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1、5. 5. 检测领域新技术简介检测领域新技术简介检测领域新技术简介检测领域新技术简介5.1 5.1 概述概述概述概述 检测领域新技术主要是在微处理器、计算机的硬件、检测领域新技术主要是在微处理器、计算机的硬件、检测领域新技术主要是在微处理器、计算机的硬件、检测领域新技术主要是在微处理器、计算机的硬件、软件基础上，充分利用适当的数学工具、人工智能、参软件基础上，充分利用适当的数学工具、人工智能、参软件基础上，充分利用适当的数学工具、人工智能、参软件基础上，充分利用适当的数学工具、人工智能、参数或状态的估计、识别技术而发展起来，有针对性地解数或状态的估计、识别技术而发展起来，有针对性地解数或状态的
2、估计、识别技术而发展起来，有针对性地解数或状态的估计、识别技术而发展起来，有针对性地解决一些原来难以解决的问题。决一些原来难以解决的问题。决一些原来难以解决的问题。决一些原来难以解决的问题。新技术新技术新技术新技术软测量技术、软测量技术、虚拟仪器技术、虚拟仪器技术、模糊传感器技术模糊传感器技术多传感器数据融合技术。多传感器数据融合技术。智能检测技术、智能检测技术、2021/6/162021/6/161 1技术基础技术基础技术基础技术基础l l硬件基础：硬件基础：硬件基础：硬件基础： 新材料、新传感器件的开发。新材料、新传感器件的开发。新材料、新传感器件的开发。新材料、新传感器件的开发。 精密机
3、械、微电子技术的发展。精密机械、微电子技术的发展。精密机械、微电子技术的发展。精密机械、微电子技术的发展。 l l基础理论和技术：基础理论和技术：基础理论和技术：基础理论和技术： 应用物理、应用化学、材料科学、生物科学领域的基本应用物理、应用化学、材料科学、生物科学领域的基本应用物理、应用化学、材料科学、生物科学领域的基本应用物理、应用化学、材料科学、生物科学领域的基本理论及科研成果；理论及科研成果；理论及科研成果；理论及科研成果；l l软件基础：软件基础：软件基础：软件基础： 包括微处理器系统在内的微电子技术、通信技术、数据包括微处理器系统在内的微电子技术、通信技术、数据包括微处理器系统在内
4、的微电子技术、通信技术、数据包括微处理器系统在内的微电子技术、通信技术、数据处理技术、计算机软件技术、参数估计和识别技术，数处理技术、计算机软件技术、参数估计和识别技术，数处理技术、计算机软件技术、参数估计和识别技术，数处理技术、计算机软件技术、参数估计和识别技术，数据融合技术。据融合技术。据融合技术。据融合技术。应用方法：应用方法：应用方法：应用方法： 基于测量机理或模型辨识的传感器模型的求取；基于测量机理或模型辨识的传感器模型的求取；基于测量机理或模型辨识的传感器模型的求取；基于测量机理或模型辨识的传感器模型的求取； 测量公式、神经元网络，或知识库形式的表达。测量公式、神经元网络，或知识库
5、形式的表达。测量公式、神经元网络，或知识库形式的表达。测量公式、神经元网络，或知识库形式的表达。 基于信号（数据）分析与处理的参数预估和识别。基于信号（数据）分析与处理的参数预估和识别。基于信号（数据）分析与处理的参数预估和识别。基于信号（数据）分析与处理的参数预估和识别。 2021/6/162021/6/162 2构成特点：构成特点：构成特点：构成特点： 2021/6/162021/6/163 35.2 5.2 软测量技术软测量技术软测量技术软测量技术 8080年代末期明确提出软测量的概念，年代末期明确提出软测量的概念，年代末期明确提出软测量的概念，年代末期明确提出软测量的概念， 依据对易测
6、变量的测量及易测变量与被测变量（主导变依据对易测变量的测量及易测变量与被测变量（主导变依据对易测变量的测量及易测变量与被测变量（主导变依据对易测变量的测量及易测变量与被测变量（主导变量）间的数学关系（软测量模型），利用数学计算和估量）间的数学关系（软测量模型），利用数学计算和估量）间的数学关系（软测量模型），利用数学计算和估量）间的数学关系（软测量模型），利用数学计算和估计技术实现对待测变量测量的技术。计技术实现对待测变量测量的技术。计技术实现对待测变量测量的技术。计技术实现对待测变量测量的技术。特点：特点：特点：特点：基于多传感器之上，基于多传感器之上，基于多传感器之上，基于多传感器之上，存
7、在大量数据处理，存在大量数据处理，存在大量数据处理，存在大量数据处理，适用于工程应用中对象特性及环境变化影响较大适用于工程应用中对象特性及环境变化影响较大适用于工程应用中对象特性及环境变化影响较大适用于工程应用中对象特性及环境变化影响较大的参数的工程测量。的参数的工程测量。的参数的工程测量。的参数的工程测量。易于实现，在通用性、灵活性及成本等方面具有易于实现，在通用性、灵活性及成本等方面具有易于实现，在通用性、灵活性及成本等方面具有易于实现，在通用性、灵活性及成本等方面具有优势。优势。优势。优势。2021/6/162021/6/164 45.2.1 5.2.1 软测量技术方法软测量技术方法软测
8、量技术方法软测量技术方法 1 1）系统框图）系统框图）系统框图）系统框图 辅助变量的选择；数据采集及处理；辅助变量的选择；数据采集及处理；辅助变量的选择；数据采集及处理；辅助变量的选择；数据采集及处理；软测量模型的建立；模型校正软测量模型的建立；模型校正软测量模型的建立；模型校正软测量模型的建立；模型校正 关键步骤：关键步骤：2021/6/162021/6/165 52 2）辅助变量的选择）辅助变量的选择）辅助变量的选择）辅助变量的选择 要点：变量类型，数量，测点位置要点：变量类型，数量，测点位置要点：变量类型，数量，测点位置要点：变量类型，数量，测点位置 选取基础：选取基础：选取基础：选取基
9、础： 基于对对象的机理分析和实际工况的了解。基于对对象的机理分析和实际工况的了解。基于对对象的机理分析和实际工况的了解。基于对对象的机理分析和实际工况的了解。 考虑事项：可行性、可靠性、易维护性、经济性等考虑事项：可行性、可靠性、易维护性、经济性等考虑事项：可行性、可靠性、易维护性、经济性等考虑事项：可行性、可靠性、易维护性、经济性等基本原则：基本原则：基本原则：基本原则：a. a. 适用性，工程上易于在线获取并有一定的测量精度。适用性，工程上易于在线获取并有一定的测量精度。适用性，工程上易于在线获取并有一定的测量精度。适用性，工程上易于在线获取并有一定的测量精度。b. b. 灵敏性，对对象输
10、出灵敏性，对对象输出灵敏性，对对象输出灵敏性，对对象输出( (被测变量被测变量被测变量被测变量) )或不可测扰动能作出快或不可测扰动能作出快或不可测扰动能作出快或不可测扰动能作出快速反应。速反应。速反应。速反应。c. c. 特异性，对对象输出特异性，对对象输出特异性，对对象输出特异性，对对象输出( (被测变量被测变量被测变量被测变量) )或不可测扰动之外的干或不可测扰动之外的干或不可测扰动之外的干或不可测扰动之外的干扰不敏感。扰不敏感。扰不敏感。扰不敏感。d. d. 准确性，构成的软仪表应能够满足准确度要求。准确性，构成的软仪表应能够满足准确度要求。准确性，构成的软仪表应能够满足准确度要求。准
11、确性，构成的软仪表应能够满足准确度要求。e. e. 鲁棒性，对模型误差不敏感。鲁棒性，对模型误差不敏感。鲁棒性，对模型误差不敏感。鲁棒性，对模型误差不敏感。2021/6/162021/6/166 6 辅助变量数量：辅助变量数量：辅助变量数量：辅助变量数量：下限值：被估计主导变量的个数；下限值：被估计主导变量的个数；下限值：被估计主导变量的个数；下限值：被估计主导变量的个数；上限值：系统能可靠在线获取的变量总数。上限值：系统能可靠在线获取的变量总数。上限值：系统能可靠在线获取的变量总数。上限值：系统能可靠在线获取的变量总数。相关影响因素：相关影响因素：相关影响因素：相关影响因素： 自由度、测量噪
12、声、模型不确定性自由度、测量噪声、模型不确定性自由度、测量噪声、模型不确定性自由度、测量噪声、模型不确定性 自由度自由度自由度自由度: :独立变量数独立变量数独立变量数独立变量数 过程工业过程工业过程工业过程工业: : F = C P + 2F = C P + 2 F F：自由度，：自由度，：自由度，：自由度， C C：组分数，：组分数，：组分数，：组分数， P P：相数：相数：相数：相数数量确定方法：数量确定方法：数量确定方法：数量确定方法： 一般建议从系统的自由度出发，确定辅助变量的最一般建议从系统的自由度出发，确定辅助变量的最一般建议从系统的自由度出发，确定辅助变量的最一般建议从系统的自
13、由度出发，确定辅助变量的最小个数，并结合实际对象的特点适当增加辅助变量小个数，并结合实际对象的特点适当增加辅助变量小个数，并结合实际对象的特点适当增加辅助变量小个数，并结合实际对象的特点适当增加辅助变量个数，以便更好地处理动态特性等问题。个数，以便更好地处理动态特性等问题。个数，以便更好地处理动态特性等问题。个数，以便更好地处理动态特性等问题。 2021/6/162021/6/167 7 检测点：检测点：检测点：检测点： 应根据主导变量的测量要求，选择具有强影响力的参应根据主导变量的测量要求，选择具有强影响力的参应根据主导变量的测量要求，选择具有强影响力的参应根据主导变量的测量要求，选择具有强
14、影响力的参数点作为检测点。数点作为检测点。数点作为检测点。数点作为检测点。 一般情况下，变量数目的选择准则也往往应用于检测一般情况下，变量数目的选择准则也往往应用于检测一般情况下，变量数目的选择准则也往往应用于检测一般情况下，变量数目的选择准则也往往应用于检测点位置的选择。点位置的选择。点位置的选择。点位置的选择。 辅助变量的数目和位置通常是同时确定的。辅助变量的数目和位置通常是同时确定的。辅助变量的数目和位置通常是同时确定的。辅助变量的数目和位置通常是同时确定的。2021/6/162021/6/168 83 3）测量数据处理）测量数据处理）测量数据处理）测量数据处理 软测量结果的可靠性在很大
15、程度上依赖于测量数据的准确软测量结果的可靠性在很大程度上依赖于测量数据的准确软测量结果的可靠性在很大程度上依赖于测量数据的准确软测量结果的可靠性在很大程度上依赖于测量数据的准确性和有效性，因此，数据处理是软测量技术应用的一个重性和有效性，因此，数据处理是软测量技术应用的一个重性和有效性，因此，数据处理是软测量技术应用的一个重性和有效性，因此，数据处理是软测量技术应用的一个重要方面。要方面。要方面。要方面。基本内容：数据校正、数据变换基本内容：数据校正、数据变换基本内容：数据校正、数据变换基本内容：数据校正、数据变换数据校正数据校正数据校正数据校正a. a. 随机误差处理随机误差处理随机误差处理
16、随机误差处理常用方法：常用方法：常用方法：常用方法：l l 滤波法：滤波法：滤波法：滤波法： 高通、低通，数据平滑。高通、低通，数据平滑。高通、低通，数据平滑。高通、低通，数据平滑。l l 数据协调技术数据协调技术数据协调技术数据协调技术 基于平衡关系建立以估计值与测量值的方差为最小的优基于平衡关系建立以估计值与测量值的方差为最小的优基于平衡关系建立以估计值与测量值的方差为最小的优基于平衡关系建立以估计值与测量值的方差为最小的优化估计模型，为测量数据提供一个最优估计，并据此检测化估计模型，为测量数据提供一个最优估计，并据此检测化估计模型，为测量数据提供一个最优估计，并据此检测化估计模型，为测量
