1、现代检测技术,精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事,Xian Jiaotong University,课程安排,授课方式（总学时48）：40 + 8 学时考核方式与成绩： 考试80%，作业10% ，实验10 教师联系方式：刘瑞玲，15802976576 e-mail: 办公室: 东二楼，自动控制研究所173室， 82668665-175课程网站：http:/mdt- Jiaotong University,参考教材,韩九强，现代测控技术与系统，清华大学出版社；韩九强，机器视觉技术及应用，高等教育出版社；李晓莹，传感器与测试技术，高等教育出版社；,Xian Jiaotong Universit
2、y,课程历史沿革,1，上世纪50年代60年代末，“计测工学”； 2，上世纪70年代80年代末，“自动化仪表与过程控制”；3，上世纪90年代2001年，“检测技术”；4，2002至今，“现代检测技术”,2. 电子束配列智能测定检验装置替代了进口装备,3电子枪扭弯曲自动检查机克服了韩国装置缺陷,4. 彩管荫罩参数智能测量机替代了进口装备,5.电视会聚着屏特性智能检验仪克服了日本产品缺陷国外仪器校准仪器,6. 荧光屏粉条配列智能测量机 性能好于日本产品,7. 仪器仪表自动测试校准系统实现了测量、校准与管理一体化,8.电子枪平坦度测量仪替代了进口设备。,1.投影电视会聚特性智能调整装置速度提高两个数量
3、级,1.电视彩管类系列虚拟仪器测控设备,Xian Jiaotong University,投影电视会聚特性智能调整装置,Xian Jiaotong University,背投电视自动会聚校正系统,投影电视会聚特性智能调整装置,Xian Jiaotong University,电子枪扭弯曲特性智能检测系统,Xian Jiaotong University,电子枪扭弯曲检测系统用户界面,火药引信成型防爆远程测控系统,地空导弹发射段自动跟踪测控系统,卫星发射雷达回波信号显示装置,航天点火器火花能量测控系统装置,空间交会对接模拟跟踪测控系统,2.国防军工类系列虚拟仪器测控设备,Xian Jiaoton
4、g University,火药引信成型防爆远程测控系统,Xian Jiaotong University,卫星发射雷达回波信号显示装置,3. 采油节能软测量冲次最优调整设备,嵌入式虚拟仪器系统平台,小批量抽油机智能测控装置,长庆油田抽油机测控现场,Xian Jiaotong University,各井场抽油机的结构,Xian Jiaotong University,抽油机节能测控系统结构,Xian Jiaotong University,抽油机监控管理系统,4.塔吊群防碰无线传感器网络设备与系统,嵌入式虚拟仪器系统平台,DAQ虚拟仪器远程操作界面,Xian Jiaotong Universit
5、y,塔吊防碰撞系统组网结构,Xian Jiaotong University,塔吊防碰撞算法,以最典型的高塔吊小车碰低塔吊吊臂问题为例，简单介绍防碰算法：,Xian Jiaotong University,无线传感器网络,系统结构和节点构成,Xian Jiaotong University,MPS 无线传感器节点控制系统,5. 机器视觉软测量仪器平台,机器视觉教学实验平台,机器视觉软测量仪器平台,高速智能相机,机器视觉组态软件,机器视觉教学实验室,产品缺陷检测,6.工业生产智能测控软件产品,在日本OMRON公司得到应用,三维形状恢复,PCB焊点检测与分类,Xian Jiaotong Unive
6、rsity,自动化测控系统装置中的检测技术,应用领域对象：,流程对象的过程控制参数测量姿态对象的运动控制定位测量事件对象的调度控制事件检测视觉对象的模识控制识别测量,信息采集：传感器技术、信号转换技术信息传输：传输总线协议、通信软件信息处理：处理器技术、处理算法与软件信息利用：控制器、执行、驱动、算法软件,测控系统装置：,检测技术越来越重要，应用范围越来越宽广、研究难度越来越大。,Xian Jiaotong University,课程核心内容,（1）检测系统的理论基础（2）检测系统的感知技术（3）基于网络的检测技术*（4）基于机器视觉的检测技术（5）基于无线通信的检测技术*（6）基于雷达的检测
7、技术（7）基于GPS的检测技术（8）基于虚拟仪器的检测技术,现代测控系统的发展与应用 数据误差处理 不确定度 系统静态特性 系统动态特性,应变式 电感式 电容式 压电式 磁电式 光敏式 热敏式 数字式 光纤式 红外、超声 气敏、湿敏、生物敏,集散控制系统（DCS） 现场总线技术（CAN、FF） 以太网测控技术（TCP/IP）,机器视觉测控系统原理 数字图像处理技术 视觉检测与模式识别典型案例,无线通信技术基本原理 无线传感器网络 无线通信在测控系统中的应用,雷达测控基本原理 距离、角度及运动目标 测量 典型雷达系统,GPS系统组成 定位原理 GPS测控系统典型应用,虚拟仪器系统组成 虚拟仪器设
