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1、第十三章第十三章 传感器在现代传感器在现代 检测系统中的应用检测系统中的应用 本章学习本章学习传感器在现代检测系统中传感器在现代检测系统中的综合应用的综合应用，以及以及如何组成测控系统如何组成测控系统，对对现代检测系统现代检测系统、计算机接口计算机接口、虚拟仪虚拟仪器器等在检测系统中的应用作了介绍等在检测系统中的应用作了介绍。并并简单介绍简单介绍检测系统中常用的硬件检测系统中常用的硬件。 传感器在控制系统中的综合应用传感器在控制系统中的综合应用举例举例 一个现代化火力发电厂需要一个现代化火力发电厂需要多台计算机联网多台计算机联网，来来 快速地测量快速地测量锅炉锅炉、汽轮机汽轮机、发电机上许多重
2、要部位的发电机上许多重要部位的 温度温度、压力压力、流量流量、液位液位、燃烧状况燃烧状况、转速转速、振动振动、 位移位移、应力等应力等热工热工、机械参数机械参数，还必须测量发电机的还必须测量发电机的 电压电压、电流电流、功率功率、功率因数功率因数以及各种辅机的运行状以及各种辅机的运行状 态态，然后进行综合处理然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行将各被监测的重要参数进行 数字或模拟显示数字或模拟显示，自动自动调整运行工况调整运行工况，对某些超限参对某些超限参 数进行数进行声光报警声光报警或采取紧急措施或采取紧急措施。在上述这个系统在上述这个系统 中中，需要数百个不同的传感器将各种机械需要数
3、百个不同的传感器将各种机械、热工量转热工量转 换成电量换成电量，供计算机采样和运算供计算机采样和运算。 现代化火力发电厂及其控制系统现代化火力发电厂及其控制系统 火力发电厂火力发电厂 控制室控制室 火力发电厂机组火力发电厂机组 汽轮机汽轮机 发电机发电机 励磁机励磁机 第一节第一节 现代检测系统的基本结构现代检测系统的基本结构 现代检测系统可分为三种基本结构体系现代检测系统可分为三种基本结构体系： 1 1. .智能仪器智能仪器 2 2. .个人仪器个人仪器 3 3. .自动测试系统自动测试系统 1 1. .智能仪器智能仪器：将诸如微处理器将诸如微处理器、存储器存储器、 接口等芯片与传感器融合在
4、一起接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能可组成智能 仪器仪器。它有它有专用的小键盘专用的小键盘、开关开关、按键及显示按键及显示 屏屏等等，多使用汇编语言多使用汇编语言，体积小体积小，专用性强专用性强。 智能仪器的芯片及模块智能仪器的芯片及模块 51系列单片机芯片系列单片机芯片 2015/12/6 Sunday 6 51系列单片机数据采集模块系列单片机数据采集模块 2015/12/6 Sunday 7 各种智能仪器各种智能仪器 最低最低 温度温度 最高最高 温度温度 手持式频谱仪和手持式频谱仪和 示波器示波器 2 2. .个人仪器个人仪器 个人仪器又称个人仪器又称个人计算机仪器系统个人计算机
5、仪器系统。 它是以个人计算机它是以个人计算机（必须必须符合工控要求符合工控要求） 配以适当的硬件电路与传感器组合而成的配以适当的硬件电路与传感器组合而成的 检测系统检测系统。 组装个人仪器时组装个人仪器时，将传感器信号传送到将传感器信号传送到 相应的接口板相应的接口板（或接口盒或接口盒）中中，再再将接口板将接口板 插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的USB 插头插入计算机相应的插座上插头插入计算机相应的插座上，编写相应的编写相应的 软件就可以完成自动检测功能软件就可以完成自动检测功能。 一体化工作站一体化工作站 平板式平板式工作站工作站 （带触摸屏带触摸屏） 军