17、数据提供一个最优估计，并据此检测数据误差。数据误差。数据误差。数据误差。 数据协调技术是一个约束条件下的优化技术。数据协调技术是一个约束条件下的优化技术。数据协调技术是一个约束条件下的优化技术。数据协调技术是一个约束条件下的优化技术。2021/6/162021/6/169 9b. b. 显著误差处理显著误差处理显著误差处理显著误差处理常用方法：常用方法：常用方法：常用方法：l l理论分析法理论分析法理论分析法理论分析法 l l硬件冗余法硬件冗余法硬件冗余法硬件冗余法 利用多种方法测量同一变量，通过结果利用多种方法测量同一变量，通过结果利用多种方法测量同一变量，通过结果利用多种方法测量同一变量，
18、通过结果比较识别显著误差。比较识别显著误差。比较识别显著误差。比较识别显著误差。l l统计分析法统计分析法统计分析法统计分析法 2021/6/162021/6/161010数据变换数据变换数据变换数据变换主要内容：标度变换、转换、权函数主要内容：标度变换、转换、权函数主要内容：标度变换、转换、权函数主要内容：标度变换、转换、权函数l l标度变换：采用合适的因子实现数据的统一性，标度变换：采用合适的因子实现数据的统一性，标度变换：采用合适的因子实现数据的统一性，标度变换：采用合适的因子实现数据的统一性，保证算法的精度和稳定性；保证算法的精度和稳定性；保证算法的精度和稳定性；保证算法的精度和稳定性
19、；l l转换：直接转化以及以新变量替换原变量，从而转换：直接转化以及以新变量替换原变量，从而转换：直接转化以及以新变量替换原变量，从而转换：直接转化以及以新变量替换原变量，从而降低非线性。降低非线性。降低非线性。降低非线性。l l权函数：通过选择适当的权函数实现对变量的动权函数：通过选择适当的权函数实现对变量的动权函数：通过选择适当的权函数实现对变量的动权函数：通过选择适当的权函数实现对变量的动态补偿以及体现辅助变量的重要度。态补偿以及体现辅助变量的重要度。态补偿以及体现辅助变量的重要度。态补偿以及体现辅助变量的重要度。2021/6/162021/6/1611114 4）软测量模型的建立）软测
20、量模型的建立）软测量模型的建立）软测量模型的建立 构造软仪表的本质就是建立数学模型（软测量模型）构造软仪表的本质就是建立数学模型（软测量模型）构造软仪表的本质就是建立数学模型（软测量模型）构造软仪表的本质就是建立数学模型（软测量模型）问题。是软仪表的核心。问题。是软仪表的核心。问题。是软仪表的核心。问题。是软仪表的核心。n n软测量模型：软测量模型：软测量模型：软测量模型： 表征辅助变量和主导变量之间的数学关系。表征辅助变量和主导变量之间的数学关系。表征辅助变量和主导变量之间的数学关系。表征辅助变量和主导变量之间的数学关系。注意：与一般系统数学模型的区别：注意：与一般系统数学模型的区别：注意：
21、与一般系统数学模型的区别：注意：与一般系统数学模型的区别：l l一般数学模型：描述系统的动态或静态特征，用于系一般数学模型：描述系统的动态或静态特征，用于系一般数学模型：描述系统的动态或静态特征，用于系一般数学模型：描述系统的动态或静态特征，用于系统分析及优化。统分析及优化。统分析及优化。统分析及优化。l l软测量模型：描述辅助变量与主导变量之间的关系，软测量模型：描述辅助变量与主导变量之间的关系，软测量模型：描述辅助变量与主导变量之间的关系，软测量模型：描述辅助变量与主导变量之间的关系，完成由辅助变量到主导变量的映射。完成由辅助变量到主导变量的映射。完成由辅助变量到主导变量的映射。完成由辅助
22、变量到主导变量的映射。2021/6/162021/6/161212n n软测量模型建立方法：软测量模型建立方法：软测量模型建立方法：软测量模型建立方法： 基于工艺机理分析的软测量基于工艺机理分析的软测量基于工艺机理分析的软测量基于工艺机理分析的软测量 主要是运用化学反应动力学、物料平衡、能量平衡、主要是运用化学反应动力学、物料平衡、能量平衡、主要是运用化学反应动力学、物料平衡、能量平衡、主要是运用化学反应动力学、物料平衡、能量平衡、动量平衡等原理，建立主导变量与辅助变量之间的关动量平衡等原理，建立主导变量与辅助变量之间的关动量平衡等原理，建立主导变量与辅助变量之间的关动量平衡等原理，建立主导变
23、量与辅助变量之间的关系模型。是工程中常用的方法。系模型。是工程中常用的方法。系模型。是工程中常用的方法。系模型。是工程中常用的方法。特点：特点：特点：特点：l l对于工艺机理较为清楚的工艺过程，该方法能构造出对于工艺机理较为清楚的工艺过程，该方法能构造出对于工艺机理较为清楚的工艺过程，该方法能构造出对于工艺机理较为清楚的工艺过程，该方法能构造出性能较好的软仪表。性能较好的软仪表。性能较好的软仪表。性能较好的软仪表。l l工程背景清晰，便于实际应用。工程背景清晰，便于实际应用。工程背景清晰，便于实际应用。工程背景清晰，便于实际应用。l l模型具有较好的外延性模型具有较好的外延性模型具有较好的外延
24、性模型具有较好的外延性. .l l建模的难度较大。对于机理研究不充分、尚不完全清建模的难度较大。对于机理研究不充分、尚不完全清建模的难度较大。对于机理研究不充分、尚不完全清建模的难度较大。对于机理研究不充分、尚不完全清楚的复杂工业过程，难以建立合适的机理模型。楚的复杂工业过程，难以建立合适的机理模型。楚的复杂工业过程，难以建立合适的机理模型。楚的复杂工业过程，难以建立合适的机理模型。2021/6/162021/6/161313 基于回归分析的软测量基于回归分析的软测量基于回归分析的软测量基于回归分析的软测量 是软测量建模的基本方法，应用范围相当广泛。是软测量建模的基本方法，应用范围相当广泛。是
25、软测量建模的基本方法，应用范围相当广泛。是软测量建模的基本方法，应用范围相当广泛。主要手段：主要手段：主要手段：主要手段： 多元线性回归（多元线性回归（多元线性回归（多元线性回归（MLRMLR）、）、）、）、 多元逐步回归（多元逐步回归（多元逐步回归（多元逐步回归（MSRMSR）、）、）、）、 主元分析和主元回归（主元分析和主元回归（主元分析和主元回归（主元分析和主元回归（PCAPCA、PCRPCR）、）、）、）、 最小二乘最小二乘最小二乘最小二乘(LSR)(LSR)；特点：特点：特点：特点： 简单实用，简单实用，简单实用，简单实用， 需要大量的样本需要大量的样本需要大量的样本需要大量的样本(
26、 (数据数据数据数据) )，对测量误差较为敏感。，对测量误差较为敏感。，对测量误差较为敏感。，对测量误差较为敏感。 所建立的模型具有一定的应用范围限制所建立的模型具有一定的应用范围限制所建立的模型具有一定的应用范围限制所建立的模型具有一定的应用范围限制( (外延性不好外延性不好外延性不好外延性不好) )。 以最小二乘原理为基础的一元和多元线性回归技术目以最小二乘原理为基础的一元和多元线性回归技术目以最小二乘原理为基础的一元和多元线性回归技术目以最小二乘原理为基础的一元和多元线性回归技术目前已相当成熟，常用于线性模型的拟合。前已相当成熟，常用于线性模型的拟合。前已相当成熟，常用于线性模型的拟合。
27、前已相当成熟，常用于线性模型的拟合。2021/6/162021/6/161414 基于神经网络方法基于神经网络方法基于神经网络方法基于神经网络方法 基于人工神经网络的软测量是近年来研究最多、发展很基于人工神经网络的软测量是近年来研究最多、发展很基于人工神经网络的软测量是近年来研究最多、发展很基于人工神经网络的软测量是近年来研究最多、发展很快和应用范围很广泛的一种软测量技术。快和应用范围很广泛的一种软测量技术。快和应用范围很广泛的一种软测量技术。快和应用范围很广泛的一种软测量技术。 人工神经网络及建模特点人工神经网络及建模特点人工神经网络及建模特点人工神经网络及建模特点 结构：结构：结构：结构：
28、 特点：特点：特点：特点：l l神经网络具有自学习、联想神经网络具有自学习、联想神经网络具有自学习、联想神经网络具有自学习、联想记忆、自适应和非线性逼近记忆、自适应和非线性逼近记忆、自适应和非线性逼近记忆、自适应和非线性逼近等功能；等功能；等功能；等功能；l l可根据对象的输入输出数据可根据对象的输入输出数据可根据对象的输入输出数据可根据对象的输入输出数据直接建模。能适用于高度非直接建模。能适用于高度非直接建模。能适用于高度非直接建模。能适用于高度非线性和严重不确定性系统；线性和严重不确定性系统；线性和严重不确定性系统；线性和严重不确定性系统；l l并行运算，速度较快。并行运算，速度较快。并行
29、运算，速度较快。并行运算，速度较快。l l完美的网络训练样本的获得完美的网络训练样本的获得完美的网络训练样本的获得完美的网络训练样本的获得较困难。较困难。较困难。较困难。2021/6/162021/6/161515基于模糊数学的软测量基于模糊数学的软测量基于模糊数学的软测量基于模糊数学的软测量l l模糊数学模仿人脑逻辑思维特点，是处理复杂系统的模糊数学模仿人脑逻辑思维特点，是处理复杂系统的模糊数学模仿人脑逻辑思维特点，是处理复杂系统的模糊数学模仿人脑逻辑思维特点，是处理复杂系统的一种有效手段。一种有效手段。一种有效手段。一种有效手段。l l建立的模型是一种知识型模型。建立的模型是一种知识型模型
30、。建立的模型是一种知识型模型。建立的模型是一种知识型模型。l l适用于被测对象呈亦此亦彼的不确定性，难于用常规适用于被测对象呈亦此亦彼的不确定性，难于用常规适用于被测对象呈亦此亦彼的不确定性，难于用常规适用于被测对象呈亦此亦彼的不确定性，难于用常规数学方法定量描述的场合。数学方法定量描述的场合。数学方法定量描述的场合。数学方法定量描述的场合。l l实际应用中一般将模糊技术与其他人工智能技术结合实际应用中一般将模糊技术与其他人工智能技术结合实际应用中一般将模糊技术与其他人工智能技术结合实际应用中一般将模糊技术与其他人工智能技术结合应用。应用。应用。应用。2021/6/162021/6/16161
31、6基于相关分析的软测量基于相关分析的软测量基于相关分析的软测量基于相关分析的软测量l l以随机过程中相关分析理论为基础，利用两个或多个以随机过程中相关分析理论为基础，利用两个或多个以随机过程中相关分析理论为基础，利用两个或多个以随机过程中相关分析理论为基础，利用两个或多个可测信号间的相关特性实现对某一参数的测量。可测信号间的相关特性实现对某一参数的测量。可测信号间的相关特性实现对某一参数的测量。可测信号间的相关特性实现对某一参数的测量。l l具体实现方法为互相关分析方法。利用各辅助变量间具体实现方法为互相关分析方法。利用各辅助变量间具体实现方法为互相关分析方法。利用各辅助变量间具体实现方法为互
32、相关分析方法。利用各辅助变量间的互相关特性进行参数测量。的互相关特性进行参数测量。的互相关特性进行参数测量。的互相关特性进行参数测量。l l主要应用于测量难测流体流速或流量的在线测量和故主要应用于测量难测流体流速或流量的在线测量和故主要应用于测量难测流体流速或流量的在线测量和故主要应用于测量难测流体流速或流量的在线测量和故障诊断。障诊断。障诊断。障诊断。2021/6/162021/6/1617175.2.2 5.2.2 软测量技术实现软测量技术实现软测量技术实现软测量技术实现1 1）基于工艺机理分析方）基于工艺机理分析方）基于工艺机理分析方）基于工艺机理分析方法法法法例：反应再生系统催化例：反
