传感器应用技术第14章.ppt

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1、第14章 智能化与自动测试技术 第14章 智能化与自动测试技术14.1 智能式传感器智能式传感器 14.2 智能检测仪表智能检测仪表 14.3 自动测试系统自动测试系统 思考与练习思考与练习 第14章 智能化与自动测试技术 14.1 智能式传感器智能式传感器 14.1.1 14.1.1 智能式传感器的特点智能式传感器的特点智能式传感器的特点具体如下：（1）它具有逻辑思维与判断、信息处理功能，可对检测数值进行分析、修正和误差补偿，因此提高了测量准确度。（2）它具有自诊断、自校准功能，提高了可靠性。（3）它可以实现多传感器多参数复合测量，扩大了检测与使用范围。（4）检测数据可以存取，使用方便。（5

2、）具有数字通信接口，能与计算机直接联机，相互交换信息。第14章 智能化与自动测试技术 14.1.2 14.1.2 智能式传感器的构成智能式传感器的构成图141是DIP型智能式压力传感器的构成框图，它是一个典型的智能式压力传感器。由图可以看出，智能式传感器的构成一般分为三个部分：主传感器、辅助传感器和微机硬件系统。第14章 智能化与自动测试技术 图141 DIP型智能式压力传感器第14章 智能化与自动测试技术 14.1.3 14.1.3 智能式传感器实例智能式传感器实例1.1.DSTJ-3000DSTJ-3000智能式差压、压力变送器智能式差压、压力变送器美国霍尼韦尔公司推出的DSTJ-3000

3、差压、压力变送器，是在同一块半导体基片上用离子注射法扩散配置了差压、静压及温度三种传感元件。如图14-2所示为该变送器的组成框图，它由变送器、现场通信器和传感器脉冲调制器组成。第14章 智能化与自动测试技术 图14-2 DSTJ-3000智能式差压、压力变送器框图 第14章 智能化与自动测试技术 变送器是固态420 mA二线制压力变送器，其组件可以互换，里面由传感器、电源、输入/输出、存储器及微处理器(8bit)组成。现场通信器的作用是发信息，使变送器的预编子程序开始工作。传感器脉宽调制器是将变送器的输出变为脉宽调制信号。DSTJ-3000的特点有：量程宽，可调到1001，而一般模拟变送器仅达

4、101，用一台仪表可覆盖多台变送器的量程；精度高，可达0.1。为了使传感器在整个环境变化的范围内，均能得到非线性补偿，厂家逐台进行差压、静压、温度试验，采集每个测量头的固有特性数据并存入各自的PROM中，通过计算机组成专用三维测试调整系统。第14章 智能化与自动测试技术 2.2.超声波流量变送器超声波流量变送器图14-3为采用微型机的超声波流量变送器的框图，它适用于小口径管道的测量。一般超声波流量变送器仅适用于200300 mm以上大口径的流量测量。由于采用石英振子振荡器，它不仅精度高而且时间间隔测量的分辨率可达0.01 ns以下，因此即使对25 mm的小口径场合也可实现高精度测量。第14章

5、智能化与自动测试技术 图14-3 超声波流量变送器框图 第14章 智能化与自动测试技术 14.2 智能检测仪表智能检测仪表 14.2.1 14.2.1 智能化仪表的特点智能化仪表的特点1.1.结构特点结构特点（1）以微型计算机为核心，其他部分均为外围设备，易于实现模块化积木式结构。（2）采用总线结构，内部采用微计算机的数据总线、地址总线和控制总线；外部采用通用接口总线。（3）面板采用键盘操作，既简化制造工艺，又便于操作。（4）部分硬件可由软件代替，成本低、功能灵活、体积小、重量轻。第14章 智能化与自动测试技术 2.2.性能特点性能特点（1）存储功能：可对大量的数据（测量结果、各种标准量值或备

6、用参数）进行存储。（2）运算功能：对被测量进行数学运算，如求平均值、方差、百分误差等。（3）控制功能：用软件代替传统的逻辑电路进行各种逻辑判断，使系统的控制功能更加灵活、可靠，如量程的自动控制。（4）补偿功能：对周围环境的影响和被测量的特性进行补偿。第14章 智能化与自动测试技术（5）自校准功能：自动对机箱内的基准量进行测量，并获得一组校准参数，然后通过运算功能进行处理。（6）自诊断功能：对装置的主要环节自动进行故障诊断，从而提高可靠性和可维修性。智能检测系统因为具有上述特点，所以不仅使其一次可获得并处理大批信息，使实时处理得以实现，而且在整体功能、测量精度和测量范围方面也得到巨大改进。因此，