6、用便携式军用便携式工作站工作站 2015/12/6 Sunday 10 一体化工作站一体化工作站（续续） 工业计算机工业计算机（工控机工控机）机箱机箱 工控机的工控机的抗电磁干扰能力抗电磁干扰能力、防振防振、防潮防潮、防尘能防尘能 力均较强力均较强，有较多的扩展槽有较多的扩展槽，它的它的电源系统有较好的电源系统有较好的 抗电磁干扰能力抗电磁干扰能力。虽然工控机的虽然工控机的价格比个人电脑贵价格比个人电脑贵， 但但可靠性强可靠性强得多得多，性能价格比高性能价格比高，适合在工业现场适合在工业现场条条 件较恶劣的场合使用件较恶劣的场合使用。 2015/12/6 Sunday 12 工业级底板工业级底
7、板（参考研祥智能科技有限公司资料参考研祥智能科技有限公司资料） 底板上的扩展槽用于底板上的扩展槽用于 插接各种插接各种数据采集卡数据采集卡 PCI扩展槽扩展槽 ISA扩展槽扩展槽 各种数据采集卡各种数据采集卡 ISA数据采集卡数据采集卡 ISA数据采集卡的插脚间隔为数据采集卡的插脚间隔为2.54mm（0.1英寸英寸） 2015/12/6 Sunday 14 各种数据各种数据 采集卡采集卡（续续） PCI数据采集数据采集 传输卡传输卡 2015/12/6 Sunday 15 ISA槽与槽与PCI槽的槽的外形区别外形区别 ISA槽槽 PCI槽槽 将功能卡插到将功能卡插到 ISA槽中槽中 功能卡的镀
8、金脚功能卡的镀金脚 端子板与功能卡的连接端子板与功能卡的连接 端子板作为功能卡的扩展附件端子板作为功能卡的扩展附件， 用于连接传感器信号用于连接传感器信号 光耦光耦 25芯排线芯排线 数据锁存器数据锁存器 去去计算机计算机ISA槽槽 传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子 端子板与功能卡的连接端子板与功能卡的连接 37芯排线芯排线 端子板端子板 PCI数据采集数据采集、 控制卡控制卡 传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子 输出信号接线端子输出信号接线端子 去去计算机计算机PCI槽槽 2015/12/6 Sunday 18 其他端子扩展板其他端子扩展板 34芯排线芯排线插座插座 37芯排线
9、芯排线插座插座 USB 数据采集系统卡数据采集系统卡（盒盒） USB数据采集电缆 数据数据 接线端子接线端子 2015/12/6 Sunday 20 数据采集便携式工控整机数据采集便携式工控整机 2015/12/6 Sunday 21 笔记本电脑数据笔记本电脑数据 采集整机采集整机 信号从信号从USB 端口输入端口输入 笔记本电脑数据采集笔记本电脑数据采集 USB接口盒接口盒 及信号电缆及信号电缆 利用利用USB扩展分线器可扩展分线器可 配接多个配接多个接口盒接口盒 信号输入信号输入 USB接口卡及接口卡及USB电缆电缆 2015/12/6 Sunday 24 嵌入式计算机数据采集系统嵌入式计
10、算机数据采集系统 传感器信号采集卡可多层叠合传感器信号采集卡可多层叠合，插入到插入到 嵌入式计算机的总线接口中嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数就可以构成数 据采集系统据采集系统。 2015/12/6 Sunday 25 各种嵌入式计算机数据采集卡各种嵌入式计算机数据采集卡 自动测试系统自动测试系统 自动测试系统是自动测试系统是以工控机为核心以工控机为核心，以以标标 准接口总线为基础准接口总线为基础，以以可程控的多台智能仪器可程控的多台智能仪器 为下位机为下位机组合而成的一种现代检测系统组合而成的一种现代检测系统。一个一个 自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其自动测试系统还可以通过各种
