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1、第第1212章章 现代传感系统概述现代传感系统概述v12.1 12.1 现代传感系统的现代传感系统的组成特点和发展趋势组成特点和发展趋势v12.2 12.2 分布式测量系统分布式测量系统v12.3 12.3 现场总线系统现场总线系统v12.4 12.4 虚拟仪器虚拟仪器12.1 12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势现代传感系统的组成特点和发展趋势v现代传感系统是传感器及其应用系统的总称，实现信息量采现代传感系统是传感器及其应用系统的总称，实现信息量采集、处理、远程操作、资源网络化共享，高效完成复杂、艰集、处理、远程操作、资源网络化共享，高效完成复杂、艰巨的测量控制任务，综合体现了信息获取
2、、处理、传输及利巨的测量控制任务，综合体现了信息获取、处理、传输及利用等环节的技术集成优势，是现代信息社会测量控制与仪器用等环节的技术集成优势，是现代信息社会测量控制与仪器仪表学科重要的发展方向之一。仪表学科重要的发展方向之一。v现代传感系统由现代传感系统由传感器节点传感器节点、通信网络通信网络、中央处理服务器中央处理服务器、处理电路处理电路和和相关软件相关软件组成，集成了传感器技术、分布式测量组成，集成了传感器技术、分布式测量技术、计算机技术、网络通讯技术、现场总线技术、智能仪技术、计算机技术、网络通讯技术、现场总线技术、智能仪器技术、虚拟仪器技术等，可以满足现代测量、控制和数据器技术、虚拟
3、仪器技术等，可以满足现代测量、控制和数据处理的多种需求。处理的多种需求。12.1 12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势现代传感系统的组成特点和发展趋势v特点特点：协作性、自治性、灵活性、开放性、：协作性、自治性、灵活性、开放性、可扩展性、智能化。可扩展性、智能化。v发展趋势发展趋势：网络化、智能化、数据融合、：网络化、智能化、数据融合、微微功耗和微型化。功耗和微型化。12.1 12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势现代传感系统的组成特点和发展趋势v协作性协作性：现代传感系统中各分散的基本功能单元通过网络互：现代传感系统中各分散的基本功能单元通过网络互连，进行数据传输，实现资源共享，协
4、同工作，完成大型、连，进行数据传输，实现资源共享，协同工作，完成大型、复杂的测量任务；各节点设备功能可动态配置，信息量大、复杂的测量任务；各节点设备功能可动态配置，信息量大、速度快、信息数字化，可远距离传输，系统监控不受地域限速度快、信息数字化，可远距离传输，系统监控不受地域限制，系统结构开放、灵活。制，系统结构开放、灵活。v自治性自治性：现代传感系统具有根据已有知识和经验、以理性的：现代传感系统具有根据已有知识和经验、以理性的方式进行推理和学习的功能。能感知自身状态和所处环境的方式进行推理和学习的功能。能感知自身状态和所处环境的变化，能不需要其它实体的干预情况下，通过主动行为来适变化，能不需
5、要其它实体的干预情况下，通过主动行为来适应这种变化并做出适当响应。应这种变化并做出适当响应。12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点 12.1.1 12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点v灵活性灵活性：用户可以根据功能需要选择不同供应商提供的设备，：用户可以根据功能需要选择不同供应商提供的设备，或为了探测不同量型信息的不同类型传感器和测量设备，构或为了探测不同量型信息的不同类型传感器和测量设备，构成传感系统。用通讯协议来协同设备间的联系，实现信息交成传感系统。用通讯协议来协同设备间的联系，实现信息交换、融合和资源共享，互联设备间、系统间的信息安全传
