现代传感技术幻灯片.ppt

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1、现代传感技术第1页，共56页，编辑于2022年，星期一10.1传感器新技术的发展传感器新技术的发展n传感器新技术的发展，主要有以下几个方面:n1.发现并利用新现象n2.利用新材料n3.微机械加工技术n4.集成传感器n5.智能化传感器第2页，共56页，编辑于2022年，星期一102无损检测诊断技术新进展无损检测诊断技术新进展n1021常用无损检测方法常用无损检测方法n无损检测的方法很多，工业上最常用的无损检测方法有5种。n1射线探伤(RT)n2超声检测(UT)n3渗透探查(PT)n4磁粉检测(MT)n5涡流检测(ET)第3页，共56页，编辑于2022年，星期一磁粉检测法磁粉检测法磁悬液磁悬液磁粉

2、检测仪磁粉检测仪 将将磁悬液磁悬液喷洒在工件表面，将磁粉检测头喷洒在工件表面，将磁粉检测头夹持在被测工件上，通以数百安培的电流，工夹持在被测工件上，通以数百安培的电流，工件中将产生磁场，工件表面的裂纹可因磁粉的件中将产生磁场，工件表面的裂纹可因磁粉的不均匀分布而显示出来。不均匀分布而显示出来。第4页，共56页，编辑于2022年，星期一X X光探伤光探伤 将将x x光发生器对准被测位置，将感光片贴光发生器对准被测位置，将感光片贴在物体背面，人离开后通上高压电，再将感在物体背面，人离开后通上高压电，再将感光片冲洗出影像，即可观察到缺陷。光片冲洗出影像，即可观察到缺陷。第5页，共56页，编辑于202

3、2年，星期一CT探伤成像探伤成像（参考（参考中国工程物理研究院应用电子学研究所资料）中国工程物理研究院应用电子学研究所资料）第6页，共56页，编辑于2022年，星期一德国Huerth 重仅1公斤，USM Go是GE传感与检测科技推出的最轻最便携的超声波探伤仪。第7页，共56页，编辑于2022年，星期一厦门市涡流检测技术研究所 ET-209便携涡流探伤仪便携涡流探伤仪ET-737A数码涡流仪数码涡流仪第8页，共56页，编辑于2022年，星期一ET-100 钢管腐蚀扫查仪钢管腐蚀扫查仪 第9页，共56页，编辑于2022年，星期一n1022无损检测诊断新技术无损检测诊断新技术n1正电子湮灭检测诊断技

4、术n2液晶检测诊断技术n3中子照相检测诊断技术n4磁记忆效应检测诊断技术第10页，共56页，编辑于2022年，星期一安全检查第11页，共56页，编辑于2022年，星期一nEMS-2003 智能便携式磁记忆涡流检测仪 EMS-2000+智能化磁记忆金属诊断仪（应力集中检测仪）第12页，共56页，编辑于2022年，星期一n n根据金属磁记忆效应原理,实验证明,在地磁的作用下,在役铁磁性工件的缺陷和夹杂部位,会产生磁畴归一现象,并在其上出现漏磁场。在缺陷位置和/或内应力相对集中的地方,金属导磁率最小,其磁场切向分量具有最大值,而法向分量则改变符号,具有零值。对工件表面漏磁场法向分量进行扫描检测,便可

5、确定应力集中区域,从而间接地判断该铁磁性工件是否存在缺陷。对在役设备由于材料不连续性(缺陷)而导致应力集中,以全新的快捷检测方式,给出设备疲劳损伤的早期诊断。配有多种不同形式的传感器及长度计测器,以适应不同形式的检测需要。可用于锅炉压力容器、管道、叶片、轴承、铁轨、齿轮对、焊接部位及其它铁磁性金属构件的检测。第13页，共56页，编辑于2022年，星期一103虚拟仪器技术虚拟仪器技术n1031虚拟仪器简介n 虚拟仪器技术，就是根据用户的要求由软件定义通用测量硬件的功能.n 虚拟仪器通常由传感器、信号采集与调理单元、数据采集板卡和计算机软硬件系统组成.第14页，共56页，编辑于2022年，星期一虚