11、标准总线成为其 它级别更高的自动测试系统的子系统它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自许多自 动测试系统还可以动测试系统还可以作为服务器工作站加入到作为服务器工作站加入到 Internet网络中网络中，成为网络化测试子系统成为网络化测试子系统，从从 而而实现远程监测实现远程监测、远程控制远程控制、远程实时调试远程实时调试 等等。 2015/12/6 Sunday 27 网络化仪表示意图网络化仪表示意图 工业总线工业总线 2015/12/6 Sunday 28 网络化仪表网络化仪表 工业总线工业总线 局域网局域网 2015/12/6 Sunday 29 钢厂自动化监控系统实例钢厂自动化监控系统
12、实例 2015/12/6 Sunday 30 粮食温湿度测控系统实例粮食温湿度测控系统实例 上位机上位机（内插内插CANCAN通信卡通信卡） 温度分线器温度分线器 CANCAN总线总线 通风机械通风机械 测湿测湿探头探头 测温电缆测温电缆 智能分机智能分机 通风控制器通风控制器 湿度分线器湿度分线器 带计算机的检测系统简介带计算机的检测系统简介 一一、带计算机的检测系统的带计算机的检测系统的 特点及功能特点及功能 1 1. .性能价格比高性能价格比高； 2 2. .设计灵活性高设计灵活性高； 3 3. .操作方便操作方便； 4 4. .有强大的运算功能有强大的运算功能； 5 5. .具有记忆功
13、能具有记忆功能； 6 6. .有自校准功能有自校准功能； 7 7. .能进行自动故障诊断能进行自动故障诊断。 二二、带计算机的检测系统的工作流程带计算机的检测系统的工作流程 巡回检测概念巡回检测概念: : 计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译 码器写入准备采样的码器写入准备采样的传感器地址传感器地址，由译码器由译码器接通该接通该 地址对应的采样开关地址对应的采样开关，所要采样的信号被所要采样的信号被连接到放连接到放 大器大器，放大后的信号放大后的信号经经A/D转换器转换成数字量转换器转换成数字量， 计算机计算机通过数据总线接受该数字信号通过数据总线接
14、受该数字信号。 一个采样点采样结束后一个采样点采样结束后，计算机转而计算机转而发送第二发送第二 个采样地址个采样地址，对第二个传感器采样对第二个传感器采样，直至全部被测直至全部被测 点均被采样完毕为止点均被采样完毕为止。计算机计算机不可能在同一时刻读不可能在同一时刻读 取所有传感器来的信号取所有传感器来的信号，而是而是分时但快速地轮流读分时但快速地轮流读 取所有的被测量取所有的被测量，这种采样方式称为这种采样方式称为“巡回检测巡回检测”。 2015/12/6 Sunday 33 8通道巡回检测数据采集器通道巡回检测数据采集器 8个个传感器信号传感器信号 输入端口输入端口 简易数字滤波技术概念简
15、易数字滤波技术概念 在工业中经常采用如下软件抗干扰技术在工业中经常采用如下软件抗干扰技术： 对存在干扰和随机误差的信号进行等精度对存在干扰和随机误差的信号进行等精度快速多次采样快速多次采样，然后然后先舍去不稳定的第一个采先舍去不稳定的第一个采样值样值，再舍去若干个最大值和最小值再舍去若干个最大值和最小值，将将余下余下的几个中间值求算术平均值的几个中间值求算术平均值，该算术平均值可该算术平均值可以认为是排除了干扰后的较正确的结果以认为是排除了干扰后的较正确的结果，这种这种方法有时也被称为方法有时也被称为简易数字滤波简易数字滤波。 三三、系统中的几种重要部件系统中的几种重要部件 1 1. .采样开关采样开关 1 1) )干簧继电器干簧继电器：干簧继电器主要由干簧继电器主要由驱动线驱动线 圈圈和和干簧管干簧管组成组成，驱动线圈绕在干簧管外面驱动线圈绕在干簧管外面。当当 线圈通以额定电流后线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧干簧管中的两根常开弹簧 片互相吸引而吸合片互相吸引而吸合。它的它的耐压较高耐压较高，额定电流较额定电流较 大大，导通电阻接近零导通电阻接近零。耗电较大耗电