33、应再生系统催化例：反应再生系统催化例：反应再生系统催化剂循环量和焦炭氢含剂循环量和焦炭氢含剂循环量和焦炭氢含剂循环量和焦炭氢含量的软测量量的软测量量的软测量量的软测量系统结构图：系统结构图：系统结构图：系统结构图：2021/6/162021/6/161818a.a.催化剂循环量的软测量模型催化剂循环量的软测量模型催化剂循环量的软测量模型催化剂循环量的软测量模型 软测量方法主要有：热平衡法，软测量方法主要有：热平衡法，软测量方法主要有：热平衡法，软测量方法主要有：热平衡法，炭（物料）平衡法炭（物料）平衡法炭（物料）平衡法炭（物料）平衡法l l热平衡法热平衡法热平衡法热平衡法 利用再生器的热平衡实
34、现催化剂利用再生器的热平衡实现催化剂利用再生器的热平衡实现催化剂利用再生器的热平衡实现催化剂循环量的估算循环量的估算循环量的估算循环量的估算热平衡关系式：热平衡关系式：热平衡关系式：热平衡关系式：式中：式中：式中：式中： Q Q1 1：再生器中的反应热，（炭、氢燃烧）：再生器中的反应热，（炭、氢燃烧）：再生器中的反应热，（炭、氢燃烧）：再生器中的反应热，（炭、氢燃烧）kJ / hkJ / h； Q Q2 2：焦炭的脱附热，：焦炭的脱附热，：焦炭的脱附热，：焦炭的脱附热， kJ / hkJ / h； Q Q3 3：空气、焦炭和蒸汽的升温热，：空气、焦炭和蒸汽的升温热，：空气、焦炭和蒸汽的升温热，
35、：空气、焦炭和蒸汽的升温热， kJ / hkJ / h； Q Q4 4：散热损失，：散热损失，：散热损失，：散热损失， kJ / hkJ / h； Q Q5 5：催化剂升温所需要的热量，：催化剂升温所需要的热量，：催化剂升温所需要的热量，：催化剂升温所需要的热量， kJ / hkJ / h；2021/6/162021/6/161919已知：已知：已知：已知：Q Q5 5与催化剂循环量存在关系（工艺知识）与催化剂循环量存在关系（工艺知识）与催化剂循环量存在关系（工艺知识）与催化剂循环量存在关系（工艺知识）式中：式中：式中：式中： R R： 催化剂循环量，催化剂循环量，催化剂循环量，催化剂循环量，
36、kg / hkg / h； t t：再生剂与待生剂之间温差，：再生剂与待生剂之间温差，：再生剂与待生剂之间温差，：再生剂与待生剂之间温差，KK； c cp p： 催化剂比热，催化剂比热，催化剂比热，催化剂比热，kJ / (kg K)kJ / (kg K)。对上述二式联立求解：对上述二式联立求解：对上述二式联立求解：对上述二式联立求解： 热平衡法催化剂循环量软测量模型：热平衡法催化剂循环量软测量模型：热平衡法催化剂循环量软测量模型：热平衡法催化剂循环量软测量模型：2021/6/162021/6/162020l l炭平衡法炭平衡法炭平衡法炭平衡法 利用物料平衡原理：烟气中带出的炭含量等于循环催利用
37、物料平衡原理：烟气中带出的炭含量等于循环催利用物料平衡原理：烟气中带出的炭含量等于循环催利用物料平衡原理：烟气中带出的炭含量等于循环催化剂带入的炭含量。化剂带入的炭含量。化剂带入的炭含量。化剂带入的炭含量。 依据炭含量平衡的催化剂循环量软测量模型：依据炭含量平衡的催化剂循环量软测量模型：依据炭含量平衡的催化剂循环量软测量模型：依据炭含量平衡的催化剂循环量软测量模型：C Cw w： 烟气中带出炭含量烟气中带出炭含量烟气中带出炭含量烟气中带出炭含量C C：待生剂与再生剂的炭含量差。：待生剂与再生剂的炭含量差。：待生剂与再生剂的炭含量差。：待生剂与再生剂的炭含量差。2021/6/162021/6/1
38、62121b. b. 焦炭氢含量软测量模型焦炭氢含量软测量模型焦炭氢含量软测量模型焦炭氢含量软测量模型 焦炭氢含量是衡量催化裂化装置气提段性能的重要指标。焦炭氢含量是衡量催化裂化装置气提段性能的重要指标。焦炭氢含量是衡量催化裂化装置气提段性能的重要指标。焦炭氢含量是衡量催化裂化装置气提段性能的重要指标。 焦炭的氢含量一般通过对再生器作氧平衡来计算（依据焦炭的氢含量一般通过对再生器作氧平衡来计算（依据焦炭的氢含量一般通过对再生器作氧平衡来计算（依据焦炭的氢含量一般通过对再生器作氧平衡来计算（依据烟气分析数据）烟气分析数据）烟气分析数据）烟气分析数据）l l进入再生器的氧量：进入再生器的氧量：进入
39、再生器的氧量：进入再生器的氧量：l l排出再生器的氧量：排出再生器的氧量：排出再生器的氧量：排出再生器的氧量：A：进入再生器的总空气流量：进入再生器的总空气流量 ：烟气中：烟气中O2、 CO、CO2含量含量F：烟气流量：烟气流量2021/6/162021/6/162222由氧平衡知水的生成量为由氧平衡知水的生成量为由氧平衡知水的生成量为由氧平衡知水的生成量为：氮和氩在烟气中的总含量，摩尔分量，：氮和氩在烟气中的总含量，摩尔分量，：氮和氩在烟气中的总含量，摩尔分量，：氮和氩在烟气中的总含量，摩尔分量，：氮和氩在空气中的体积百分含量，：氮和氩在空气中的体积百分含量，：氮和氩在空气中的体积百分含量，
40、：氮和氩在空气中的体积百分含量，另外，根据氮平衡得另外，根据氮平衡得式中式中联立求解得：联立求解得：2021/6/162021/6/162323设烟气中设烟气中设烟气中设烟气中SOSO2 2和和和和NONOx x含量可忽略，含量可忽略，含量可忽略，含量可忽略，则焦炭中的氢含量则焦炭中的氢含量则焦炭中的氢含量则焦炭中的氢含量MMHH和炭量和炭量和炭量和炭量MMC C分别为分别为分别为分别为如此，得氢含量如此，得氢含量如此，得氢含量如此，得氢含量C CH H（质量百分比）软测量模型为（质量百分比）软测量模型为（质量百分比）软测量模型为（质量百分比）软测量模型为例：烟气组成数据为：（摩尔百分数）O2
41、：0.5 ，CO：8.0， CO2：12.0， N2：79.5则：氢含量：CH=7.1% 2021/6/162021/6/1624242 2）基于回归分析的软测量）基于回归分析的软测量）基于回归分析的软测量）基于回归分析的软测量 是确定变量间相关关系的一种简单实用的方法。是确定变量间相关关系的一种简单实用的方法。是确定变量间相关关系的一种简单实用的方法。是确定变量间相关关系的一种简单实用的方法。 在检测过程中常用于关联各种过程变量的观测数据，在检测过程中常用于关联各种过程变量的观测数据，在检测过程中常用于关联各种过程变量的观测数据，在检测过程中常用于关联各种过程变量的观测数据，建立软测量模型对
42、难以直接测量的变量进行估计。建立软测量模型对难以直接测量的变量进行估计。建立软测量模型对难以直接测量的变量进行估计。建立软测量模型对难以直接测量的变量进行估计。主要应用方法：主要应用方法：主要应用方法：主要应用方法： 主元回归（主元回归（主元回归（主元回归（PCRPCR） 部分最小二乘法（部分最小二乘法（部分最小二乘法（部分最小二乘法（PLSPLS）注意：注意：注意：注意： 对于线性系统采用对于线性系统采用对于线性系统采用对于线性系统采用PCRPCR或或或或PLSPLS效果基本相同，效果基本相同，效果基本相同，效果基本相同， 对于非线性回归，对于非线性回归，对于非线性回归，对于非线性回归，PL
43、SPLS将优于将优于将优于将优于PCRPCR法。法。法。法。2021/6/162021/6/162525最小二乘原理式最小二乘原理式最小二乘原理式最小二乘原理式设：软测量问题被测变量：设：软测量问题被测变量：设：软测量问题被测变量：设：软测量问题被测变量：y y 辅助变量：辅助变量：辅助变量：辅助变量：x xi i；i=1i=1，2 2，mm 误差变量：误差变量：误差变量：误差变量：e e或或有：有：待定系数：待定系数2021/6/162021/6/162626例：筛板塔点效率的软测量例：筛板塔点效率的软测量例：筛板塔点效率的软测量例：筛板塔点效率的软测量 由物料平衡关系和液相组成知液相点效率
44、由物料平衡关系和液相组成知液相点效率由物料平衡关系和液相组成知液相点效率由物料平衡关系和液相组成知液相点效率E EOLOL有关系式：有关系式：有关系式：有关系式：式中式中式中式中其中其中施密特准数施密特准数液相表面张力液相表面张力修正后的气相雷诺准数修正后的气相雷诺准数2021/6/162021/6/162727线性化得：线性化得：线性化得：线性化得：回归结果：回归结果：回归结果：回归结果： A=0.00935A=0.00935，a=0.15, b=0.222, c=0.365a=0.15, b=0.222, c=0.365软测量模型软测量模型软测量模型软测量模型回归数据：回归数据： 208
45、208 51 51 51 51 228 228 158 158 2019 2019 1554 1554 274 274 495 495 208 208 260 260 407 407 68 68 67 67 63 63 59.6 59.6文献指出，在下述范围内模型具有良好效果文献指出，在下述范围内模型具有良好效果回归模型回归模型回归模型回归模型2021/6/162021/6/1628283 3）基于人工神经网络的软测量方法）基于人工神经网络的软测量方法）基于人工神经网络的软测量方法）基于人工神经网络的软测量方法a. a. 人工神经网络软测量建模基本特点人工神经网络软测量建模基本特点人工神经网络
46、软测量建模基本特点人工神经网络软测量建模基本特点l l神经网络建模方法属于辨识建模；神经网络建模方法属于辨识建模；神经网络建模方法属于辨识建模；神经网络建模方法属于辨识建模；l l建模的全部或部分过程为网络训练过程；建模的全部或部分过程为网络训练过程；建模的全部或部分过程为网络训练过程；建模的全部或部分过程为网络训练过程；l l一般所建模型为隐式，不能描述为一般数学表达式，模一般所建模型为隐式，不能描述为一般数学表达式，模一般所建模型为隐式，不能描述为一般数学表达式，模一般所建模型为隐式，不能描述为一般数学表达式，模型参数蕴含于网络连接的权值中；型参数蕴含于网络连接的权值中；型参数蕴含于网络连
47、接的权值中；型参数蕴含于网络连接的权值中；l l模型的输入为辅助变量，输出为被测变量，模型易于实模型的输入为辅助变量，输出为被测变量，模型易于实模型的输入为辅助变量，输出为被测变量，模型易于实模型的输入为辅助变量，输出为被测变量，模型易于实现现现现 ；l l对非线性映射关系的逼近性良好；对非线性映射关系的逼近性良好；对非线性映射关系的逼近性良好；对非线性映射关系的逼近性良好；l l需要大量的实验数据；需要大量的实验数据；需要大量的实验数据；需要大量的实验数据；2021/6/162021/6/162929b. b. 神经网络结构神经网络结构神经网络结构神经网络结构BPBP神经网络神经网络神经网络
48、神经网络RBMRBM神经网络神经网络神经网络神经网络2021/6/162021/6/163030c. c. 神经网络建模方法神经网络建模方法神经网络建模方法神经网络建模方法 通过样本训练的方法实现神经网络模型的建立通过样本训练的方法实现神经网络模型的建立通过样本训练的方法实现神经网络模型的建立通过样本训练的方法实现神经网络模型的建立基本步骤：基本步骤：基本步骤：基本步骤：确定网络结构确定网络结构确定网络结构确定网络结构确定训练样本确定训练样本确定训练样本确定训练样本确定网络变换函数及训练方法确定网络变换函数及训练方法确定网络变换函数及训练方法确定网络变换函数及训练方法实行网络训练实行网络训练实