7、智能化检测仪表不仅是仪器仪表，而且是自动控制和机器人的发展方向。第14章 智能化与自动测试技术 14.2.2 14.2.2 智能化仪表实例智能化仪表实例1.1.智能化超声波测厚仪智能化超声波测厚仪如图14-4 所示是智能化超声波测厚仪的构成框图。下面简述其工作过程及性能特点。第14章 智能化与自动测试技术 图14-4 智能化超声波测厚仪 第14章 智能化与自动测试技术 单片机复位，显示器显示“u=?”。当键入声速度后，电路立刻发出同步脉冲，触发脉冲激励电路产生一个周期多一些的脉冲波形，激励超声波发射头发出超声波。超声波接收探头接收到的是激发的始波，第一个底波，迟到波及第二个底波、第三个底波。这

8、一群脉冲经放大后，除始波外均变成很细的线脉冲。第14章 智能化与自动测试技术 当延迟脉冲到来时，始波脉冲使1216位计数器开始对石英晶体振荡器产生的时钟脉冲（33 MHz）计数；当第一个底波脉冲到来时停止计数，并使CPU读入计数器所记录的数字。延迟脉冲是由激发脉冲经延时器产生的，延时时间恰好等于或略小于探头内部的延时块声程时间，其误差将由计算机自行扣除，所以延时器不需精确调节。当CPU接到第一个底波脉冲后，就立刻读计数器所记的数值，并进行累加，自动延时几百微秒，再发同步脉冲。同步脉冲一方面使记数器清零，同时又触发激励脉冲进行第二次测量。这样周而复始，当累加的总数字或测量的次数超过某一数值时，计

9、算机就不再发同步脉冲，开始进行计算、显示、打印或存储。第14章 智能化与自动测试技术 机器的性能：通过机械扫描器驱动探头乱扫描，探头的随机坐标会同时存入RAM，一次可连续测量及存储8000点，这样集中一次打印即可显示腐蚀图像，还可打印每一腐蚀区的面积及厚度；机器的测量范围为0.5200 mm，分辨率为0.1 mm；亦可测声速，精度为1；具有多种处理功能。第14章 智能化与自动测试技术 2.2.智能式红外测温仪智能式红外测温仪 智能红外测温仪与常见红外测温仪相比，具有如下突出特点：（1）具有信息处理与计算功能，可对测量数据进行各种处理与复杂运算，如输出特性线性化处理等，减少非线性误差。（2）具有

10、判断功能，可精确地确定仪器工作环境温度状态与变化情况，因而可以对测量数据进行修正与补偿，减少温度误差，提高测量的准确度。第14章 智能化与自动测试技术（3）对测量数据可以存取，使用方便。（4）具有通用接口，可与PC机通信，便于实现全系统集中监控。（5）便于实现有关常数设置与更换，如报警值设置、更换等，扩大了使用功能。（6）充分发挥与利用软件优势，采用软件代替部分硬件，如软件提取峰值、线性化处理、步进电机驱动等。这样既精简了仪器硬件电路，使仪器结构紧凑，又提高了仪器测量准确度与稳定性。第14章 智能化与自动测试技术 图14-5 智能红外测温仪原理框图第14章 智能化与自动测试技术 图14-6 智

11、能红外测温仪主程序流程图第14章 智能化与自动测试技术 14.3 自动测试系统自动测试系统 14.3.1 14.3.1 IEEE-488(IB)IEEE-488(IB)的总线结构的总线结构 IEEE-488(IB)的总线是由一条24芯的无源电缆组成的。所挂设备分为三种功能：“讲者”即发话器，“听者”即收听器，“控者”即控制器。系统基本结构如图14-7所示。第14章 智能化与自动测试技术 图14-7 IEEE-488（IB）总线系统基本结构 第14章 智能化与自动测试技术 总线所挂设备功能可分为：只有讲功能，如测量仪器、数据采集器等；只有听功能，如打印机、绘图仪、记录仪等；兼有讲、听功能，如计算

12、机及可由外部控制的测量仪器和数据采集器等；计算机具有讲、听、控三种功能。在一个系统中，可以设置多个“讲者”，但在同一时刻只能有一个“讲者”起作用，可允许有多个“听者”同时工作，不允许两个或两个以上“讲者”同时工作。第14章 智能化与自动测试技术 24条总线的功能如下：（1）8条双向数据总线(DIO1DIO8)，用来传送8位数据，7位地址与命令。总线中设有地址总线和专门控制总线。（2）5条接口控制总线用来控制接口的功能，可以用一条线进行控制，也可以用多条线编组控制。第14章 智能化与自动测试技术 ATN为“注意”，由控者发出。当ATN=0时，数据总线含有1位到8位的数据，“讲者”与“听者”将使用

