點，又能同時在同一屏幕上顯示一個被測量或多個被測量的（大量數(shù)據(jù)式）變化曲線，有利于對它們進(jìn)行比較、分析。屏幕顯示器一般體積較大，價格與普通指示式顯示和數(shù)字式顯示相比要高得多，其顯示通常需由計算機控制，對環(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)境條件較好的場合使用較多。</p><p><b>　　6、信號輸出</b></p><p>　　在許多情況下

18、，檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計算出被測參量的瞬時值后除送顯示器進(jìn)行實時顯示外，通常還需把測量值及時傳送給控制計算機、可編程控制器（PLC）或其他執(zhí)行器、打印機、記錄儀等，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)打印（記錄）輸出。檢測儀表和檢測系統(tǒng)的信號輸出通常有4～20 mA的電流信號，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換和放大后的模擬電壓、開關(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儀表或檢測系統(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、撥碼盤、條碼閱讀器等。近年來，隨著工業(yè)自動化、辦公自動化和信息化程度的不斷提高，通過網(wǎng)絡(luò)或各種通信總線利用其他計算機或數(shù)字化智能終端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息和數(shù)據(jù)輸入的方式愈來愈普遍。最簡單的輸入設(shè)備是各種開關(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>　　一個檢測儀表或檢測系統(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。這類電源在檢測系統(tǒng)使用現(xiàn)場一般無法直接提供，通常只能提供交流220 V工頻電源或+24 V直流電源。檢測系統(tǒng)的設(shè)計者需要根據(jù)使用現(xiàn)場的供電電源情況及檢測系統(tǒng)

21、內(nèi)部電路的實際需要，統(tǒng)一設(shè)計各組穩(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，以上七個部分不是所有的檢測系統(tǒng)都具備的，而且對有些簡單的檢測系統(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)代檢測技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代檢測技術(shù)在當(dāng)今社會的各個行業(yè)中,起著舉足

22、輕重的作用。無論科學(xué)研究、產(chǎn)品質(zhì)量及自動控制都需要檢測。例如現(xiàn)代檢測技術(shù)的一個主要發(fā)展方向光電檢測技術(shù)，它由于具有測量精度高、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化程度高等突出特點而廣泛應(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)，通過對被檢測物體的光輻射，經(jīng)光電檢測器接受光輻射并轉(zhuǎn)換為電信號，由輸入電路、放大濾波等檢測電路提取有用信息，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口輸入計算機運算處理，最后顯示輸出所需要的檢測物理量等參數(shù)。</p><p>　　這個系統(tǒng)能夠有效的擴展人類的視覺功能，使視覺的長波延伸到亞毫米波，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)字體溫計中接觸式

24、——熱敏電阻，非接觸式有紅外傳感器；電子血壓計的血壓檢測的壓力傳感器；血糖測試儀、膽固醇檢測儀的離子傳感器等。</p><p>　　其他還有如在工業(yè)領(lǐng)域方面的在線檢測如零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位；汽車傳感器中如汽車電子控制系統(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。在國防和軍事應(yīng)用方面的夜視瞄準(zhǔn)機系統(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)碼相機的自動對焦；空調(diào)、冰箱、電飯煲的溫度檢測；自動感應(yīng)燈的亮度檢測等。</p><p>　　總之隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及復(fù)雜自動控制系統(tǒng)和信息處理與技術(shù)的提高，現(xiàn)代檢測技術(shù)將朝著檢測結(jié)果高精度、系統(tǒng)智能化、檢測結(jié)果數(shù)字化、檢測功能多元化、檢測器件微型化、檢測系統(tǒng)自動化的放向發(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)樂觀。</p><p><b>　　三、故障檢測與診斷</b></p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的不斷提高，自動化系統(tǒng)的復(fù)雜性以及規(guī)模日益擴大，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化系統(tǒng)的可靠性、可維修性和安全性，因而故障檢測與診斷也就成為了現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的主要任務(wù)與應(yīng)用之一。故障檢測與診斷技術(shù)是不