6、拟仪器的组成第15页，共56页，编辑于2022年，星期一 虚拟仪器的组成也可描述为高效的软件，模块化I/O硬件以及用于集成的软硬件平台3部分；利用虚拟仪器技术，工程师们可以按照自己的具体要求来定制硬件的功能，从而在很少的时间内开发出高性能，高扩展性的集成系统。虚拟仪器的组成第16页，共56页，编辑于2022年，星期一n虚拟仪器的分类虚拟仪器的分类n（1）PC总线总线插卡型虚拟仪器插卡型虚拟仪器 n（2）并行口式虚拟仪器）并行口式虚拟仪器 n（3）GPIB总线方式的虚拟仪器总线方式的虚拟仪器 n（4）VXI总线方式虚拟仪器总线方式虚拟仪器 VXI n（5）PXI总线方式虚拟仪器总线方式虚拟仪器

7、PXI n（6）外挂型串行总线虚拟仪器）外挂型串行总线虚拟仪器 n（7）网络化虚拟仪器）网络化虚拟仪器 第17页，共56页，编辑于2022年，星期一虚拟仪器的集成虚拟仪器的集成第18页，共56页，编辑于2022年，星期一表10-1 虚拟仪器与传统仪器的性能比较虚拟仪器 传统仪器 开发和维护费用低 开发和维护费用高 技术更新周期短(0.51年)技术更新周期长（5lO年)软件是关键 硬件是关键 价格低 价格昂贵 开放灵活与计算机同步，可重复用和重配置 固定 可用网络联络周边各仪器 只可连有限的设备 自动、智能化、远距离传输 功能单一，操作不便 第19页，共56页，编辑于2022年，星期一虚拟仪器系

8、统由软件和硬件组成虚拟仪器系统由软件和硬件组成第20页，共56页，编辑于2022年，星期一一个设备实现不同应用一个设备实现不同应用不同的设备实现同一应用不同的设备实现同一应用 虚拟仪器的灵活性体现在以上虚拟仪器的灵活性体现在以上两种情况。两种情况。第21页，共56页，编辑于2022年，星期一虚拟仪器与传统仪器硬件性能的比较虚拟仪器与传统仪器硬件性能的比较第22页，共56页，编辑于2022年，星期一第23页，共56页，编辑于2022年，星期一虚拟仪器的编程软件虚拟仪器的编程软件LabVIEWLabVIEW的前面板第24页，共56页，编辑于2022年，星期一LabVIEW的程序框图第25页，共56

9、页，编辑于2022年，星期一参考程序前面板第26页，共56页，编辑于2022年，星期一 104多传感器数据融合技术多传感器数据融合技术n单一传感器只能获得环境或被测对象的部分单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段，而多传感器信息经过融合后能够完信息段，而多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环境的特征。经过融合后善地、准确地反映环境的特征。经过融合后的传感器信息具有以下特征：的传感器信息具有以下特征：信息冗余性、信息冗余性、信息互补性、信息实时性、信息获取的低成信息互补性、信息实时性、信息获取的低成本性本性。n定义定义：将经过集成处理的多传感器信息进行将经过集成处理的多传感器信息进

10、行合成，形成一种对外部环境或被测对象某一合成，形成一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式特征的表达方式。第27页，共56页，编辑于2022年，星期一优点优点n增加了系统的生存能力增加了系统的生存能力n扩展了空间覆盖范围扩展了空间覆盖范围n扩展了时间覆盖范围扩展了时间覆盖范围n提高了可信度提高了可信度n降低了信息的模糊度降低了信息的模糊度n改善了探测性能改善了探测性能n提高了空间分辨率提高了空间分辨率n增加了测量空间的维数增加了测量空间的维数第28页，共56页，编辑于2022年，星期一n10.4.2数据融合层次数据融合层次n数据融合层次的划分主要有两种方法。n第一种方法是将数据融合划分为低层

11、(数据级或像素级)、中层(特征级)和高层(决策级)。n另一种方法是将传感器集成和数据融合划分为信号级、证据级和动态级。第29页，共56页，编辑于2022年，星期一10.4.3数据融合过程数据融合过程数据融合过程第30页，共56页，编辑于2022年，星期一1044多传感器数据融合中的传感器工作方式多传感器数据融合中的传感器工作方式 n从多传感器数据融合的角度，传感器相互之间的工作方式主要分为三种，即互补方式、竞争方式和协同方式。n传感器可以看成是一种获取被感知环境在给定时刻的信息的装置，其可以定义为一个具有两个自 变量的函数，一个自变量为被感知环境，另一个自变量为时间，用数学公式来表达 第31页