8、计开发 在测控系统中的应用,Xian Jiaotong University,测试技术基本概念,现代测试系统基本结构与类型,现代测试技术的发展趋势,测试技术的应用,绪论部分,Xian Jiaotong University,测试技术与传感技术是信息技术三大支柱（传感技术、通信技术和计算机技术）之一，与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。测试的基本任务：获取有用的信息，即借助专门的设备、仪器、设计合理的实验方法与必需的信号分析及数据处理，获得与被测对象有关的信息，最后将结果进行显示或输入到其它信息处理装置、控制系统。完整的测试过程包括：被测对象、 测试方法
9、、数值和计量单位、测量误差等。,测试技术基本概念,Xian Jiaotong University,静态测量：对不随时间变化的（静止）被测量进行测量。动态测量：对随时间变化的被测量进行测量，需确定被测量的瞬时值及其随时间变化的规律。,直接测量法和间接测量法,接触式测量和非接触式测量,静态测量和动态测量,测试方法分类,直接测量：用已标定的仪器，直接地测量出某一待测未知量的量值。间接测量：对与未知待测量y有确切函数关系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量，然后再通过函数，计算出待测量y。,非接触式测量避免了对被测对象的影响。,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构
10、与类型,GPIB,Serial,DAQ,传感器单元,VXI,图象采集,运动控制,PXI,硬件,应用软件驱动软件,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,信号获取,信号放大、预滤波,量程切换、分时采样、A/D转换等,控制中枢智能传感器集成仪器,基本型,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,PC-DAQ系统：基于PC-DAQ组成虚拟仪器测控系统，通用的构建方法是在计算机上插入数据采集（DAQ）卡，并由驱动软件驱动硬件，通过应用程序构建虚拟面板和发送通讯命令。,PCI总线图像采集卡,Xian Jiaotong Univer
11、sity,现代测试系统基本结构与类型,2、标准通用接口型标准化总线：利用总线技术，能够大大简化系统结构，增加系统的兼容性、开放性、可靠性和可维护性，便于实行标准化以及组织规模化的生产，从而显著降低系统成本。接口的机械结构遵循统一规范，包括接插件的结构和几何尺寸、引脚定义和数量、插件板的结构和几何尺寸等。通过标准总线将各个台式仪器模块连接起来，也可将有关插板部件模块插入标准机箱扩展槽，即可方便的构成测试系统。,Xian Jiaotong University,所谓总线是指计算机、测量仪器、自动测试系统内部以及相互之间信息传递的公共通路，是计算机和内部测试系统的重要组成部分，是计算机、自动测试系统
12、乃至网络系统的基础。总线的类别很多，分类方式多样，仅按应用的场合可分为芯片总线、板内总线、机箱总线、设备互连总线、现场总线及网络总线等多种类型。本节简要介绍基于PC的测试系统的总线技术：测量仪器机箱总线、测量仪器机箱(机柜)与计算机之间的互连总线。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,自动测试系统机箱底板总线组成系统各种机箱的底板总线。在总线底板插槽上插入模拟量输入/输出、数字量输入/输出、频率和脉冲量输入/输出等功能插件，可组成具有不同规模和功能的自动测试系统。分为两类：经有关标准化组织发布的标准总线，各公司设计的专用总线。STD和CAMAC总线IS
13、A总线VXI总线PCI、CompactPCI及PXI总线,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,STD和CAMAC总线 STD总线，1978年由Pro-Log公司作为工业标准发明，由STDGM制定为STD-80规范， 1987年被批准为国际标准IEEE-961。STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O、 OEM模板、低成本、低功耗、可扩展温度范围、良好的可靠性和可维护性，使其在空间和功耗有严格限制的、高可靠性的工业自动化领域得到广泛应用。CAMAC总线，70年代初推出，一种专门为测控系
14、统设计的标准机箱底板总线。其总线规范完整、严格，曾得到广泛的应用。由于其他高性能总线的出现，这两种总线逐渐被淘汰。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,ISA总线工业标准结构总线(Industrial Standard Architecture - ISA)，1984年，实际上属于PC总线。8/16位的非同步数据总线，工作频率8MHz，数据传输率为1Mbps(8位)或2Mbps(16位)。虽未被标准化组织正式定为标准，但在测试领域内以PC为基础的数据采集应用中长期占据着主导地位。ISA总线虽然扩展了对微处理器的支持能力，但仍存在许多不足之处，如I/O扩