27、斷檢測系統(tǒng)的變化和故障信息，采取相應(yīng)的措施來重構(gòu)系統(tǒng)，確保工業(yè)生產(chǎn)過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)的故障檢測與診斷方法主要完成四個任務(wù)：第一個任務(wù)稱為故障檢測，第二個任務(wù)稱為故障定位或故障分離，第三個任務(wù)稱為故障評價，第四個任務(wù)稱為故障決策。后面三者統(tǒng)稱為故障診斷。常用的故障檢測與診斷方法主要分為三大類：基于解析模型的方法、基于知識的方法、基于信號處理的方法。其中，小波分

28、析法屬于信號處理法，它對信號分析更能起到"顯微鏡"的作用，是很有價值的故障檢測工具；用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來檢測和診斷故障則屬于基于知識的方法，可用于優(yōu)良與合格工況的劃分；專家規(guī)則法及故障樹法均也屬于最后知識的方法，其所需的計算工作量小，在線實時檢測診斷容易實現(xiàn)?？偟膩碚f，后面一類方法快捷簡單，適合于面上普查，也可用于優(yōu)良與合格工況的劃分：前面兩大類方法計算量大，但準(zhǔn)確度高，適合于專案診斷。</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、種類復(fù)雜僅僅依靠人工查找或維修人員的經(jīng)驗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)能力來反映系統(tǒng)故障輸出特征和故障類型之間的映射關(guān)系，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組和頻譜分析相結(jié)合的方法對電力系統(tǒng)電子電路故障進(jìn)行診斷。同時提出了將故障根據(jù)其危害程度和發(fā)生的頻率劃

30、分輕重等級的思想，對那些危害程度大、發(fā)生頻率高的故障重點對待，使得這些故障能夠被及時準(zhǔn)確無誤地檢測出來；對其他危害小、發(fā)生頻率低的故障也最大程度檢測出來，從而達(dá)到對系統(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系統(tǒng)可以采用專家系統(tǒng)來設(shè)計制作。系統(tǒng)工程師通過對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，建立診斷知識網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)這一網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑診斷專家

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算機/微處理器作控制器通過測試軟件完成對性能數(shù)據(jù)的采集、變換、處理、顯示/告警等操作程序，從而達(dá)到對系統(tǒng)性能的檢測和故障診斷的目的。它的系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖0-3所示[5]：</p><p>　　圖0-3檢測診斷系統(tǒng)基本構(gòu)成</p&

32、gt;<p>　　圖中表明當(dāng)前的檢測診斷系統(tǒng)中，通常包含以下幾個部分：</p><p><b>　　1、控制器</b></p><p>　　控制器是檢測診斷系統(tǒng)的核心，它由計算機構(gòu)成。其功能是管理檢測周期，控制數(shù)據(jù)流向，接收檢測結(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，并將檢測結(jié)果送到顯示設(shè)備?？刂破魇窃跈z測程序的作用下，對檢測周期內(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、激勵信號源</b></p><p>　　激勵信號源是主動式檢測診斷系統(tǒng)必不可少的組成部分．其功能是向被測單元提供檢測所需的激勵使號。根據(jù)各種被測單元的不同要求，激勵裝置的形式也不同，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、測量儀器</b></p><p>　　測量儀器的功能是檢測被測單元的輸出信號．根據(jù)檢測的不同要求，測量儀器的形式也不同，如數(shù)字式多用表，頻率計，A／D變換器及其它類型的檢測儀器等。</p><p><b>　　4、開關(guān)系統(tǒng)</b></p><p>　　開關(guān)系統(tǒng)的功能是控制被測單元和檢測診斷系統(tǒng)中有關(guān)部件間的信號通道。即

35、控制激勵信號輸入被測單元，和被測單元的被測信號輸往測量裝置的信號通道。</p><p><b>　　5、適配器</b></p><p>　　適配器的功能是實現(xiàn)被測單元與檢測系統(tǒng)之間的信號連接。</p><p><b>　　6、人機接口</b></p><p>　　人機接口的功能是實現(xiàn)操作員和控制器的