12、，共56页，编辑于2022年，星期一局部局部处理器处理器局部局部处理器处理器 外部逻辑外部逻辑中央中央处理器处理器传感器信号传感器信号先验信息修正信息先验信息修正信息传感器故障检测系统一种雷达测量的数据融合结构第32页，共56页，编辑于2022年，星期一控制和信息融合计算机自主移动装配机器人装配机械手力觉传感器触觉传感器视觉传感器超声波传感器激光测距传感器多传感器数据融合自主移动装配机器人第33页，共56页，编辑于2022年，星期一行扫描处理器红外探测器 直流偏压AGC搜索器万向支架惯性导航系统图像摄像机万向支架图像处理共享存储器数据融合处理器环境控制显示记录人机界面图像摄像机传感器海军舰船传

13、感器数据融合系统第34页，共56页，编辑于2022年，星期一传感器信号处理ADC单片机显示第35页，共56页，编辑于2022年，星期一n105传感器网络技术传感器网络技术n 通信技术和计算机技术的飞速发展，人类社会已经进入了网络时代。n 智能传感器的开发和大量使用，导致了在分布式控制系统中，对传感信息交换提出了许多新的要求。n 第36页，共56页，编辑于2022年，星期一第37页，共56页，编辑于2022年，星期一n传感器节点一般由传感单元、处理单元、收发单元、电源单元等功能模块组成。除此之外根据具体应用的需要还可能有定位单元、电源再生单元和移动单元等。传感器网络节点组成示意图第38页，共56

14、页，编辑于2022年，星期一传感器网络结构示意图第39页，共56页，编辑于2022年，星期一传感器网络的主要功能n参数计算。n事件检测。n目标监测。n目标跟踪实现被测对象的跟踪。第40页，共56页，编辑于2022年，星期一传感器网络的主要特点传感器节点数量巨大且密度较高n常规运行处于低功耗状态n具有很强的网络自组织能力n具备信息融合的数据处理n具有灵活的数据搜索功能n对检测环境的干扰和侵蚀小n具备互补性和容错能力第41页，共56页，编辑于2022年，星期一传感器传感器1传感器传感器2传感器传感器3信号处理器信号处理器信号处理器信号处理器信号处理器信号处理器计算机计算机计算机计算机计算机计算机传

15、传输输线线执行器执行器执行器执行器执行器执行器 分布式传感器网络系统结构分布式传感器网络系统结构 第42页，共56页，编辑于2022年，星期一n传感器网络的作用传感器网络的作用n 传感器网络可以实施远程采集数据，并进行分类存储和应用。n 传感器网络上的多个用户可同时对同一过程进行监控。n 凭借智能化软硬件，灵活调用网上各种计算机、仪器仪表和传感器各自的资源特性和潜力。n 区别不同的时空条件和仪器仪表、传感器的类别特征，测出临界值，作出不同的特征响应，完成各种形式、各种要求的任务。第43页，共56页，编辑于2022年，星期一n 专家们高度评价和推崇传感器网络，把传感器网络同塑料、电子学、仿生人体

16、器官一起，看作是全球未来的四大高技术产业。n 预言它们将掀起新的产业浪潮。第44页，共56页，编辑于2022年，星期一n传感器网络的结构传感器网络的结构n 传感器网络可用于人类工作、生活、娱乐的各个方面，可用于办公室、工厂、家庭、住宅小区、机器人、汽车等多种领域。n 传感器网络的结构形式多种多样，可以是全部互连形的分布式传感器网络系统。也可以是多个传感器计算机工作站和一台服务器组成的主从结构传感器网络。n 网络形式可以是以太网或其它网络形式，总线连接可以是环形、星形、线形。第45页，共56页，编辑于2022年，星期一传感器传感器1传感器传感器n计算机计算机n计算机计算机1执行器执行器执行器执行