6、送，换、融合和资源共享，互联设备间、系统间的信息安全传送，实现系统信息的统一、协调处理。实现系统信息的统一、协调处理。v开放性开放性：可以根据单一任务和多任务组成不同规模的传感系：可以根据单一任务和多任务组成不同规模的传感系统，规模可大可小。系统还可以新任务的需要，不断地添加统，规模可大可小。系统还可以新任务的需要，不断地添加新的传感单元；也可以随着某任务的完成或因传感单元发生新的传感单元；也可以随着某任务的完成或因传感单元发生故障，使某些传感单元退出系统，而不会影响整个传感系统故障，使某些传感单元退出系统，而不会影响整个传感系统的正常运行。的正常运行。12.1.1 12.1.1 现代传感系统
7、的组成及特点现代传感系统的组成及特点v可扩展性可扩展性：系统为完成特定任务而组织在一起时，各单元之：系统为完成特定任务而组织在一起时，各单元之间合理地分配任务，相互协作，解决由单一单元不能完成的间合理地分配任务，相互协作，解决由单一单元不能完成的复杂问题。针对不同的测量任务，系统可以随时增加或除去复杂问题。针对不同的测量任务，系统可以随时增加或除去某个硬件而不必改变结构。系统可以增加新的测量功能而不某个硬件而不必改变结构。系统可以增加新的测量功能而不需重新设计，软件可以不断升级，功能不断扩展。需重新设计，软件可以不断升级，功能不断扩展。v智能化智能化：系统具有自诊断、自修正和自保护功能，能确定
8、故：系统具有自诊断、自修正和自保护功能，能确定故障位置、识别故障状态等，传感测量、补偿计算、工程测量障位置、识别故障状态等，传感测量、补偿计算、工程测量处理与控制等功能可以在系统内完成；可以随时诊断设备的处理与控制等功能可以在系统内完成；可以随时诊断设备的运行状态，提供可选择的运行操作方案；可以根据不同的测运行状态，提供可选择的运行操作方案；可以根据不同的测量要求，选择合理的工作流程，对信息进行综合分析处理，量要求，选择合理的工作流程，对信息进行综合分析处理，对运行状态进行预测。对运行状态进行预测。12.1.1 12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点v集成化集成化：硬件
9、上可将原来分散的、各自独立的传感器集成为：硬件上可将原来分散的、各自独立的传感器集成为具有多敏感功能的传感系统，实现多参数测量，全面反应被具有多敏感功能的传感系统，实现多参数测量，全面反应被测对象的综合信息。软件支持平台可帮助用户将多个测量设测对象的综合信息。软件支持平台可帮助用户将多个测量设备集成到单个系统，利用网络或总线技术为接入设备提供标备集成到单个系统，利用网络或总线技术为接入设备提供标准接口，可以组建不同规模的测试系统，具有再开发、可重准接口，可以组建不同规模的测试系统，具有再开发、可重组性。软、硬件的模块化处理，方便了系统集成，减小了维组性。软、硬件的模块化处理，方便了系统集成，减
10、小了维护工作量。护工作量。v网络化网络化：系统利用通信网络、总线和各种标准接口，不受时：系统利用通信网络、总线和各种标准接口，不受时空制约地把所需的信息采集、传输、处理、控制等组成一个空制约地把所需的信息采集、传输、处理、控制等组成一个统一的整体。统一的整体。12.1.2 12.1.2 现代传感系统的发展趋势现代传感系统的发展趋势v网络化网络化：可以实现资源共享，使已有资源得到充分：可以实现资源共享，使已有资源得到充分利用，从而实现多系统、多专家的协同测试与诊断。利用，从而实现多系统、多专家的协同测试与诊断。用户可以完成单机不能完成的工作，使用远程数据用户可以完成单机不能完成的工作，使用远程数
11、据库的强大功能和海量存储，对数据进行存取和共享；库的强大功能和海量存储，对数据进行存取和共享；重要数据实现多机备份，提高了系统的稳定性，实重要数据实现多机备份，提高了系统的稳定性，实现了整个测控过程的高度自动化、智能化，同时减现了整个测控过程的高度自动化、智能化，同时减少硬件的设置，有效降低了系统的成本。少硬件的设置，有效降低了系统的成本。12.1.2 12.1.2 现代传感系统的发展趋势现代传感系统的发展趋势v智能化智能化：采用超大规模集成电路技术，嵌入式系统，：采用超大规模集成电路技术，嵌入式系统，将将CPUCPU、存储器、存储器、A/DA/D转换器和输入、输出功能集成转换器和输入、输出功
