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智能检测与信号处理Intelligent Measuring Signal Processing 潘迪夫 交通运输工程学院 中 南 大 学 主要参考资料 参考书： 滕召胜等. 智能检测与数据融合.机械工业出版社，2000. 刘君华. 智能传感器系统.西安电子科技大学出版社，2000. 赵茂泰. 智能仪器原理及应用.电子工业出版社，1999. 李海青等. 软测量技术及应用.化学工业出版社，2000. 沙占友等. 智能化集成温度传感器原理及应用.机械工业出版社，2002. 酒井英昭[日]. 信号处理.科学出版社，2001. 周德泽等. 计算机智能检测控制系统设计及应用.清华大学出版社，2002. 邓焱等. LabVIEW 测试技术与仪器应用 机械工业出版社，2004. 梁威等.智能传感器与信息系统.北京航空航天大学出版社，2004. 杨万海. 多传感器数据融合及其应用 西安电子科技大学出版社，2006. 学术期刊： 仪器仪表学报、传感器技术、电子测量技术、测控技术等。 哈工大、清华、国防科大学报等。 Chapter 1 概论 1.1 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”。 日本：列为80年代十大技术之首； 美国：列为90年代22项关键技术之一； 欧洲：80-90年代传感器销售增长20多倍。 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。 1946 —电子管计算机，分立元件，第一代 1958 —晶体管， 分立元件，第二代 1964 —集成电路（SSI、MSI），第三代 1971 —（V）LSI（超）大规模集成电路，第四代 1971年Intel公司[美] 第一个单片（4位）微处理器I4004问世，1976年MCS-48（8位），1980年MCS-51… ...。之后，16位高性能单片机以及DSP等相继问世。 高性能、高速、微型化、低功耗、低价格 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。 两位数增长、近千亿的市场； 美国：电站应用先进检测技术效益≥110亿美元。 传统的检测系统，特别是传感技术的相对落后对技术发展的约束，是导致智能化检测系统发展的内在动因。 控制系统三种主要功能模块价格性能比发展变化情况 传统的传感器技术 在过去的几十年里取得了巨大进步，但已达到技术极限，难于取得性能价格比的突破。 手工艺品式的制作过程以及多品种、高性能要求 —— 导致成品率低、高成本、高价格。 存在的缺陷： 结构尺寸大，动态性能差； 输入/输出非线性，且随时间漂移； 环境敏感性，且随时间漂移； 抗干扰性能差，性噪比低； 交叉灵敏度影响，选择性、分辨率不高； 结果：稳定性、可靠性、测量精度受影响。 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。 20世纪生产过程自动化技术的发展： 60年代 集中控制 70年代 分散型控制系统（DCS)，提高 可靠性 80年代 基于现场总线的开放型控制系 统（FCS），是DCS的继承、 完善和发展。 现场总线是连接控制系统中各智能装置的双向数字通讯（控制）网络，特点和要求为： 传输数字信号 每一个现场装置通过数字总线挂接在总线上，从而大大减少与上位机之间一对一的连接，可简化系统、提高可靠性、降低成本。 标准化接口 是系统具有兼容性和开放性，以余户联户界呼唤和扩展。 现场装置智能化 为提高系统的快速响应与可靠性能，FCS采用“测控职能分散下放到现场装置”，智能现场装置是整个控制管理系统的主体。 三、检测系统技术发展现状与特点 传感技术与微电子技术，特别是微处理器技术完美结合，密不可分 任何一种智能检测系统必然是上述两者的结合。 传感技术—半导体技术、光电子技术、生物技术等 微处理器—单片微机由4位、8位、16位到32位；专用 或通用型芯片，DSP、FFT以及ANN芯片等 传感器智能化技术—智能传感器系统（Intelligent Sensor System） 结构集成化、微型化，功能模块化 智能化信息处理技术广泛