智能傳感與檢測(cè)技術(shù) 課件 第14章智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)

機(jī)械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)第14章智能傳感與檢測(cè)技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)技術(shù)14.1虛擬儀器技術(shù)14.2圖形化編程語(yǔ)言——LabVIEW14.3虛擬儀器設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)例14.4基于LabVIEW的虛擬儀器在智能檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例14.5智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14智能傳感與檢測(cè)技術(shù)14.1智能檢測(cè)技術(shù)式智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14智能傳感與檢測(cè)技術(shù)14.1.1智能檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式圖14-1智能檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14智能傳感與檢測(cè)技術(shù)1.智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件式圖14-2智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14智能傳感與檢測(cè)技術(shù)2.智能檢測(cè)系統(tǒng)的軟件式圖14-3智能檢測(cè)系統(tǒng)的軟件組成智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14智能傳感與檢測(cè)技術(shù)14.1.2智能檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理圖14-4智能檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.1.3智能檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)式傳感器1.測(cè)量過(guò)程軟件控制

2.高度的靈活性

3.測(cè)量速度快、精度高4.實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)和數(shù)據(jù)融合

5.智能化功能強(qiáng)智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.2虛擬儀器技術(shù)式傳感器14.2.1虛擬儀器圖14-5常見(jiàn)的虛擬儀器方案框圖智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.2.2虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較式傳感器22虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開(kāi)放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展封閉，儀器間相互配合較差關(guān)鍵是軟件，系統(tǒng)性能升級(jí)方便，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載升級(jí)程序既可關(guān)鍵是硬件，升級(jí)成本較高，且升級(jí)必須上門(mén)服務(wù)價(jià)格低廉，儀器間資源可重復(fù)利用率高價(jià)格昂貴，儀器間一般無(wú)法相互利用用戶(hù)可定義儀器功能只有廠家能定義儀器功能與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便連接功能單一，只能連接有限的獨(dú)立設(shè)備開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低開(kāi)發(fā)與維護(hù)成本高技術(shù)更新周期短（0.5~1年）技術(shù)更新周期長(zhǎng)（5~10年）自己編程硬件，可二次開(kāi)發(fā)不能自己編程硬件，不能二次開(kāi)發(fā)完整的時(shí)間記錄和測(cè)試說(shuō)明部分的時(shí)間記錄和測(cè)試說(shuō)明測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程部分自動(dòng)化表14-1虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.2.3虛擬儀器的分類(lèi)

虛擬儀器可以按工作領(lǐng)域分，也可以按測(cè)量功能分，但最常用的還是按照構(gòu)成虛擬儀器的接口總線不同分類(lèi)，分為插卡式數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）虛擬儀器、串行接口虛擬儀器、并行接口虛擬儀器、USB虛擬儀器、GPIB虛擬儀器、VXI虛擬儀器、PXI虛擬儀器和現(xiàn)場(chǎng)總線虛擬儀器等。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.3圖形化編程語(yǔ)言——LabVIEW式傳感器14.3.1LabVIEW的啟動(dòng)圖14-6LabVIEW的啟動(dòng)界面智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.3.2前面板窗口

前面板是圖形用戶(hù)界面，圖14-7所示為虛擬數(shù)字溫度計(jì)的前面板，顯示對(duì)象（溫度轉(zhuǎn)換顯示）以數(shù)值的方式顯示了華氏溫度轉(zhuǎn)換攝氏溫度的值。圖14-7虛擬數(shù)字溫度計(jì)的前面板智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.3.3程序框圖窗口圖14-8虛擬數(shù)字溫度計(jì)的程序框圖

VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)表示在其他程序中被調(diào)用的子程序。而連接器表示圖標(biāo)的輸入/輸出口，類(lèi)似于子程序的參數(shù)端口。14.3.4圖標(biāo)/連接器智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.3.5LabVIEW的模塊式傳感器

LabVIEW的用戶(hù)界面上有三種模板：工具模板（ToolsPalette）、控件模板（ControlsPalette）和函數(shù)模板（FunctionsPalette），通過(guò)它們即可實(shí)現(xiàn)程序的開(kāi)發(fā)。1.工具模板