12、能集成在一起，充分利用了计算机的计算和存储能力，对在一起，充分利用了计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对其内部工作状况进传感器的数据进行处理，并能对其内部工作状况进行调节，使采集的数据最佳，并且可以自补偿、自行调节，使采集的数据最佳，并且可以自补偿、自校准和自诊断等。由于具备数据处理、双向通信、校准和自诊断等。由于具备数据处理、双向通信、信息存储和记忆以及数字量输出等功能，从而可以信息存储和记忆以及数字量输出等功能，从而可以完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。12.1.2 12.1.2 现代传感系统的发展趋势现代传感系统的发
13、展趋势v数据融合数据融合：对冗余数据进行网内处理，即中间节点在转发传：对冗余数据进行网内处理，即中间节点在转发传感器数据之前，首先对数据进行综合，去掉冗余信息，在满感器数据之前，首先对数据进行综合，去掉冗余信息，在满足应用需求的前提下将需要传输的数据量最小化。在网内进足应用需求的前提下将需要传输的数据量最小化。在网内进行数据融合，可以在一定程度上提高网络收集数据的整体效行数据融合，可以在一定程度上提高网络收集数据的整体效率。数据融合减少了需要传输的数据量，可以减轻网络的传率。数据融合减少了需要传输的数据量，可以减轻网络的传输拥塞，降低数据的传输延迟。数据融合技术能够充分发挥输拥塞，降低数据的传
14、输延迟。数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，增加了数据的收集效率，延长系统的使用的精度和可靠性，增加了数据的收集效率，延长系统的使用寿命。寿命。12.1.2 12.1.2 组成特点和发展趋势组成特点和发展趋势v微功耗微功耗和和微型化微型化：传感器工作时一般离不开电源，在野外现传感器工作时一般离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往使用电池或太阳能等供电，开发场或远离电网的地方，往往使用电池或太阳能等供电，开发微功耗的传感器是必然的发展方向。各种控制仪器设备的功微功耗的传感器是必然的发
15、展方向。各种控制仪器设备的功能越来越强，要求各个部件体积越小越好，这就要求发展新能越来越强，要求各个部件体积越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术。传感器的微型化不仅仅是尺寸上的缩微的材料及加工技术。传感器的微型化不仅仅是尺寸上的缩微与减少，而且是一种具有新机理、新结构、新作用和新功能与减少，而且是一种具有新机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。其微的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。其微型化主要体现为以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上的增型化主要体现为以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上的增强性，各要素的集成化和用途上的多样化，功能上的系统化
16、、强性，各要素的集成化和用途上的多样化，功能上的系统化、智能化和结构上的复合性。智能化和结构上的复合性。12.2.1 12.2.1 分布式测量系统及其特征分布式测量系统及其特征v分布式测量系统通过分布式测量系统通过Internet、Intranet或无线网络等，把分或无线网络等，把分布于不同地方、独立完成特定功能的本地测量设备和测量计布于不同地方、独立完成特定功能的本地测量设备和测量计算机连接起来，允许在不同地理位置的多个用户与不同地理算机连接起来，允许在不同地理位置的多个用户与不同地理位置的多个仪器交互，以完成特定的测试任务，达到测量位置的多个仪器交互，以完成特定的测试任务，达到测量资资源共享源共享、协同工作、协同工作、分散操作分散操作、集中管理集中管理、测量过程监控和、测量过程监控和设备诊断等目的。设备诊断等目的。v分布式测量系统是计算机技术、网络通讯技术、测量技术发分布式测量系统是计算机技术、网络通讯技术、测量技术发展并紧密结合的产物，可实现测量设备的动态配置，测量数展并紧密结合的产物，可实现测量设备的动态配置，测量数据的资源共享，增加了系统的灵活性、移植性和扩展性。据的资源共享