15、展能力差，边缘式印制插头(座)接触不良，耐振动、冲击能力差，对温湿度比较敏感而不适应工业现场工作等，在速度上已成为系统的瓶颈，已逐渐被PCI、CompactPCI总线所取代。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,VXI总线VXI (VMEbus eXtension for Instrumentation)总线是VME计算机总线在仪器领域中的扩展，由HP等公司于1987年提出，1992年成为IEEE1155标准。在该系统中围绕机械、电气、控制方式、通信协议、电磁兼容、软面板、驱动程序、I/O控制乃至机箱、印制电路板的VXI总线产品相互兼容。VXI系统综合
16、了计算机技术、GPIB技术、PC仪器技术、接口技术、VME总线和模块化结构技术的成果，VXI 2.0版本提供了64位扩展能力，数据传输率最高可达80Mbps。VXI系统最多可包含256个器件(装置)，可组成一个或多个子系统，每个子系统最多可包含13个插入式模块，适用于组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。VXI总线支持即插即用、人机界面良好、资源利用率高、容易实现系统集成，大大地缩短了研制周期，且便于升级和扩展。不足的是VXI系统的成本相对较高。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,基于GPIB通信的VXI检测模块,VXI嵌入式CPU
17、检测模块,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,PCI、CompactPCI及PXI总线PCI (Peripheral Component Interconnect ，外围设备互连总线) 规定了微型机上的处理器 /存储器与外围控制部件、外围卡之间的互连机构的协议、电气、机械以及配置空间规范，是地址、数据多路复用的高性能32 位或64 位同步总线。Intel公司1993年提出，很快成为PC行业新的标准。最高工作频率33MHz，数据传输率为132Mbps(32位)和264Mbps(64位)，很好地解决了ISA总线的瓶颈问题。真正的即插即用(PnP)功能，大大
18、提高了系统的数据采集率。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,PCI、CompactPCI及PXI总线CompactPCI总线，1994年提出，是PCI总线的12种规范之一，也是PCI总线的增强和扩展，在电气上完全与PCI兼容，具有抗振颤和利于散热等，更适合于工业测控的应用。其数据宽度同PCI，最高传输速率可达528Mbps。PXI (PCI eXtensions for Instrumentation)总线，1997年，美国国家仪器公司(NI)发布的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线。PXI在机械结构方面与CompactPCI总线的要求基本相同
19、，对机箱和印制电路板的温度、湿度、振动、冲击、电磁兼容性和通风散热的要求与VXI总线的要求相似。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,PCI、CompactPCI及PXI总线在电气方面，PXI总线完全与CompactPCI总线兼容。PXI总线增加了系统参考时钟、触发器总线、星型触发器和局部总线等内容。PXI系统具有8个插槽(1个系统槽和7个仪器模块槽)，利用PCI-PCI桥技术扩展多台PXI系统，可以使扩展槽的数量在理论上最多能达到256个。PXI将Windows NT和Windows 95定义为其标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带有按VISA
20、规范编写的WIN32设备驱动程序，使PXI成为一种系统级规范，保证系统的易于集成与使用，从而进一步降低用户的开发费用，在数据采集、工业自动化系统和图像处理等方面获得了广泛应用。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,主板上的PCI 插槽,Xian Jiaotong University,计算机与测控机箱之间互连总线与计算机相对独立的测控机箱或机柜需要用相应的总线(或标准接口)与计算机连接，以组成计算机控制的自动测试系统或网络。 串行总线串行总线是指按位传送数据的通路。其连接线少、接口简单、成本低、传送距离远，被广泛用于PC与外设的连接和计算机网络。常用的