49、行网络训练实行网络训练2021/6/162021/6/163131神经网络结构确定神经网络结构确定神经网络结构确定神经网络结构确定选择网络类型：如选择网络类型：如选择网络类型：如选择网络类型：如BPBP网络，网络，网络，网络，RBFRBF网络，互联网络等网络，互联网络等网络，互联网络等网络，互联网络等确定网络结构：确定网络结构：确定网络结构：确定网络结构： 输入层节点：所选辅助变量个数。输入层节点：所选辅助变量个数。输入层节点：所选辅助变量个数。输入层节点：所选辅助变量个数。 输出层节点：需要进行软测量的变量数。输出层节点：需要进行软测量的变量数。输出层节点：需要进行软测量的变量数。输出层节点
50、：需要进行软测量的变量数。 中间中间中间中间( (隐层隐层隐层隐层) )节点：目前尚没有一个很好的确定方法。节点：目前尚没有一个很好的确定方法。节点：目前尚没有一个很好的确定方法。节点：目前尚没有一个很好的确定方法。训练样本（数据）的提取：训练样本（数据）的提取：训练样本（数据）的提取：训练样本（数据）的提取： 训练数据包括神经网络的输入输出数据。训练数据包括神经网络的输入输出数据。训练数据包括神经网络的输入输出数据。训练数据包括神经网络的输入输出数据。 数据来源：数据来源：数据来源：数据来源： 理想输入输出数据，通过经验、实验、过程实测输入输理想输入输出数据，通过经验、实验、过程实测输入输理
51、想输入输出数据，通过经验、实验、过程实测输入输理想输入输出数据，通过经验、实验、过程实测输入输出数据。出数据。出数据。出数据。一般要求：训练数据组数要远大于需要进行软测量的变量数。一般要求：训练数据组数要远大于需要进行软测量的变量数。一般要求：训练数据组数要远大于需要进行软测量的变量数。一般要求：训练数据组数要远大于需要进行软测量的变量数。2021/6/162021/6/163232 网络变换函数：网络变换函数：网络变换函数：网络变换函数： 神经网络通过转换神经网络通过转换神经网络通过转换神经网络通过转换函数完成其学习训练函数完成其学习训练函数完成其学习训练函数完成其学习训练过程，并且在应用中
52、过程，并且在应用中过程，并且在应用中过程，并且在应用中通过转换函数按照一通过转换函数按照一通过转换函数按照一通过转换函数按照一定的规律将输入端信定的规律将输入端信定的规律将输入端信定的规律将输入端信息传送到输出端。息传送到输出端。息传送到输出端。息传送到输出端。常用的转换函数如图常用的转换函数如图常用的转换函数如图常用的转换函数如图所示：所示：所示：所示：2021/6/162021/6/163333网络训练网络训练网络训练网络训练训练方法训练方法训练方法训练方法有教师学习有教师学习有教师学习有教师学习 事先给定一些标准的输入输出数据，学习中，在给定的事先给定一些标准的输入输出数据，学习中，在给
53、定的事先给定一些标准的输入输出数据，学习中，在给定的事先给定一些标准的输入输出数据，学习中，在给定的一组输入数据下的网络输出与给定的期望输出进行比较，一组输入数据下的网络输出与给定的期望输出进行比较，一组输入数据下的网络输出与给定的期望输出进行比较，一组输入数据下的网络输出与给定的期望输出进行比较，通过二者差异调整网络的权值，最终的训练结果使其差通过二者差异调整网络的权值，最终的训练结果使其差通过二者差异调整网络的权值，最终的训练结果使其差通过二者差异调整网络的权值，最终的训练结果使其差异达到给定的范围内。异达到给定的范围内。异达到给定的范围内。异达到给定的范围内。无教师学习无教师学习无教师学
54、习无教师学习 不存在教师信号，相应地事先设定一套学习规则，学习不存在教师信号，相应地事先设定一套学习规则，学习不存在教师信号，相应地事先设定一套学习规则，学习不存在教师信号，相应地事先设定一套学习规则，学习系统按照环境提供数据的某些统计规律及事先设定的规系统按照环境提供数据的某些统计规律及事先设定的规系统按照环境提供数据的某些统计规律及事先设定的规系统按照环境提供数据的某些统计规律及事先设定的规则自动调整权值，使网络具有某一特定功能。则自动调整权值，使网络具有某一特定功能。则自动调整权值，使网络具有某一特定功能。则自动调整权值，使网络具有某一特定功能。再励学习再励学习再励学习再励学习 介于上述
55、二者学习方式之间的一种学习方式，在这种学介于上述二者学习方式之间的一种学习方式，在这种学介于上述二者学习方式之间的一种学习方式，在这种学介于上述二者学习方式之间的一种学习方式，在这种学习中，环境将对网络的输出给出评价信息（奖或罚），习中，环境将对网络的输出给出评价信息（奖或罚），习中，环境将对网络的输出给出评价信息（奖或罚），习中，环境将对网络的输出给出评价信息（奖或罚），学习系统将通过这些系统调整权值，改善自身特性。学习系统将通过这些系统调整权值，改善自身特性。学习系统将通过这些系统调整权值，改善自身特性。学习系统将通过这些系统调整权值，改善自身特性。2021/6/162021/6/1634
56、34d. d. 建模形式建模形式建模形式建模形式利用人工神经网络直接建模利用人工神经网络直接建模利用人工神经网络直接建模利用人工神经网络直接建模 用网络代替常规的数学模型描述辅助变量和主导变量间用网络代替常规的数学模型描述辅助变量和主导变量间用网络代替常规的数学模型描述辅助变量和主导变量间用网络代替常规的数学模型描述辅助变量和主导变量间的关系，完成由可测信息空间到主导变量的映射，实现的关系，完成由可测信息空间到主导变量的映射，实现的关系，完成由可测信息空间到主导变量的映射，实现的关系，完成由可测信息空间到主导变量的映射，实现软测量。软测量。软测量。软测量。 原理图：原理图：原理图：原理图：特点
57、：特点：特点：特点：l l所建模型属黑箱模型，所建模型属黑箱模型，所建模型属黑箱模型，所建模型属黑箱模型，模型模型模型模型特性隐含于网络权特性隐含于网络权特性隐含于网络权特性隐含于网络权值中，不能写出显式数值中，不能写出显式数值中，不能写出显式数值中，不能写出显式数学模型。学模型。学模型。学模型。 l l模型特性外延性不好。模型特性外延性不好。模型特性外延性不好。模型特性外延性不好。2021/6/162021/6/163535与常规模型相结合，用人工神经网络来估计常规模与常规模型相结合，用人工神经网络来估计常规模与常规模型相结合，用人工神经网络来估计常规模与常规模型相结合，用人工神经网络来估计
58、常规模型的模型参数并进而实现软测量，型的模型参数并进而实现软测量，型的模型参数并进而实现软测量，型的模型参数并进而实现软测量，原理图：原理图：原理图：原理图： 特点：特点：特点：特点：l l所建模型属于灰箱模型，所建模型属于灰箱模型，所建模型属于灰箱模型，所建模型属于灰箱模型，模型可用显式表示。模型可用显式表示。模型可用显式表示。模型可用显式表示。l l模型描述特性介于机理模型描述特性介于机理模型描述特性介于机理模型描述特性介于机理模型与黑箱模型之间。模型与黑箱模型之间。模型与黑箱模型之间。模型与黑箱模型之间。l l特性外延有一定误差。特性外延有一定误差。特性外延有一定误差。特性外延有一定误差
59、。2021/6/162021/6/163636e. e. 注意事项：注意事项：注意事项：注意事项： 在实际应用中网络训练样本的数量和质量、学习在实际应用中网络训练样本的数量和质量、学习在实际应用中网络训练样本的数量和质量、学习在实际应用中网络训练样本的数量和质量、学习算法、网络的拓扑结构和类型等的选择对所构成算法、网络的拓扑结构和类型等的选择对所构成算法、网络的拓扑结构和类型等的选择对所构成算法、网络的拓扑结构和类型等的选择对所构成软仪表的性能都有重大影响。软仪表的性能都有重大影响。软仪表的性能都有重大影响。软仪表的性能都有重大影响。2021/6/162021/6/1637375.3 5.3
60、智能检测智能检测智能检测智能检测 智能检测系统是以微机为核心，以检测为目的的系统。智能检测系统是以微机为核心，以检测为目的的系统。智能检测系统是以微机为核心，以检测为目的的系统。智能检测系统是以微机为核心，以检测为目的的系统。主要包括功能：主要包括功能：主要包括功能：主要包括功能： 测量、检验、故障诊断、信息处理和决策、输出等。测量、检验、故障诊断、信息处理和决策、输出等。测量、检验、故障诊断、信息处理和决策、输出等。测量、检验、故障诊断、信息处理和决策、输出等。1 1）系统结构：）系统结构：）系统结构：）系统结构：2021/6/162021/6/163838传感器：完成信号获取，将被测信号转
61、换成相应的电信号。传感器：完成信号获取，将被测信号转换成相应的电信号。传感器：完成信号获取，将被测信号转换成相应的电信号。传感器：完成信号获取，将被测信号转换成相应的电信号。信号调理：将传感器来的信号进行放大、整流、滤波及线信号调理：将传感器来的信号进行放大、整流、滤波及线信号调理：将传感器来的信号进行放大、整流、滤波及线信号调理：将传感器来的信号进行放大、整流、滤波及线性化处理。实现对信号的去噪、形式转换和信号性化处理。实现对信号的去噪、形式转换和信号性化处理。实现对信号的去噪、形式转换和信号性化处理。实现对信号的去噪、形式转换和信号幅值变换，使之满足数据采集板的要求。幅值变换，使之满足数据
62、采集板的要求。幅值变换，使之满足数据采集板的要求。幅值变换，使之满足数据采集板的要求。数据采集：完成信号量程的自动转换、多通道信号分时采数据采集：完成信号量程的自动转换、多通道信号分时采数据采集：完成信号量程的自动转换、多通道信号分时采数据采集：完成信号量程的自动转换、多通道信号分时采样、连续信号的时间序列离散化数字量（或脉冲样、连续信号的时间序列离散化数字量（或脉冲样、连续信号的时间序列离散化数字量（或脉冲样、连续信号的时间序列离散化数字量（或脉冲频率）处理。频率）处理。频率）处理。频率）处理。计算机：系统的中枢，在软件作用下进行信号采集和存储、计算机：系统的中枢，在软件作用下进行信号采集和
63、存储、计算机：系统的中枢，在软件作用下进行信号采集和存储、计算机：系统的中枢，在软件作用下进行信号采集和存储、数据运算分析、记录以及显示输出。数据运算分析、记录以及显示输出。数据运算分析、记录以及显示输出。数据运算分析、记录以及显示输出。2021/6/162021/6/163939标准接口系统标准接口系统标准接口系统标准接口系统 是计算机和各测量设备间进行信息交换和传输的连接是计算机和各测量设备间进行信息交换和传输的连接是计算机和各测量设备间进行信息交换和传输的连接是计算机和各测量设备间进行信息交换和传输的连接设备，主要是解决各产品接口的统一问题。设备，主要是解决各产品接口的统一问题。设备，主
64、要是解决各产品接口的统一问题。设备，主要是解决各产品接口的统一问题。主要功能：主要功能：主要功能：主要功能：l l多台设备的识别，接口中含有特定外围设备通道码多台设备的识别，接口中含有特定外围设备通道码多台设备的识别，接口中含有特定外围设备通道码多台设备的识别，接口中含有特定外围设备通道码（口地址），计算机通过地址线选择外围设备。（口地址），计算机通过地址线选择外围设备。（口地址），计算机通过地址线选择外围设备。（口地址），计算机通过地址线选择外围设备。l l实现信号暂存及脉冲宽度变换。实现信号暂存及脉冲宽度变换。实现信号暂存及脉冲宽度变换。实现信号暂存及脉冲宽度变换。l l完成信号逻辑极性和
