检测系统的组成及其发展趋势
仪器网 · 2012-07-14 23:42 · 22193 次点击
检测系统的各个组成部分通常以信息流的过程来划分,一般由信号采集、信号处理和结果表达三部分组成(图1一3).
信号采集—传感器(变送器,换能器)是测最系统中的一种前置部件,它将输人变量转换成可供测最的电信号;
信号处理(转换)—由于传感信号一般混杂有其他干扰信号和噪声,为了提取有用信号.方便随后的处理过程,需要将信号整形、放大、滤波、线性化,或转换成数字信号等处理.这些由中间变换装置来完成;
信号的结果表达—最后将测量结果显示、记录,或提供反馈控制信号。
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传感器是一个把被测物理量转换成电盆的装置。例如.钻压传感器把油压信号或大钩钢丝绳的拉力转换为电阻参数的变化。传感器在检测系统中占有贡要的位置,它获得信号的正确与否,关系到整个检测系统的精度。如果传感器的误差很大,后续的信号转换部分再精密,也难以提高检侧系统的精度。
信号处理(转换)是对传感器送出的信号进行加工.如将电阻抗变为电压信号,将信号放大、滤波、量程变换、线性化,以及转换成数字编码信号等。经过这样的加工,使之变为一些合乎需要,便于输送、显示、记录以及可作进一步后续处理的信号。从广义上看.这也是传感器与信号处理之间的一种“接口”。在传统模拟仪器里.这些功能都由硬件电路来实现。
检测的目的是使人们了解要侧的数值大小,所以必须有显示与记录装置。口前常用的显示方式有三种:模拟显示、数字显示和图像显示。模拟显示是利用指针对标尺的相对位置来显示读数,如毫安表、毫伏表等。数字显示是用数码来显示读数,如数字电压表等。图像显示是用屏幕显示读数或者被测参数的变化曲线;对于动态过程的检测,不仅要读出信号的瞬时值,
还要了解它的变化过程.所以光有显示仪表还不够,还必须把信号送至自动记录设备,如笔录仪、计算机显示屏、打印机和绘用仪等。
上述所列检测系统各组成部分都是“功能块”的含义.在实际检测工作中,这些功能块所表达的具休内涵可能伸缩性很大。检测系统的任务是测出被测对象中人们感兴趣的某些特征性参数信号,不管中间经过多少环节的变换,在这些过程中必须不失真.也不受干扰地把所需信息通过其信号载体传送到输出端。这就要求系统本身其有不失真传输信号的能力,还耍具有在外界干扰条件下,能够提取和辨识信号中所含有用信息的能力。
检测系统在一定程度上是人类感官的某种延伸。但它比人的感官能获得更客观、更准确的且值,更宽阔的最程,更迅速的反应。随着技术进步.钻井(探)参数仪表正由过去的机械、液压仪表向数字化、模块化、钾能化、集成化和网络化方向发展;一次仪表向集成、高精度、低漂移发展;二次仪表向计算机处理、绘图成像、智能方向发展;程序软件向人机界面图符化、处理信息大型化、多功能化发展;数据传输向网络化、Interne,方向发展.现代检测系统已在传统模拟检测仪器的基础上发展为嵌人徽处理器的智能仪表、虚拟仪表和正在出现的网络检测系统。
智能仪表引人了“软件”环节.将微处理器、存储器、接口等芯片与传感器等融合在一起,形成目前应用最为广泛的智能仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等,多使用汇编语言,体积小,专用性强。它已不仅是单纯的感官延伸,而是经过对所测结果的实时处理.还能把最能反映研究对象过程本质的特征提取出来并加以识别,具有处理、存储、解析及自诊断、自校准、自适应等功能。
由于计算机技术的进步,在检测仪表领域,计算机技术与仪表相结合,形成了一种新概念—虚拟仪器。所谓虚拟仪器,是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义,具有虚拟面板,测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。这里的“虚拟”有两个必备要素:①虚拟的仪器面板;O由算法代替电子线路,软件实现仪器的测最功能。
一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插人式板卡)及驱动软件。计算机是载体,软件是核心。它充分利用计算机技术,可由用户自己设计、定义仪器的功能。虚拟仪器可在相同的硬件系统上.通过不同的软件来实现完全不同的测试功能,因此可以说“软件即仪器”。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测最系统到以软件为中心的测至系统的根本性转变。有了虚拟仪器,用户只能使用制造商提供的仪器功能的传统观念正在改变,用户自己设计、定义的范围进一步扩大;同一台虚拟仪器可在更多场合应用,用户可以完全根据自己的需求组建测皿和白动化系统。常用的虚拟仪器用开发软件有LabVIEW,LabWindows/CVI,VEE等.
目前正在出现的网络检侧系统是智能化测最(控制)技术与Internet网结合的新产物。如图1一4所示,一个科学钻井平台需要多台计算机系统来测蛋和监控钻机、泵组等设备的钻进过程参数、泥浆性能参数、井(孔)内参数、岩样分析参数等。还必须测量主设备的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅助设备的运行状态,然后进行综合处理。将各种被监测的重要参数进行数字或模拟显示,自动调整运行工况,对某些超限参数进行声、光报苦或采取紧急措施,并把所测数据自动导人数据库系统,再通过Internet网发送至各后方管理部门和机构,实现资源共享。
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