21、串行总线有RS-232C、RS-422A、RS-485、USB及IEEE-1394等。并行总线为提高数据传输速率，在集成式自动测试系统中大多采用并行总线进行连接。并行总线分为标准的和非标准两类。常用的并行标准总线有通用接口总线GPIB(IEEE 488)和SCSI总线。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,RS-232CRS-232C(Recommended Standard)串行接口是计算机与外设之间以及计算机与测试系统之间最简单、最普遍的连接方法。采用23线连接器，最高的单向数据传输率为20kbps，此时的最大传输距离为15米。适当降低速率，其最大
22、传输距离可达60米。但它只是一对一的传输，仅用于简单或低速的系统，在实际应用中还有一定的市场。,现代测试系统基本结构与类型,RJ-45 connectors,Xian Jiaotong University,通用串行总线USBUSB(Universal Serial Bus)是由美国多家公司在1995年提出的一种高性能串行总线规范。具有传输速率高、即插即用、热切换(带电插拔)和可利用总线传送电源等特点，能连接127个装置。其电缆只有一对信号线和一对电源线，USB2.0传输速度为480Mbps，轻巧便宜，适用于传递文件数据和音响信号，新的PC机都已配上USB总线接口。,现代测试系统基本结构与类型
23、,Xian Jiaotong University,IEEE 1394串行总线IEEE1394串行总线(又叫火线-FireWire)是由苹果公司于80年代提出的，1995年被IEEE接受，当时最高传输速率400Mbitps，传输距离72米，以后还要按800M、1.6G及3.2 Gbitps分段提高。两对信号线和一对电缆线，在无HUB时可用任何方式连接63个装置。而且支持即插即用、带电插拔。应用前景非常广阔的串行总线，和USB总线工作于不同的频率范围，可相互配合使用，适用于动画等视频信号的传输，可用于连接计算机的高速外部设备，也可用于连接数字电视、DVD等消费类电子设备以及作为测试仪器的数据传输
24、总线。在测控系统中，它可作为机箱底板总线的备份总线，以及用作计算机与高速数据采集系统互连总线。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,1394接口,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,Camera Link串行总线串行通信协议，设计用于点对点自动视觉应用。基于国家半导体公司的通道链路接口，经过扩展可支持通用LVDS数据传输。 由自动图像协会(AIA)提供支持，对摄像机接口、电缆和抓帧器进行了标准化，用于转换摄像机数据，通常通过PCI或者PCIe总线将数据传送至计算机。适合于机器视觉系统和智能摄像机等应用。 Cam
25、era Link支持多种配置： 基本配置使用了24位像素数据(以及3位视频同步数据)来实现最大255 MB/s的视频吞吐量。 中等配置增加了另外24位数据，实现最大510 MB/s的视频吞吐量。 全面配置使用64位数据，实现最大680 Mbps的视频吞吐量。扩展配置最多可使用80位数据，更大视频吞吐量850MB/s。,Xian Jiaotong University,Xian Jiaotong University,GPIB(General Purpose Interface Bus)又称IEEE 488标准， IEC 652标准，是HP公司在70年代推出的台式仪器接口总线，因此也称HPIB(
26、HP Interface Bus)。在微机中插入一块GPIB接口卡，通过24或25线电缆连接到仪器端的GPIB接口。当微机的总线变化时，例如采用ISA或PCI等不同总线，接口卡也随之变更，从而使GPIB系统能适应微机总线的快速变化。GPIB系统在PC出现的初期问世，其数据线只有8根，传输速率最高1Mbps，传输距离20米(加驱动器可达500米)。仍是仪器、仪表及测控系统与计算机互连的主流并行总线。因为装有GPIB接口的台式仪器的品种和数量都明显超过VXI仪器，目前应用的VXI系统、PXI系统中与GPIB混合应用的比例很大。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong Univers
27、ity,ISA-GPIB接口卡,GPIB线缆,PCI-GPIB通信接口卡,Xian Jiaotong University,SCSI总线SCSI总线的原型是美国Shugart公司推出的，用于计算机与硬盘驱动器之间传输数据的SASI(Shugart Associates System Interface)总线，1986年成为美国国家标准ANSI X3.131，命名为SCSI总线(Small Computer System Interface)。目前最新的SCSI接口所支持的最大总线速度为640MB/s（SCSI 5） 。它的突出优点在于高带宽、低CPU占用率和支持多任务。 该总线已普遍用作计算机