65、逻辑电平转换（如完成信号逻辑极性和逻辑电平转换（如完成信号逻辑极性和逻辑电平转换（如完成信号逻辑极性和逻辑电平转换（如TTLTTL逻辑电平逻辑电平逻辑电平逻辑电平和和和和MOSMOS器件的电平极性相反）。器件的电平极性相反）。器件的电平极性相反）。器件的电平极性相反）。l l完成数据代码形式转换，如完成数据代码形式转换，如完成数据代码形式转换，如完成数据代码形式转换，如BCDBCD码、二进制码以及串码、二进制码以及串码、二进制码以及串码、二进制码以及串行码和并行码转换。行码和并行码转换。行码和并行码转换。行码和并行码转换。l l常用标准接口：常用标准接口：常用标准接口：常用标准接口： RS-2
66、32CRS-232C（串行）接口总线（串行）接口总线（串行）接口总线（串行）接口总线 HP-IBHP-IB（并行）接口总线（并行）接口总线（并行）接口总线（并行）接口总线2021/6/162021/6/1640402 2）智能检测系统主要软件）智能检测系统主要软件）智能检测系统主要软件）智能检测系统主要软件n n系统软件：系统软件：系统软件：系统软件： 计算机实现运行的软件计算机实现运行的软件计算机实现运行的软件计算机实现运行的软件n n应用软件：应用软件：应用软件：应用软件： 测试程序、控制程序、数据处理程序、界面生成测试程序、控制程序、数据处理程序、界面生成测试程序、控制程序、数据处理程序
67、、界面生成测试程序、控制程序、数据处理程序、界面生成程序程序程序程序2021/6/162021/6/164141n n主要特点：主要特点：主要特点：主要特点：开发性强，可靠性高：可通过开发不同软件实现不同开发性强，可靠性高：可通过开发不同软件实现不同开发性强，可靠性高：可通过开发不同软件实现不同开发性强，可靠性高：可通过开发不同软件实现不同的功能；减少了硬件电路和元件数量，减少了故障发的功能；减少了硬件电路和元件数量，减少了故障发的功能；减少了硬件电路和元件数量，减少了故障发的功能；减少了硬件电路和元件数量，减少了故障发生率，提高了可靠性。生率，提高了可靠性。生率，提高了可靠性。生率，提高了可
68、靠性。测量速度快：计算机技术的发展为智能检测的快速性测量速度快：计算机技术的发展为智能检测的快速性测量速度快：计算机技术的发展为智能检测的快速性测量速度快：计算机技术的发展为智能检测的快速性提供了条件。提供了条件。提供了条件。提供了条件。高度的灵活性：以软件为工作核心的智能检测系统可高度的灵活性：以软件为工作核心的智能检测系统可高度的灵活性：以软件为工作核心的智能检测系统可高度的灵活性：以软件为工作核心的智能检测系统可以方便地更改功能和性能指标。可提供多种形式的数以方便地更改功能和性能指标。可提供多种形式的数以方便地更改功能和性能指标。可提供多种形式的数以方便地更改功能和性能指标。可提供多种形
69、式的数据输出，可以方便地与其他设备进行数据交换。据输出，可以方便地与其他设备进行数据交换。据输出，可以方便地与其他设备进行数据交换。据输出，可以方便地与其他设备进行数据交换。智能化数据处理：在线线性化、相关性分析。智能化数据处理：在线线性化、相关性分析。智能化数据处理：在线线性化、相关性分析。智能化数据处理：在线线性化、相关性分析。多数据融合：可配备多个检测通道，依据相关特性实多数据融合：可配备多个检测通道，依据相关特性实多数据融合：可配备多个检测通道，依据相关特性实多数据融合：可配备多个检测通道，依据相关特性实现多传感器信息融合，提高测量精度。现多传感器信息融合，提高测量精度。现多传感器信息
70、融合，提高测量精度。现多传感器信息融合，提高测量精度。自查及诊断：实现自检查，显示故障信息自查及诊断：实现自检查，显示故障信息自查及诊断：实现自检查，显示故障信息自查及诊断：实现自检查，显示故障信息检测过程的软件控制：自动校准、自补偿、过载保护、检测过程的软件控制：自动校准、自补偿、过载保护、检测过程的软件控制：自动校准、自补偿、过载保护、检测过程的软件控制：自动校准、自补偿、过载保护、报警及检测功能（通道、方式）选择。报警及检测功能（通道、方式）选择。报警及检测功能（通道、方式）选择。报警及检测功能（通道、方式）选择。2021/6/162021/6/1642425.4 5.4 虚拟仪器检测技
71、术虚拟仪器检测技术虚拟仪器检测技术虚拟仪器检测技术 虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器虚拟仪器 (Virtual Instrument)(Virtual Instrument)是指在计算机上由用是指在计算机上由用是指在计算机上由用是指在计算机上由用户设计定义，利用计算机显示器（户设计定义，利用计算机显示器（户设计定义，利用计算机显示器（户设计定义，利用计算机显示器（CRTCRT）来模拟传统）来模拟传统）来模拟传统）来模拟传统仪器的控制面板，实现信号的采集、测量、运算、分仪器的控制面板，实现信号的采集、测量、运算、分仪器的控制面板，实现信号的采集、测量、运算、分仪器的控制面板，实现信号的采集、测量、运算、
72、分析、处理等功能的计算机仪器系统。析、处理等功能的计算机仪器系统。析、处理等功能的计算机仪器系统。析、处理等功能的计算机仪器系统。 虚拟仪器技术综合应用了计算机技术、智能检测技虚拟仪器技术综合应用了计算机技术、智能检测技虚拟仪器技术综合应用了计算机技术、智能检测技虚拟仪器技术综合应用了计算机技术、智能检测技术、数字信号处理技术、总线技术和图形处理等技术，术、数字信号处理技术、总线技术和图形处理等技术，术、数字信号处理技术、总线技术和图形处理等技术，术、数字信号处理技术、总线技术和图形处理等技术，利用图形化语言在计算机上开发的一种仪器。利用图形化语言在计算机上开发的一种仪器。利用图形化语言在计算
73、机上开发的一种仪器。利用图形化语言在计算机上开发的一种仪器。 是建立在标准化、系列化、模块化的硬件和软件平是建立在标准化、系列化、模块化的硬件和软件平是建立在标准化、系列化、模块化的硬件和软件平是建立在标准化、系列化、模块化的硬件和软件平台的一个完全开放的仪器集成系统。台的一个完全开放的仪器集成系统。台的一个完全开放的仪器集成系统。台的一个完全开放的仪器集成系统。2021/6/162021/6/164343l l虚拟仪器面板示例2021/6/162021/6/1644445.4.1 5.4.1 虚拟仪器的构成框图虚拟仪器的构成框图虚拟仪器的构成框图虚拟仪器的构成框图 虚拟仪器是以个人计算机为核
74、心，通过测量软件支持，虚拟仪器是以个人计算机为核心，通过测量软件支持，虚拟仪器是以个人计算机为核心，通过测量软件支持，虚拟仪器是以个人计算机为核心，通过测量软件支持，具有虚拟仪器面板功能、仪器硬件和通讯功能的信息处具有虚拟仪器面板功能、仪器硬件和通讯功能的信息处具有虚拟仪器面板功能、仪器硬件和通讯功能的信息处具有虚拟仪器面板功能、仪器硬件和通讯功能的信息处理装置。理装置。理装置。理装置。 虚拟仪器通常包括：计算机、仪器硬件和应用软件。虚拟仪器通常包括：计算机、仪器硬件和应用软件。虚拟仪器通常包括：计算机、仪器硬件和应用软件。虚拟仪器通常包括：计算机、仪器硬件和应用软件。虚拟仪器基本构成框图：虚
75、拟仪器基本构成框图：虚拟仪器基本构成框图：虚拟仪器基本构成框图：2021/6/162021/6/1645455.4.2 5.4.2 虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器的硬件系统 硬件系统是虚拟仪器的工作基础，硬件系统是虚拟仪器的工作基础，硬件系统是虚拟仪器的工作基础，硬件系统是虚拟仪器的工作基础， 主要完成功能：测试信号采集、传输和显示。主要完成功能：测试信号采集、传输和显示。主要完成功能：测试信号采集、传输和显示。主要完成功能：测试信号采集、传输和显示。 硬件系统构成：硬件系统构成：硬件系统构成：硬件系统构成：l l计算机提供高效数据处理功能及显示功能计算机提供高
76、效数据处理功能及显示功能计算机提供高效数据处理功能及显示功能计算机提供高效数据处理功能及显示功能 微处理器、存储器、显示器等微处理器、存储器、显示器等微处理器、存储器、显示器等微处理器、存储器、显示器等 l l测量功能硬件主要用于采集和传输信号测量功能硬件主要用于采集和传输信号测量功能硬件主要用于采集和传输信号测量功能硬件主要用于采集和传输信号 主要有：主要有：主要有：主要有：GPIBGPIB仪器模块仪器模块仪器模块仪器模块 VXIVXI仪器模块仪器模块仪器模块仪器模块 PXIPXI仪器模块或数据采集卡仪器模块或数据采集卡仪器模块或数据采集卡仪器模块或数据采集卡虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器的硬件
77、系统计算机硬件计算机硬件测量功能硬件测量功能硬件2021/6/162021/6/1646461) GPIB(General Purpose Interface Bus)1) GPIB(General Purpose Interface Bus)仪器控制系统仪器控制系统仪器控制系统仪器控制系统 GPIBGPIB技术是虚拟仪器发展的第一阶段。技术是虚拟仪器发展的第一阶段。技术是虚拟仪器发展的第一阶段。技术是虚拟仪器发展的第一阶段。 GPIBGPIB把把把把可可可可编编编编程程程程仪仪仪仪器器器器与与与与计计计计算算算算机机机机紧紧紧紧密密密密地地地地联联联联系系系系起起起起来来来来，使使使使电电电
78、电子子子子测测测测量量量量由由由由独独独独立立立立的的的的、手手手手工工工工操操操操作作作作的的的的单单单单台台台台仪仪仪仪器器器器向向向向组组组组成成成成大大大大规规规规模模模模自自自自动动动动测试系统的方向迈进。测试系统的方向迈进。测试系统的方向迈进。测试系统的方向迈进。 典典典典型型型型GPIBGPIB仪仪仪仪器器器器控控控控制制制制系系系系统统统统由由由由一一一一台台台台PCPC机机机机、一一一一块块块块GPIBGPIB接接接接口口口口板板板板卡卡卡卡和和和和若若若若干干干干台台台台GPIBGPIB仪仪仪仪器器器器通通通通过过过过标标标标准准准准的的的的GPIBGPIB电电电电缆缆缆缆
79、连连连连接接接接而而而而构构构构成。成。成。成。构成示意图：构成示意图：构成示意图：构成示意图：2021/6/162021/6/164747基本数据基本数据基本数据基本数据 标准情况下，一个标准情况下，一个标准情况下，一个标准情况下，一个GPIBGPIB接口板可带接口板可带接口板可带接口板可带1414台仪器；台仪器；台仪器；台仪器； 电缆长度：电缆长度：电缆长度：电缆长度： 20m20m； 数据传输速率约为数据传输速率约为数据传输速率约为数据传输速率约为1Mbytes/s1Mbytes/s。功能：功能：功能：功能：l l可可可可以以以以用用用用计计计计算算算算机机机机实实实实现现现现对对对对仪
80、仪仪仪器器器器的的的的操操操操作作作作和和和和控控控控制制制制，替替替替代代代代传传传传统统统统的人工操作方式，排除人为因素造成的测试的误差。的人工操作方式，排除人为因素造成的测试的误差。的人工操作方式，排除人为因素造成的测试的误差。的人工操作方式，排除人为因素造成的测试的误差。l l实现自动测试，提高了可靠性和效率。实现自动测试，提高了可靠性和效率。实现自动测试，提高了可靠性和效率。实现自动测试，提高了可靠性和效率。l l可可可可方方方方便便便便地地地地组组组组合合合合多多多多台台台台仪仪仪仪器器器器，形形形形成成成成较较较较大大大大规规规规模模模模的的的的检检检检测测测测系系系系统统统统；