在查看菜單中選擇“工具模板”命令或按住<Shift>鍵的同時(shí)單擊鼠標(biāo)右鍵即可彈出工具模塊。2.控件模板式傳感器

在前面板任意空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，將彈出控件選板。3.函數(shù)模板式傳感器

在程序框圖窗口任意空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，將彈出函數(shù)模板。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)圖14-9工具模板圖14-10控件模板圖14-11函數(shù)模板智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14前面板設(shè)計(jì)程序框圖設(shè)計(jì)智能傳感與檢測(cè)技術(shù)

一個(gè)基本的虛擬儀器程序主要由前面板和程序框圖兩個(gè)部分組成。設(shè)計(jì)要求制作一個(gè)虛擬數(shù)字溫度計(jì)，要求通過(guò)前面板的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)攝氏溫度和華氏溫度的相互轉(zhuǎn)換。華氏溫度轉(zhuǎn)換攝氏溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系：攝氏溫度轉(zhuǎn)換華氏溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系：主要是在前面板分別創(chuàng)建溫度輸入控件、溫度顯示控件和溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。主要是在程序框圖中運(yùn)用函數(shù)模塊的條件結(jié)構(gòu)和數(shù)值子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。14.4虛擬儀器設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)例式傳感器圖14-12虛擬數(shù)字溫度計(jì)前面板圖圖14-14虛擬數(shù)字溫度計(jì)程序框圖智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.5基于LabVIEW虛擬儀器在智能檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)例感器

智能建筑環(huán)境控制參數(shù)主要有溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、噪聲分貝等,其中室內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度是對(duì)室內(nèi)安全度和舒適度影響最大的四個(gè)因素。

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)和LabVIEW軟件設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括溫度監(jiān)測(cè)、濕度監(jiān)測(cè)、光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)、CO2濃度監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)顯示等五個(gè)功能模塊。其中，溫度監(jiān)測(cè)、濕度監(jiān)測(cè)、光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)、CO2濃度監(jiān)測(cè)四個(gè)模塊分別由溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器以及CO2濃度傳感器構(gòu)成。整個(gè)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)作流程為：由溫度監(jiān)測(cè)模塊、濕度監(jiān)測(cè)模塊、光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)模塊以及CO2濃度監(jiān)測(cè)模塊中相應(yīng)的傳感器采集當(dāng)前室內(nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度的環(huán)境數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳輸至數(shù)據(jù)顯示模塊中進(jìn)行顯示。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.5.1溫度監(jiān)測(cè)模塊

溫度監(jiān)測(cè)模塊所用溫度傳感器屬于鉑熱電阻傳感器。鉑的物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，尤其是耐氧化能力很強(qiáng)，并且在很寬的溫度范圍內(nèi)(-200～1200℃)均可保持上述特性。電阻率較高，易于提純，復(fù)制性好，易加工，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。其缺點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)較小，在還原性介質(zhì)中工作易變脆，價(jià)格昂貴。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)圖14-14溫度監(jiān)測(cè)模塊的VI前面板圖14-15溫度監(jiān)測(cè)模塊的VI程序框圖智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)14濕度監(jiān)測(cè)模塊使用的HM1500型濕度傳感器是采用HUMIREL專(zhuān)利濕敏電容HS1101設(shè)計(jì)制造，它是線性的電壓輸出濕度模塊，在DC5V供電時(shí)，0-100℅RH輸出DC1-4V，具有浸水無(wú)影響、可靠性高、漂移小等特點(diǎn)。14.5.2濕度監(jiān)測(cè)模塊智能傳感與檢測(cè)技術(shù)圖14-17濕度監(jiān)測(cè)模塊的VI程序框圖圖14-16濕度監(jiān)測(cè)模塊的VI前面板智能檢測(cè)與虛擬儀器技術(shù)1414.5.3光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)模塊

硅光電池是近幾年國(guó)際上的HPLC儀器使用最多的一種光檢測(cè)器(但是高端HPLC主要采用光電倍增管)。它被分為可見(jiàn)區(qū)使用的硅光電池和紫外可見(jiàn)區(qū)使用的硅光電池兩種?？梢?jiàn)區(qū)使用的硅光電池的光譜響應(yīng)范圍為320～1100nm，一般峰值波長(zhǎng)位置在960nm左右，光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)模塊使用的S1436就是該種硅光電池。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)圖14-19光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)模塊的VI程