13、数据总线。当ATN=1时，数据总线含有7位命令或7位地址。IFC为“接口清除”，由控者发出。当IFC=0时，总线系统初始化，恢复到原始状态，所有“听者”不被访问，所有“讲者”停止发送。SRQ为“服务请求”，各装备的SRQ线是“线或”在一起的，任何一个设备均可使SRQ=0，向控者提出服务请求，控者接到SRQ便查询发出者。第14章 智能化与自动测试技术 REN为“远程启动”，REN=1，且收到听地址时，便成为远程操作状态。REN=0，则为本地操作状态。ROI为“结束或识别”，与ATN一起用于并行查询或用于指示数据传送结束。并行查询就是8根DIO分配给8个所要查看的设备，同时查看8个设备的状态。当A

14、TN=0、EOI=1时、表示数据传送结束。当ATN=1、EOI=1时，通知各设备并行查询开始。第14章 智能化与自动测试技术（3）三条数据传送线，提供数据总线上信息交换的时序。它们是DAV(数据有效)、NRFD(“听者”未准备好)和NDAC(“听者”没接到数据)。另有8条逻辑地线及屏蔽线，其中有6条与信号线对应构成双绞线对。IEC-IB总线多了一条与EOI线绞合的逻辑地线，连接插座也成了25脚。第14章 智能化与自动测试技术 14.3.2 14.3.2 IEEE-488(IB)IEEE-488(IB)标准的其他特点标准的其他特点IEEE-488（IB）标准的其他特点具体如下：（1）具有TTL电

15、平，采用负逻辑。即低电平0.8 V，逻辑为“1”；高电平0.2 V,逻辑为“0”。（2）采用标准的24条引脚的插头座。（3）按位并行和字节串行的方式传输数据。（4）采用3线式信号交换(又称3线挂钩)的异步确认方式控制数据传输，故允许连接快慢不同的设备一起工作。第14章 智能化与自动测试技术（5）理论上，在最大电缆长度为15 m时，数据的最高传送速度为1 MB/s。采用集电极开路型逻辑驱动器时，其数据传输速率为0.25 MB/s。(6)总线上最多可连接15个设备，整个系统的连接电缆最大长度为20 m。仪器间电缆最长为4 m，但可通过缓冲器和调制解调器使之几乎无限延长。利用一种扩展器可将IEEE-

16、488(IB)转换到其他光数据通讯线或RS-232C上。(7)IEEE-488(IB)的配置方案一般采用带形或星形，如图14-8所示。第14章 智能化与自动测试技术 图14-8 IEEE-488(IB)的配置方案 第14章 智能化与自动测试技术 14.3.3 IEEE-488(IB)系统的运行系统的运行 图14-9 IEEE-488（IB）系统运行的示意图第14章 智能化与自动测试技术 在IEEE-488（IB）系统中，数百个压力传感器接到被测试火箭的各测试点上，扫描器将采集到的原始数据陆续送往电桥，把电桥输出的模拟量及数字电压表输出的数字量送给打印机记录下来，计算机作为整个系统的“控制者”。

17、数据采集系统按以下顺序工作：（1）计算机作为“控制者”先用IFC清除接口，系统可开始工作。（2）“控制者”发出命令使所有装置处于初始状态。（3）“控制者”发出扫描器的听地址，对其作听寻址。扫描器接受寻址后成为“听者”，“控制者”接着发送数据选择一个指定的传感器。第14章 智能化与自动测试技术（4）“控制者”发出一个“停听”命令，接着再发出电桥的听地址对其寻址，当电桥成为“听者”后，就接收由选定传感器送来的数据。（5）“控制者”再发出一个“停听”命令，接着发出电桥的讲地址，数字电压表的听地址，使数字电压表成为“听者”，电桥成为“讲者”于是数字电压表便读取电桥送来的测量数据。（6）“控制者”再次发

18、出一个“停听”命令，接着再发出自己的听地址，使计算机成为“听者”。然后再发出数字电压表的讲地址，这时自动取消电桥的“讲者”资格，数字电压表成为“讲者”。第14章 智能化与自动测试技术（7）当数字电压表完成测量后，它就将测量结果送至计算机。（8）计算机处理完送来的数据，再作为“控制者”清除接口，并发出打印机听地址，接着输出处理后的结果。（9）打印机打印送来的数据。全部打印完后，“控制者”又可以选择下一个压力传感器，开始新的循环。第14章 智能化与自动测试技术 思思 考考 与与 练练 习习 14-1 什么是智能式传感器？试叙述智能式传感器的特点。14-2 智能化仪表由哪几部分组成？智能化仪表有哪些特点？14-3 自动测试系统与智能化仪表有哪些区别？14-4 试述IEEE-4888的24条总线功能。14-5 举例说明IEEE-4888系统的运行过程。