81、高效、灵活地完成各种不同规模的测试任务。高效、灵活地完成各种不同规模的测试任务。高效、灵活地完成各种不同规模的测试任务。高效、灵活地完成各种不同规模的测试任务。l l可通过计算机的数据分析处理算法扩展仪器功能。可通过计算机的数据分析处理算法扩展仪器功能。可通过计算机的数据分析处理算法扩展仪器功能。可通过计算机的数据分析处理算法扩展仪器功能。2021/6/162021/6/1648482) VXI2) VXI总线仪器系统总线仪器系统总线仪器系统总线仪器系统 是基于高速计算机总线是基于高速计算机总线是基于高速计算机总线是基于高速计算机总线VME(Versabus Module VME(Versab
82、us Module Eurocard)Eurocard)在仪器领域的扩展总线平台的自动检测系统。在仪器领域的扩展总线平台的自动检测系统。在仪器领域的扩展总线平台的自动检测系统。在仪器领域的扩展总线平台的自动检测系统。 具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，定时具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，定时具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，定时具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强，定时和同步精确、模块可重复利用，以及众多仪器厂家支和同步精确、模块可重复利用，以及众多仪器厂家支和同步精确、模块可重复利用，以及众多仪器厂家支和同步精确、模块可重复利用，以及众多仪器厂家支持等特点。持等特点。持
83、等特点。持等特点。 在组建大、中规模的自动检测系统，以及对速度、在组建大、中规模的自动检测系统，以及对速度、在组建大、中规模的自动检测系统，以及对速度、在组建大、中规模的自动检测系统，以及对速度、精度要求较高的场合叫其他系统具有明显的优势。精度要求较高的场合叫其他系统具有明显的优势。精度要求较高的场合叫其他系统具有明显的优势。精度要求较高的场合叫其他系统具有明显的优势。 VXIVXI系统配置方案：系统配置方案：系统配置方案：系统配置方案： a. GPIBa. GPIB控制方案控制方案控制方案控制方案 b. b. 嵌入式计算机控制方案嵌入式计算机控制方案嵌入式计算机控制方案嵌入式计算机控制方案
84、c. MXIc. MXI总线控制方案总线控制方案总线控制方案总线控制方案2021/6/162021/6/164949 a. GPIB a. GPIB控制方案控制方案控制方案控制方案l lGPIBGPIB控控控控制制制制方方方方案案案案的的的的数数数数据据据据传传传传输输输输速速速速率率率率约约约约为为为为1Mbytes/s1Mbytes/s。如如如如果果果果使使使使用用用用HS488HS488协协协协议议议议可可可可使使使使GPIBGPIB的的的的数数数数据据据据传传传传输输输输速速速速率率率率提提提提高高高高到到到到1.6Mbytes/s1.6Mbytes/s（ISAISA总线）。总线）。总
85、线）。总线）。l l优优优优点点点点：可可可可以以以以利利利利用用用用熟熟熟熟悉悉悉悉的的的的GPIBGPIB技技技技术术术术如如如如同同同同控控控控制制制制一一一一台台台台GPIBGPIB仪器一样来控制仪器一样来控制仪器一样来控制仪器一样来控制VXIVXI仪器系统，且系统造价低。仪器系统，且系统造价低。仪器系统，且系统造价低。仪器系统，且系统造价低。l l缺缺缺缺点点点点：由由由由于于于于GPIBGPIB总总总总线线线线的的的的数数数数据据据据传传传传输输输输速速速速率率率率远远远远远远远远低低低低于于于于VXIVXI总总总总线线线线，形形形形成成成成整整整整个个个个系系系系统统统统的的的的
86、数数数数据据据据交交交交换换换换的的的的瓶瓶瓶瓶颈颈颈颈。（VMEVME总总总总线线线线带带带带宽：宽：宽：宽：40Mbytes/s40Mbytes/s）l l应用应用应用应用 适适适适用用用用于于于于对对对对总总总总线线线线控控控控制制制制的的的的实实实实时时时时性性性性要要要要求求求求不不不不高高高高，并并并并需需需需在在在在系系系系统统统统中中中中集成较多集成较多集成较多集成较多GPIBGPIB仪器的场合；仪器的场合；仪器的场合；仪器的场合；2021/6/162021/6/165050b. b. 嵌入式计算机控制方案嵌入式计算机控制方案嵌入式计算机控制方案嵌入式计算机控制方案l l一一一
87、一个个个个嵌嵌嵌嵌入入入入式式式式计计计计算算算算机机机机模模模模块块块块除除除除具具具具有有有有VXIVXI系系系系统统统统控控控控制制制制功功功功能能能能外外外外，还具有一台通用还具有一台通用还具有一台通用还具有一台通用PCPC机的全部功能。机的全部功能。机的全部功能。机的全部功能。l l优点：优点：优点：优点： 所所所所有有有有的的的的模模模模块块块块均均均均插插插插在在在在VXIVXI机机机机箱箱箱箱的的的的背背背背板板板板总总总总线线线线上上上上，能能能能实实实实现现现现高高高高速速速速的的的的数数数数据据据据传传传传送送送送(40Mbytes/s(40Mbytes/s左左左左右右右
88、右) )，且且且且体体体体积积积积紧紧紧紧凑凑凑凑，是是是是实实实实现现现现VXIVXI自动测试系统的最佳配置方案。自动测试系统的最佳配置方案。自动测试系统的最佳配置方案。自动测试系统的最佳配置方案。l l缺点：配置方案的造价及升级费用均较高。缺点：配置方案的造价及升级费用均较高。缺点：配置方案的造价及升级费用均较高。缺点：配置方案的造价及升级费用均较高。l l应用：应用：应用：应用： 由由由由于于于于在在在在系系系系统统统统的的的的体体体体积积积积、控控控控制制制制速速速速率率率率和和和和电电电电磁磁磁磁兼兼兼兼容容容容方方方方面面面面具具具具有有有有优优优优势势势势，因因因因而而而而在在在
89、在性性性性能能能能要要要要求求求求较较较较高高高高和和和和投投投投资资资资较较较较大大大大的的的的场场场场合合合合，如如如如航航航航天天天天、军用等应用领域倍受青睐；军用等应用领域倍受青睐；军用等应用领域倍受青睐；军用等应用领域倍受青睐；2021/6/162021/6/165151c. MXIc. MXI总线控制方案总线控制方案总线控制方案总线控制方案l lMXIMXI是是是是一一一一种种种种多多多多系系系系统统统统扩扩扩扩展展展展接接接接口口口口总总总总线线线线，相相相相当当当当于于于于把把把把VXIVXI机机机机箱箱箱箱的的的的背背背背板板板板总总总总线线线线拉拉拉拉到到到到外外外外部部部
90、部计计计计算算算算机机机机上上上上来来来来，同同同同时时时时可可可可实实实实现现现现多多多多个个个个VXIVXI机机机机箱间的箱间的箱间的箱间的3232位数据交换。位数据交换。位数据交换。位数据交换。l l它它它它可可可可以以以以直直直直接接接接把把把把VXIVXI内内内内存存存存空空空空间间间间映映映映射射射射到到到到外外外外部部部部计计计计算算算算机机机机上上上上，因因因因此此此此在提高数据传输速率方面有很多的优势。在提高数据传输速率方面有很多的优势。在提高数据传输速率方面有很多的优势。在提高数据传输速率方面有很多的优势。l l优点：优点：优点：优点： 综综综综合合合合了了了了第第第第一一
91、一一种种种种(GPIB)(GPIB)方方方方案案案案使使使使用用用用外外外外部部部部计计计计算算算算机机机机灵灵灵灵活活活活方方方方便便便便、易易易易于于于于升升升升级级级级以以以以及及及及第第第第二二二二种种种种(VXI)(VXI)方方方方案案案案高高高高性性性性能能能能的的的的优优优优点点点点，且且且且造造造造价价价价适适适适中中中中。同同同同时时时时还还还还可可可可以以以以在在在在外外外外部部部部计计计计算算算算机机机机上上上上加加加加插插插插GPIBGPIB接接接接口口口口卡卡卡卡、数数数数据据据据采采采采集集集集卡，实现更大规模的系统集成。卡，实现更大规模的系统集成。卡，实现更大规模
92、的系统集成。卡，实现更大规模的系统集成。l l缺点：缺点：缺点：缺点： 与内嵌式方案相比，体积偏大，数据传输速率偏低。与内嵌式方案相比，体积偏大，数据传输速率偏低。与内嵌式方案相比，体积偏大，数据传输速率偏低。与内嵌式方案相比，体积偏大，数据传输速率偏低。应用：应用：应用：应用： 适适适适用用用用于于于于在在在在各各各各种种种种实实实实验验验验室室室室中中中中实实实实现现现现科科科科研研研研系系系系统统统统以以以以及及及及对对对对体体体体积积积积要要要要求求求求不不不不高的场合使用。高的场合使用。高的场合使用。高的场合使用。2021/6/162021/6/1652523 3）PXIPXI仪器总
93、线系统仪器总线系统仪器总线系统仪器总线系统 一种专为工业数据采集与自动化应用独自定制的模块一种专为工业数据采集与自动化应用独自定制的模块一种专为工业数据采集与自动化应用独自定制的模块一种专为工业数据采集与自动化应用独自定制的模块化仪器平台。化仪器平台。化仪器平台。化仪器平台。 PXIPXI与与与与VXIVXI区别：主要是体现在各自的底层总线结构区别：主要是体现在各自的底层总线结构区别：主要是体现在各自的底层总线结构区别：主要是体现在各自的底层总线结构不同。不同。不同。不同。 VXIVXI基于基于基于基于VMEVME总线；总线；总线；总线； PXIPXI基于基于基于基于PCPC机中广泛应用的机中
94、广泛应用的机中广泛应用的机中广泛应用的PCIPCI总线。总线。总线。总线。特点：特点：特点：特点：l lPCIPCI总线最大带宽：总线最大带宽：总线最大带宽：总线最大带宽：132M132Mbytes/sbytes/s；l l可降低成本，零部件和软件可容易地在可降低成本，零部件和软件可容易地在可降低成本，零部件和软件可容易地在可降低成本，零部件和软件可容易地在PCPC产品供应产品供应产品供应产品供应商购得。商购得。商购得。商购得。l l设备尺寸小，能够为便携式、台式或固定框架装置提设备尺寸小，能够为便携式、台式或固定框架装置提设备尺寸小，能够为便携式、台式或固定框架装置提设备尺寸小，能够为便携式
95、、台式或固定框架装置提供通用平台。供通用平台。供通用平台。供通用平台。l lPXIPXI设备能够被操作系统自动识别。设备能够被操作系统自动识别。设备能够被操作系统自动识别。设备能够被操作系统自动识别。2021/6/162021/6/1653535.4.3 5.4.3 虚拟仪器软件系统虚拟仪器软件系统虚拟仪器软件系统虚拟仪器软件系统 1 1）软件结构图）软件结构图）软件结构图）软件结构图l l测试管理层：测试管理层：测试管理层：测试管理层： 是是是是一一一一个个个个带带带带有有有有易易易易于于于于操操操操作作作作界界界界面面面面、用用用用于于于于管管管管理理理理和和和和执执执执行行行行某某某某一
