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智能检测与信号处理 钟振东 目录 1、 智能检测系统概述 2、智能检测系统的特征与一般组成结构 3、智能检测系统的三种结构实现途径 4、智能检测系统硬件结构组成与接口技术 5、智能检测系统智能化功能实现方法 1、 智能检测系统概述 一、传感测量（检测）技术的作用与发展 信息技术三大支柱（测控、通信、计算机）之一，位于信息技术的前端，是获得信息的基础技术。应用十分普遍广泛。 重要性在20世纪70年代末凸现，80年代之后“传感器热”。 检测技术的发展随着社会生产方式的变化而不断进步。人类的每一种生产方式，都以相应的科学技术水平为基础。 二、智能检测技术发展的历史背景 微电子技术和微型计算机技术的发展为检测过程自动化、测量结果智能化处理和检测仪器功能仿人化等提供了技术平台。 人工智能技术、信息处理技术的快速发展，为检测系统智能化提供了强有力的工具和条件。 专家系统、神经网络、模糊理论等； FFT 、自适应滤波、小波分析技术等。 技术发展形成的对传感器的巨大需求和广阔的市场前景，以及传感测量技术进步所带来的巨大的社会经济效益 — 强大推动力。 现代控制系统发展对检测技术提出了数字化、智能化、标准化的迫切要求。 2、智能检测系统的特征与一般组成结构 一、特征 测量过程软件控制 硬件功能软件化；通过软件实现自动稳零放大、极性判断、量程切换、报警、过载保护、非线性补偿、多功能测试和自动巡回检测等。 智能数据处理 测量数据线性化处理、平均值处理，频域分析，相关分析，数据融合计算等。 高度的灵活性（功能柔性化） 以软件为核心，功能和性能指标修改、扩展容易方便。 多参数检测和数据融合 通过多个高速数据通道，在进行多参数检测的基础上，依据各路信息的相关特性，可实现系统多传感器信息融合，提高检测系统的准确度、可靠性和容错性。 测量速度快 通过高速数据采样和实时在线的高速数据处理实现。 智能化功能强 测量选择功能（如量程转换、采样通道和方式选择等），故障诊断功能，人机对话、控制输出等 具有高的可靠稳定性、满足系统要求的高精度和自适应能力 二、系统一般组成结构 系统组成 硬件：传感器、信号调理电路、A/D、I/O、微 处理器、通讯接口及总线等； 软件：检测、控制、诊断、数据处理以及界面生成等程序等。 硬件组成结构 3、智能检测系统的三种结构实现途径 非集成化实现 经典传感器+信号调理模块+数字接口+微处理器+总线 接口等 集成化实现 通过微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利 用半导体基制作敏感元件、信号调理电路和微处理器 以及接口电路等。 混合结构实现 上述两种方式的部分组合 4、智能检测系统硬件结构组成与接口总线技术 系统硬件结构 单片计算机系统 嵌入式微机系统 PC机系统 接口与总线技术 串行接口总线 RS-232、485 HP-IL I2C（Inner Integrate Circuit Bus,Philip二线通讯） CAN（控制局域网现场总线Control Area Network） 并行接口总线 IEC-625（美国 IEEE-488, 国内 GPIB General Purpose Interface Bus ZBY207.1-84） CAMAC 等 系统抗干扰设计 5、智能检测系统智能化功能实现方法 检测系统非线性自校正技术 基本原理：通过求取系统反非线性特性曲线进行校正 检测系统自校零和自校准技术 设系统输入输出静态特性为： 实际应用中，由于环境影响或系统参数的变化使： 校零和校准的目的是使系统在实际测量前跟踪零点和灵敏度变化，减小检测误差。 检测数据噪声抑制技术 噪声抑制技术是智能检测系统实现从受干扰信号中自动快速、准确定量地提取有用信号特征信息的最重要手段。 噪声抑制的基本方法： ----当噪声或干扰频谱与有用信号频谱不重合时，通过滤波技术减小或消除噪声干扰。 ----当两者频带重叠时，需采用其他方法（如相关技术、平均技术等）加于处理。 频率补偿技术 目的：通过频率补偿达到改善传感检测系统动态特性，扩展系统频率响应特性频段以满足特定的信号检测要求。 方法： 数字滤波法：在信号通道中，通过附加补偿传递函数（数字滤波器）环节，使补偿后的总传递函数达到动态性能要求。 频域校正法：已知系统传递函数W(s),通过FFT求得X(m)=Y(m)/W(m),再通过IFFT变换，求得X(m)→x(t)。 信息（数据）融合技术 数据融合（Data fusion）是指智能检测系统模拟人类大脑对多种感官信息进行综合处理的功能，充分利用多个传