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

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

38、行,在對成千上百數(shù)據(jù)進(jìn)行測試時,其測試速度要比人工測試快50～150倍,隨著計算機及測試儀器的發(fā)展,測試速度還將進(jìn)一步提高。(2) 在現(xiàn)代檢測系統(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。因為輸入信息是由系統(tǒng)自身提供的，而檢測診斷系統(tǒng)一個很重要的特性就是測試結(jié)果精度高。這是因為系統(tǒng)可以自動調(diào)整自己的工作狀態(tài)到最佳;并可以隨時修正測量誤差;另外,其測試速度快,不易受環(huán)境變化影響。（3）進(jìn)行故障診斷時可以獲得各種各樣的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代檢測

39、系統(tǒng)所能給出的不僅僅是結(jié)果數(shù)據(jù),還可以是過程中任何時間點數(shù)據(jù),甚至于非實際數(shù)據(jù),因為它是在計算機控制與參與下得到測試數(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瓶頸問題：故障診斷平臺與自動測試平臺通過數(shù)據(jù)接口直接相連,每一次測試也是一</p><p>　　四、故障檢測與診斷的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　由于現(xiàn)代微電

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

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

42、t;b>　　虛擬儀器技術(shù)</b></p><p>　　虛擬儀器是計算機技術(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，因而得以實現(xiàn)并擴充傳統(tǒng)儀器的功能。</p><p><b>　　現(xiàn)場故障

43、檢測技術(shù)</b></p><p>　　現(xiàn)代機載設(shè)備的發(fā)展趨勢是微處理器和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用日益普遍，現(xiàn)場故障檢測也就越加顯得重要。為了便于現(xiàn)場維修，正在開發(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)場故障檢測技術(shù)。例如，采用“特征分析技術(shù)”，在電路圖的有關(guān)節(jié)點，標(biāo)明“特征”，由設(shè)備本身產(chǎn)生激勵，用一種簡單的、無源的檢測儀器—特征分析儀，就能迅速地在現(xiàn)場找出故障，定位到元器件，從而大大地簡化

44、了維修現(xiàn)場的故障診斷，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)儀器相比具有開發(fā)維護(hù)費用低、技術(shù)更新周期短、可重用性可配置性強、易與其他設(shè)備通訊等優(yōu)點。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算機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件相結(jié)合，完成檢測任務(wù)，充分利用了計算機的總線、機箱、電源及軟件。典型插卡型虛擬儀器由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機四部分組成。多層電路板、可編程儀器放

46、大器、即插即用、系統(tǒng)定時控制器、多數(shù)據(jù)采集板、實時系統(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)使電子測量由獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動檢測系統(tǒng)發(fā)展。典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、

47、一塊GPIB接口卡和若干臺GPIB形式的儀器通過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臺的儀器，電纜長度可達(dá)20米。GPIB技術(shù)可用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很方便地把多臺儀器組合起來，形成大的自動檢測系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，造價較低，主要應(yīng)用于臺式儀器市場。適用于精確度要求高，但對計算機速率要求不高的場合。</p><p><b&

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

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

50、行采集,然后將信號送往主機,在相應(yīng)軟件支持下,通過鍵盤操作完成各種參數(shù)設(shè)置和性能檢測，檢測結(jié)果由屏幕顯示。它由兩大部分組成：硬件平臺和軟件系統(tǒng)。硬件平臺包括傳感器、信號調(diào)理模塊、PC計算機和數(shù)據(jù)采集卡, 在計算機控制下完成數(shù)據(jù)采集與控制任務(wù)。軟件部分則利用 LabVIEW來實現(xiàn)信號的分析、處理、監(jiān)測報警、結(jié)果的表達(dá)輸出[7]。</p><p><b>　　六、結(jié)束語</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。這也使得檢測與診斷系統(tǒng)必然朝著自動化智能化的方向發(fā)展。相信在未來社會里，隨著信息檢測與處理技術(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