96、一一一测测测测试试试试任任任任务务务务、它它它它为为为为测测测测试试试试系系系系统统统统与与与与操操操操作作作作者者者者的的的的交交交交互互互互、被被被被测测测测器器器器件件件件分分分分析析析析、顺顺顺顺序序序序测测测测试试试试以以以以及分支、循环等提供一个专门的测试运行程序，及分支、循环等提供一个专门的测试运行程序，及分支、循环等提供一个专门的测试运行程序，及分支、循环等提供一个专门的测试运行程序，2021/6/162021/6/165454l l测试程序层：测试程序层：测试程序层：测试程序层： 提提提提供供供供了了了了针针针针对对对对产产产产品品品品的的的的功功功功能能能能测测测测试试试试
97、的的的的软软软软件件件件组组组组件件件件。在在在在这这这这些些些些软软软软件件件件中中中中，几几几几乎乎乎乎所所所所有有有有用用用用于于于于测测测测量量量量、控控控控制制制制和和和和通通通通讯讯讯讯模模模模块块块块的的的的程程程程序序序序代代代代码码码码均均均均已已已已编编编编写写写写完完完完成成成成，供供供供用用用用户户户户调调调调用用用用。用用用用户户户户只只只只需需需需在在在在开开开开发发发发平平平平台台台台上上上上以以以以图图图图形形形形方方方方式式式式调调调调出出出出相相相相应应应应的的的的仪仪仪仪器器器器功功功功能能能能模模模模块块块块和和和和数数数数据据据据处处处处理理理理模模模
98、模块块块块，进进进进行行行行连连连连接接接接组组组组合合合合，就可构成一个具体的仪器，节省用户大量的开发时间。就可构成一个具体的仪器，节省用户大量的开发时间。就可构成一个具体的仪器，节省用户大量的开发时间。就可构成一个具体的仪器，节省用户大量的开发时间。l l驱动程序层：驱动程序层：驱动程序层：驱动程序层： 仪仪仪仪器器器器驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序是是是是以以以以源源源源代代代代码码码码的的的的方方方方式式式式提提提提供供供供给给给给用用用用户户户户，用用用用户户户户可可可可以以以以很很很很容容容容易易易易地地地地优优优优化化化化和和和和增增增增强强强强这这这这些些些些驱驱驱驱动动动动
99、程程程程序序序序，用用用用户户户户可可可可迅迅迅迅速速速速将将将将仪仪仪仪器器器器链链链链入入入入自自自自己己己己的的的的测测测测试试试试系系系系统统统统。标标标标准准准准化化化化的的的的驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序可可可可以以以以在在在在不不不不同同同同的的的的系系系系统统统统和和和和配置中重复使用。配置中重复使用。配置中重复使用。配置中重复使用。l lI/OI/O接口层：接口层：接口层：接口层： 在在在在一一一一个个个个标标标标准准准准化化化化I/OI/O接接接接口口口口软软软软件件件件组组组组件件件件的的的的通通通通用用用用内内内内核核核核上上上上，为为为为用用用用户户户户提提提提供
100、供供供了了了了一一一一个个个个一一一一致致致致的的的的、跨跨跨跨计计计计算算算算机机机机平平平平台台台台的的的的应应应应用用用用编编编编程程程程接接接接口口口口(API)(API)，使使使使用用用用户户户户的的的的测测测测试试试试系系系系统统统统能能能能够够够够自自自自由由由由灵灵灵灵活活活活地地地地选选选选择择择择不不不不同同同同的的的的计计计计算算算算机机机机平平平平台台台台和仪器硬件。和仪器硬件。和仪器硬件。和仪器硬件。2021/6/162021/6/165555虚拟仪器软件系统特点：虚拟仪器软件系统特点：虚拟仪器软件系统特点：虚拟仪器软件系统特点：l l这些软件层的设计均以这些软件层的
101、设计均以这些软件层的设计均以这些软件层的设计均以“ “与设备无关与设备无关与设备无关与设备无关” ”为特征，极为特征，极为特征，极为特征，极大地改善了开发环境。大地改善了开发环境。大地改善了开发环境。大地改善了开发环境。l l虚拟仪器的本质是面向对象，由不同开发人员采用虚拟仪器的本质是面向对象，由不同开发人员采用虚拟仪器的本质是面向对象，由不同开发人员采用虚拟仪器的本质是面向对象，由不同开发人员采用不同开发工具编写的测试程序可方便地集成在一个不同开发工具编写的测试程序可方便地集成在一个不同开发工具编写的测试程序可方便地集成在一个不同开发工具编写的测试程序可方便地集成在一个系统中。系统中。系统中
102、。系统中。l l用户可以使用单一的、前后一致的开发工具完成测用户可以使用单一的、前后一致的开发工具完成测用户可以使用单一的、前后一致的开发工具完成测用户可以使用单一的、前后一致的开发工具完成测试程序的所有部分，包括用户应用程序、测试程序试程序的所有部分，包括用户应用程序、测试程序试程序的所有部分，包括用户应用程序、测试程序试程序的所有部分，包括用户应用程序、测试程序和仪器驱动程序等。和仪器驱动程序等。和仪器驱动程序等。和仪器驱动程序等。2021/6/162021/6/1656562 2）软件开发平台软件开发平台软件开发平台软件开发平台 软件是虚拟仪器系统的关键。软件是虚拟仪器系统的关键。软件是
103、虚拟仪器系统的关键。软件是虚拟仪器系统的关键。 常用软件开发平台：常用软件开发平台：常用软件开发平台：常用软件开发平台：可视编程语言环境可视编程语言环境可视编程语言环境可视编程语言环境Visual C, Visual BASIC Visual C, Visual BASIC ；NINI公司推出公司推出公司推出公司推出LabVIEW LabVIEW 和和和和LabWindows/CVI LabWindows/CVI ；HPHP公司推出了公司推出了公司推出了公司推出了VEEVEE；TektronixTektronix公司推出了公司推出了公司推出了公司推出了TekTMSTekTMS；2021/6/1
104、62021/6/1657573 3）LabVIEWLabVIEW软件开发平台简介软件开发平台简介软件开发平台简介软件开发平台简介l lLabVIEWLabVIEW是一种基于是一种基于是一种基于是一种基于GG语言的图形化开发语言。语言的图形化开发语言。语言的图形化开发语言。语言的图形化开发语言。l lLabVIEWLabVIEW软软软软件件件件平平平平台台台台是是是是一一一一种种种种面面面面向向向向仪仪仪仪器器器器的的的的图图图图形形形形化化化化编编编编程程程程环环环环境境境境，用用用用来来来来进进进进行行行行数数数数据据据据采采采采集集集集、数数数数据据据据分分分分析析析析、数数数数据据据据表
105、表表表达达达达测测测测试试试试、测测测测量量量量和控制、实验室自动化以及过程监控。和控制、实验室自动化以及过程监控。和控制、实验室自动化以及过程监控。和控制、实验室自动化以及过程监控。l l利利利利用用用用LabVIEWLabVIEW可可可可以以以以简简简简化化化化程程程程序序序序的的的的开开开开发发发发工工工工作作作作，以以以以使使使使用用用用户户户户能能能能快速、简便地完成自己的工作。快速、简便地完成自己的工作。快速、简便地完成自己的工作。快速、简便地完成自己的工作。使使使使用用用用LabVIEWLabVIEW开开开开发发发发平平平平台台台台编编编编制制制制的的的的程程程程序序序序称称称称
106、为为为为虚虚虚虚拟拟拟拟仪仪仪仪器器器器程程程程序序序序，简称为简称为简称为简称为VIVI。程序前面板程序前面板程序前面板程序前面板框图程序框图程序框图程序框图程序图标图标图标图标/ /连接器连接器连接器连接器VI2021/6/162021/6/165858LabVIEW的选项板l l程序的创建主要依靠三个选项板：程序的创建主要依靠三个选项板：程序的创建主要依靠三个选项板：程序的创建主要依靠三个选项板：l l工具（工具（工具（工具（ToolsTools）选项板）选项板）选项板）选项板l l控件（控件（控件（控件（ControlsControls）选项板）选项板）选项板）选项板l l函数（函数（
107、函数（函数（FunctionsFunctions）选项板）选项板）选项板）选项板 工具选项板工具选项板工具选项板工具选项板l l使用工具选项板中的工具可创建、修使用工具选项板中的工具可创建、修使用工具选项板中的工具可创建、修使用工具选项板中的工具可创建、修改和调试改和调试改和调试改和调试VIVI。当从工具模板中选择了。当从工具模板中选择了。当从工具模板中选择了。当从工具模板中选择了某种工具后，鼠标光标就变为该工具某种工具后，鼠标光标就变为该工具某种工具后，鼠标光标就变为该工具某种工具后，鼠标光标就变为该工具的形状，表示可以进行某类操作。的形状，表示可以进行某类操作。的形状，表示可以进行某类操作
108、。的形状，表示可以进行某类操作。2021/6/162021/6/165959 控件选项板控件选项板控件选项板控件选项板 控件选项板只用于前面控件选项板只用于前面控件选项板只用于前面控件选项板只用于前面板，用来创建控制器和板，用来创建控制器和板，用来创建控制器和板，用来创建控制器和指示器。指示器。指示器。指示器。 选项板中显示的是一些选项板中显示的是一些选项板中显示的是一些选项板中显示的是一些子选项板的图标，点击子选项板的图标，点击子选项板的图标，点击子选项板的图标，点击图标即可弹出该图标下图标即可弹出该图标下图标即可弹出该图标下图标即可弹出该图标下的子选项板。的子选项板。的子选项板。的子选项板
109、。 2021/6/162021/6/166060l l最常用的控件是：数值型最常用的控件是：数值型最常用的控件是：数值型最常用的控件是：数值型 、布尔型、布尔型、布尔型、布尔型l l数值型数值型数值型数值型 NumericNumericl l主要完成参数设置和结果显示。主要完成参数设置和结果显示。主要完成参数设置和结果显示。主要完成参数设置和结果显示。l l这些控件相当于高级文本编程语言中的变量。这些控件相当于高级文本编程语言中的变量。这些控件相当于高级文本编程语言中的变量。这些控件相当于高级文本编程语言中的变量。l l控制型控件有：数字式、滑动式、进度条式、控制型控件有：数字式、滑动式、进度
110、条式、控制型控件有：数字式、滑动式、进度条式、控制型控件有：数字式、滑动式、进度条式、旋纽式、桶式旋纽式、桶式旋纽式、桶式旋纽式、桶式l l指示型控件有：数字式、表盘式、温度计式、指示型控件有：数字式、表盘式、温度计式、指示型控件有：数字式、表盘式、温度计式、指示型控件有：数字式、表盘式、温度计式、彩色式彩色式彩色式彩色式2021/6/162021/6/166161l l布尔型布尔型布尔型布尔型l l包含控制器和指示器：按钮、开关、指示灯按键等。包含控制器和指示器：按钮、开关、指示灯按键等。包含控制器和指示器：按钮、开关、指示灯按键等。包含控制器和指示器：按钮、开关、指示灯按键等。2021/6
111、/162021/6/166262函数选项板函数选项板函数选项板函数选项板(Functions Palette) (Functions Palette) l l用于创建框图程序用于创建框图程序用于创建框图程序用于创建框图程序2021/6/162021/6/166363程序前面板程序前面板程序前面板程序前面板 程序前面板是程序前面板是程序前面板是程序前面板是VIVI的用户界面，在此界面模拟真实仪表的前面的用户界面，在此界面模拟真实仪表的前面的用户界面，在此界面模拟真实仪表的前面的用户界面，在此界面模拟真实仪表的前面板。板。板。板。 程序前面板主要功能是设置输入数值并观测输出量。程序前面板主要功能是