28、的高速外设总线，如连接高速硬盘驱动器。许多高速数据采集系统也用它与计算机互连。目前仍处在发展之中。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,SCSI接口,Xian Jiaotong University,MXI总线MXI总线(多系统扩展接口Multi-system eXtension Interface bus)是一种高性能非标准的通用多用户并行总线，由NI(National Instruments)公司于1989年推出。32位高速并行互连，最高速度可达23Mbps，传输距离20米。MXI总线通过电缆与多个器件连接，采用硬件映象通讯设计，不需要高级软件，一
29、根MXI电缆上可连接8个MXI器件。MXI器件通过简单地读写相应的地址空间就可直接访问其他所有器件的资源而无需任何软件协议。目前，VXI总线的测控机箱大都用这种总线与计算机互连。它将成为VXI总线机箱与计算机互连的事实上的标准总线。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,PCI与PXI总线的MXI-3接口,Xian Jiaotong University,GPIB系统：以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。,基于PCI总线的GPIB总线通信接口卡,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,串口系统
30、：以串行标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。,基于USB2.0总线的高分辨数字图像传感器（1280*1024）,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,VXI系统：以VXI标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。,VXI总线集成仪器,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,控制器与VXI 总线的连接方式通常分为GPIB-VXI 方式、嵌入式方式、1394-VXI方式和MXI 方式。,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,PXI系
31、统：以PXI标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。,PXI总线集成仪器,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,3、闭环控制型: 实时数据采集，实时判断决策，实时控制,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,4、基于网络的测控系统模型基于现场总线,Xian Jiaotong University,现代测试系统基本结构与类型,4、基于网络的测控系统模型基于Internet,Xian Jiaotong University,现代测试系统特点：1)高精度和高分辨率；2)高速实时数据分析处理；3)高可靠性和稳定性；
32、4)多功能扩展；5)自校准和自动故障诊断；6)多种形式输出和存储结果。,现代测试系统基本结构与类型,Xian Jiaotong University,1、传感器向新型、微型、智能型方向发展,利用新材料（半导体、陶瓷、有机材料等）、新原理（生物、物理、化学效应等）、新工艺开发出的新型传感器。,现代测试技术的发展趋势,Xian Jiaotong University,现代测试技术的发展趋势,Xian Jiaotong University,现代测试技术的发展趋势,Xian Jiaotong University,现代测试技术的发展趋势,2、测试仪器向高精度、集成化、多功能、在线监测、性能标准化和低
33、价格发展,Xian Jiaotong University,现代测试技术的发展趋势,Xian Jiaotong University,现代测试技术的发展趋势,3、测量数据处理以计算机为核心，使测量、分析处理、显示及故障预报向自动化、网络化发展,Xian Jiaotong University,测试技术的应用,Xian Jiaotong University,测试技术的应用,螺钉检测 啤酒生产,Xian Jiaotong University,测试技术的应用,Xian Jiaotong University,测试技术的应用,Xian Jiaotong University,测试技术的应用,Xian Jiaotong University,测试技术的应用,Xian Jiaotong University,思考题：列出你身边的测试技术应用的例子。,Thank You !,