17、器存储器存储器服务器服务器总总线线连连接接主从结构传感器网络主从结构传感器网络 第46页，共56页，编辑于2022年，星期一n 传感器网络还可以是多个传感器和一台计算机或单片机组成的智能传感器.n 传感器网络可以组成个人网、局域网、城域网，甚至可以连上遍布全球的Internet互联网。n 若将数量巨大的传感器加入互联网络，则可以将互联网延伸到更多的人类活动领域。第47页，共56页，编辑于2022年，星期一亮度传感器亮度传感器烟雾传感器烟雾传感器温度传感器温度传感器声音传感器声音传感器气压传感器气压传感器按键接口电路按键接口电路数数字字信信号号处处理理接接口口单片机单片机执行执行设备设备LCD显

18、示显示设备设备传感器网络组成的智能传感器传感器网络组成的智能传感器 第48页，共56页，编辑于2022年，星期一传感器传感器1传感器传感器n数字数字信号信号处理器处理器A/D转换转换A/D转换转换数字数字信号信号处理器处理器Internet网网用户用户1用户用户n数量巨大的传感器加入数量巨大的传感器加入Internet互联网络互联网络 第49页，共56页，编辑于2022年，星期一n 目前，传感器网络建设工作遇到的最大问题是传感器的供电电源问题。n 理想的情况是能保持几年不更换的高效能电池，或采用耗电少的传感器。n 值得关注的是，随着移动通信技术的发展，传感器网络也正朝着开发无线传感器网络的方向

19、发展。第50页，共56页，编辑于2022年，星期一上电上电自检测自检测电路电路热电偶热电偶传感器传感器电电子子模模拟拟开开关关热电偶热电偶信号信号处理处理电路电路DSP显示显示电路电路接口接口CAN驱动器驱动器DC-DC开关电源开关电源电源总线电源总线CAN总线总线航空发动机智能温度传感器航空发动机智能温度传感器 显示器显示器控控制制系系统统第51页，共56页，编辑于2022年，星期一操作员工作站操作员工作站操作员工作站操作员工作站电源驱动电源驱动自动控制器件自动控制器件工程师工作站工程师工作站监管系统监管系统传感器传感器执行器执行器传感器传感器执行器执行器传感器传感器执行器执行器高速现场总线

20、高速现场总线低速现场总线低速现场总线高速现场总线高速现场总线 现场总线控制系统现场总线控制系统 第52页，共56页，编辑于2022年，星期一网网管管BACnet协议协议网络网络存储器存储器办公系统节点办公系统节点设备系统节点设备系统节点安保系统节点安保系统节点消防系统节点消防系统节点通信系统节点通信系统节点执行器执行器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器执行器执行器执行器执行器执行器执行器执行器执行器楼宇自动化网络系统楼宇自动化网络系统 第53页，共56页，编辑于2022年，星期一X-10传感器传感器网络网络存储器存储器计算机计算机音响电视通信节点音响电视通信节点空调通

21、风供暖节点空调通风供暖节点安防呼叫报警节点安防呼叫报警节点电炊具热水器节点电炊具热水器节点照明电器门磁节点照明电器门磁节点分布在分布在各房间、厨各房间、厨房、卫生间、房、卫生间、门外、窗外的门外、窗外的微波、微波、红外、红外、温度、温度、湿度、湿度、气体传感器气体传感器各设备各设备执行器执行器远程抄表设远程抄表设备管理备管理有线有线电视电视电话电话小区小区网网家庭自动化网络结构家庭自动化网络结构 第54页，共56页，编辑于2022年，星期一n实训实训n 传感器信号无线通信传输系统如图所示。n 用计算机摄像头或拍照手机通过Internet网或无线通信传输网给同学的计算机或手机发送自己的工作图像。第55页，共56页，编辑于2022年，星期一传传感感器器传传感感器器信信号号处处理理器器信信号号处处理理器器A/D转转换换器器A/D转转换换器器ROMCPURAMRAMCPUROM移移动动通通信信收收发发器器移移动动通通信信收收发发器器Internet网网网关网关移动移动交换交换控制控制中心中心移动用户移动用户移动机站移动机站传感器移动通信网络传感器移动通信网络 第56页，共56页，编辑于2022年，星期一