112、设置输入数值并观测输出量。程序前面板主要功能是设置输入数值并观测输出量。程序前面板主要功能是设置输入数值并观测输出量。 在程序前面板上，输入量被称为控制（在程序前面板上，输入量被称为控制（在程序前面板上，输入量被称为控制（在程序前面板上，输入量被称为控制（ControlsControls），输出量被），输出量被），输出量被），输出量被称为显示（称为显示（称为显示（称为显示（IndicatorsIndicators）。控制和显示是以各种图标形式出现）。控制和显示是以各种图标形式出现）。控制和显示是以各种图标形式出现）。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等。在
113、前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等。在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等。在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等。VIVI程序前面板示例程序前面板示例程序前面板示例程序前面板示例信号发生器前面板信号发生器前面板信号发生器前面板信号发生器前面板2021/6/162021/6/166464频谱分析仪前面板频谱分析仪前面板频谱分析仪前面板频谱分析仪前面板温度计前面板温度计前面板温度计前面板温度计前面板2021/6/162021/6/166565框图程序框图程序框图程序框图程序 框图程序是图形化源代码的集合，每一个程序前面板框图程序是图形化源代码的集合，每一个程序前面板框图程序是
114、图形化源代码的集合，每一个程序前面板框图程序是图形化源代码的集合，每一个程序前面板都对应一段框图程序。都对应一段框图程序。都对应一段框图程序。都对应一段框图程序。 框图程序由端口、节点、图框和连线构成。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。 端口被用来与程序前面板的控制和显示传递数据，端口被用来与程序前面板的控制和显示传递数据，端口被用来与程序前面板的控制和显示传递数据，端口被用来与程序前面板的控制和显示传递数据， 节点被用来实现函数和功能调用，节点被用来实现函数和功能调用，节点被用来实现函数和功能调用，节点被用来实现
115、函数和功能调用， 图框被用来实现结构化程序控制命令，图框被用来实现结构化程序控制命令，图框被用来实现结构化程序控制命令，图框被用来实现结构化程序控制命令， 连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向。的数据流动方向。的数据流动方向。的数据流动方向。2021/6/162021/6/166666框图程序示例：框图程序示例：框图程序示例：框图程序示例：温度计显示框图程序温度计显示框图程序温度计显示框图程序温度计显示框图程序节点端口连线2021/6/162
116、021/6/166767图标图标图标图标/ /连接器连接器连接器连接器 图标图标图标图标/ /连接器是子连接器是子连接器是子连接器是子VIVI被其它被其它被其它被其它VIVI调用的接口。调用的接口。调用的接口。调用的接口。 图标是子图标是子图标是子图标是子VIVI在其它程序框图中被调用的节点表现形式；在其它程序框图中被调用的节点表现形式；在其它程序框图中被调用的节点表现形式；在其它程序框图中被调用的节点表现形式； 连接器表示节点数据的输入连接器表示节点数据的输入连接器表示节点数据的输入连接器表示节点数据的输入 / / 输出口。输出口。输出口。输出口。 用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示
117、一一对应。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。图标图标图标图标/ /连接器示例连接器示例连接器示例连接器示例温度计显示连接器温度计显示连接器温度计显示连接器温度计显示连接器2021/6/162021/6/1668684 4）虚拟仪器的特点：）虚拟仪器的特点：）虚拟仪器的特点：）虚拟仪器的特点：l l丰富和增强了传统仪器的功能丰富和增强了传统仪器的功能丰富和增强了传统仪器的功能丰富和增强了传统仪器的功能 由信号分析、显示、存储、打印及其他功能，充分利用了由信号分析、显示、存储、
118、打印及其他功能，充分利用了由信号分析、显示、存储、打印及其他功能，充分利用了由信号分析、显示、存储、打印及其他功能，充分利用了计算机强大的数据处理、信号传输能力。计算机强大的数据处理、信号传输能力。计算机强大的数据处理、信号传输能力。计算机强大的数据处理、信号传输能力。l l软件即仪表软件即仪表软件即仪表软件即仪表 传统仪器仪表由软件代替，减少了硬仪表存在的时飘以及传统仪器仪表由软件代替，减少了硬仪表存在的时飘以及传统仪器仪表由软件代替，减少了硬仪表存在的时飘以及传统仪器仪表由软件代替，减少了硬仪表存在的时飘以及外界干扰等，是仪表的测量精度、测量速度及可重复性得外界干扰等，是仪表的测量精度、测
119、量速度及可重复性得外界干扰等，是仪表的测量精度、测量速度及可重复性得外界干扰等，是仪表的测量精度、测量速度及可重复性得到大大提高。到大大提高。到大大提高。到大大提高。l l仪器由用户自己定义仪器由用户自己定义仪器由用户自己定义仪器由用户自己定义 可以方便地修改仪表功能、如设计适用的通讯、定时、滤可以方便地修改仪表功能、如设计适用的通讯、定时、滤可以方便地修改仪表功能、如设计适用的通讯、定时、滤可以方便地修改仪表功能、如设计适用的通讯、定时、滤波等，给用户提供了发挥和想象的空间。波等，给用户提供了发挥和想象的空间。波等，给用户提供了发挥和想象的空间。波等，给用户提供了发挥和想象的空间。l l便于
120、构成复杂的测试系统，经济性好便于构成复杂的测试系统，经济性好便于构成复杂的测试系统，经济性好便于构成复杂的测试系统，经济性好 虚拟仪器可以将各种仪表或功能软件集成应用，可方便地虚拟仪器可以将各种仪表或功能软件集成应用，可方便地虚拟仪器可以将各种仪表或功能软件集成应用，可方便地虚拟仪器可以将各种仪表或功能软件集成应用，可方便地实现远程测试、监控、故障诊断等操作。实现远程测试、监控、故障诊断等操作。实现远程测试、监控、故障诊断等操作。实现远程测试、监控、故障诊断等操作。 可以大大节约仪器购买、维护等费用。可以大大节约仪器购买、维护等费用。可以大大节约仪器购买、维护等费用。可以大大节约仪器购买、维护
121、等费用。2021/6/162021/6/166969VI程序l l程序功能要求：程序功能要求：程序功能要求：程序功能要求： 每隔一定时间测量一次温度，显示当前的测量温度每隔一定时间测量一次温度，显示当前的测量温度每隔一定时间测量一次温度，显示当前的测量温度每隔一定时间测量一次温度，显示当前的测量温度值和已运行时间，同时显示实时温度测量曲线。值和已运行时间，同时显示实时温度测量曲线。值和已运行时间，同时显示实时温度测量曲线。值和已运行时间，同时显示实时温度测量曲线。设计前面板设计前面板设计前面板设计前面板（1 1）在前面板放置一个）在前面板放置一个）在前面板放置一个）在前面板放置一个KnobKn
122、ob控件，此圆形旋钮用于控件，此圆形旋钮用于控件，此圆形旋钮用于控件，此圆形旋钮用于选择测量时间间隔。选择测量时间间隔。选择测量时间间隔。选择测量时间间隔。（2 2） 在前面板放置一个布尔型控件开关，此开关用在前面板放置一个布尔型控件开关，此开关用在前面板放置一个布尔型控件开关，此开关用在前面板放置一个布尔型控件开关，此开关用于控制测量的启停。于控制测量的启停。于控制测量的启停。于控制测量的启停。（3 3）在前面板放置一个数值型的指示控件，用于显示）在前面板放置一个数值型的指示控件，用于显示）在前面板放置一个数值型的指示控件，用于显示）在前面板放置一个数值型的指示控件，用于显示程序运行时间。程
123、序运行时间。程序运行时间。程序运行时间。 （4 4）在前面板放置一个图形显示控件，用于显示温）在前面板放置一个图形显示控件，用于显示温）在前面板放置一个图形显示控件，用于显示温）在前面板放置一个图形显示控件，用于显示温度实时测量曲线。度实时测量曲线。度实时测量曲线。度实时测量曲线。2021/6/162021/6/167070l l完成以上步骤后创建出如图所示的前面板。完成以上步骤后创建出如图所示的前面板。2021/6/162021/6/167171设计框图程序设计框图程序（1 1）切换到框图程序窗口，调整数据端口图标的）切换到框图程序窗口，调整数据端口图标的）切换到框图程序窗口，调整数据端口图
124、标的）切换到框图程序窗口，调整数据端口图标的位置，波形图表控件，它在框图程序中出现的位置，波形图表控件，它在框图程序中出现的位置，波形图表控件，它在框图程序中出现的位置，波形图表控件，它在框图程序中出现的初始端口图标是初始端口图标是初始端口图标是初始端口图标是 ，在该图标上右击弹出，在该图标上右击弹出，在该图标上右击弹出，在该图标上右击弹出的快捷菜单中选择显示为图标项，端口图标就的快捷菜单中选择显示为图标项，端口图标就的快捷菜单中选择显示为图标项，端口图标就的快捷菜单中选择显示为图标项，端口图标就变为变为变为变为 。（2 2）选择）选择）选择）选择While LoopWhile Loop，Wh
125、ileWhile循环中的循环中的循环中的循环中的 端口端口端口端口输出输出输出输出WhileWhile循环次数。循环次数。循环次数。循环次数。2021/6/162021/6/167272（3 3）放置随机函数发生器。该函数产生（）放置随机函数发生器。该函数产生（）放置随机函数发生器。该函数产生（）放置随机函数发生器。该函数产生（0 0，1 1）之间的一个随机数，产生的随机数经运算）之间的一个随机数，产生的随机数经运算）之间的一个随机数，产生的随机数经运算）之间的一个随机数，产生的随机数经运算处理后模拟温度采集值。处理后模拟温度采集值。处理后模拟温度采集值。处理后模拟温度采集值。（4 4）放置）
126、放置）放置）放置2 2个乘法函数个乘法函数个乘法函数个乘法函数 。（5 5）放置）放置）放置）放置3 3个数值常量端口。分别输入框图程序个数值常量端口。分别输入框图程序个数值常量端口。分别输入框图程序个数值常量端口。分别输入框图程序中所需的常数。中所需的常数。中所需的常数。中所需的常数。（ 6 6）放置延时函数，该函数控制每次）放置延时函数，该函数控制每次）放置延时函数，该函数控制每次）放置延时函数，该函数控制每次While While 循循循循环的时间间隔，函数的左边端口连接一个数值环的时间间隔，函数的左边端口连接一个数值环的时间间隔，函数的左边端口连接一个数值环的时间间隔，函数的左边端口连接一个数值指定延时的时间，单位为指定延时的时间，单位为指定延时的时间，单位为指定延时的时间，单位为msms。2021/6/162021/6/167373l l（7 7）选用用连线工具根据程序设计原理连接各个节点）选用用连线工具根据程序设计原理连接各个节点）选用用连线工具根据程序设计原理连接各个节点）选用用连线工具根据程序设计原理连接各个节点 ，得到框图程序如下。，得到框图程序如下。，得到框图程序如下。，得到框图程序如下。 2021/6/162021/6/167474 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
