《数字化测量系统》-第一章

1.1数字化测量系统的构成常规数字化测量系统的构成如图1.1.l所示。传感器及信号调理电路位于系统的最前端，负责将各种被测量信号转换成电压信号，被转换后的电压信号传输至多路选通模拟开关的输人端，软件控制将各路模拟信号分时加至数据采集系统并被转换成数字量，数字量经接口电路传输至RAM中，由微处理器进行处理。处理后的信息其作用有二，如果是单纯测量，则通过显不器显不或打印输出，并在需要网络传输时通过通信接口将测量结果传输出去。如果测量的结果需用于控制，则由微处理器根据测量值及确定的算法计算出控制量通过数据分配系统输出控制量驱动执行器动作。显然整个测控系统各个环节的工作均处于微处理器子系统的控制之下，微处理器系统是整个测控系统的核心环节。返回1.2数字化测量系统的特点1.测量准确度高、分辨力高目前数字仪器的直流测量准确度可达1-2ppm*，分辨力可达10nV。2.具有高速数据采集及存储能力现代数字化测量系统的采集速度可达每秒数千万次(107/s)，可以实时采集冲击、爆破等快速变化过程的瞬态数据以及视频数据，并存储起来供后续处理。

3.强大的数据处理功能测控系统可自动进行测控过程中所要求的数学及逻辑运算，并执行相应的动作，实现了测控过程的自动化。下一页返回1.2数字化测量系统的特点

4.先进的显示方式可以以数码、数字曲线或数字图像等多种方式显不测量结果，以数码及数字图形显不控制过程及控制结果。

5.智能化的特征数字化测控系统具有自检测、自诊断、自校正等功能实现系统的自我自动维护，确保系统的性能保持在正常水平。6.网络化远程侧控能力

可以实现多种仪器的联网现场测控及异地远程测控。上一页返回1.3数字化测量系统的发展历程数字化测控技术的发展大致经历了以下几个阶段:1.数字仪器阶段该阶段以20世纪50年代的数字电压表及后来的数字万用表为标志，这是数字化测控技术发展的初级阶段。

2.非计算机化总线制数据采集系统阶段这一阶段以多路巡回检测系统为标志。系统由主控制器、总线及功能组件组成，主控制器通过总线以命令的形式控制协调各功能组件的工作，从而实现数字控制的多路巡}。!检测。其设计思想较之单一功能的数字仪器有了质的飞跃，已具有现代数据采集系统的雏形。下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程

3.计算机为基的测控系统阶段以微机化数字仪器及现代数据采集系统为标志，其基本特征是将微处理器应用于测控系统中作为系统的主控制器，以监控程序或控制程序取代以了I由硬件实现的功能。使得系统数据处理能力、自动化程度大大提高，系统功能的扩展十分灵活方便，系统的可靠性大大加强，成本大幅度降低。

4.自动测试系统阶段将具有标准通用接口(如IEEE-288)的微机化仪器通过标准总线连接起来，指定其中的某一设备为“控”者，其余设备为“讲”或“听”者即构成了自动测试系统。因此，所谓自动测试系统就是由多种具有标准通用接口的数字仪器通过标准通用上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程总线构成的集合体。自动测试系统可以实现多台仪器在控者的控制下对多种参量实施自动测量，可以实现多种仪器的自动校验，可以实现测量数据的共享。自动测试系统实现了单一功能仪器的功能延伸。

5.虚拟仪器阶段将自动测试系统中的微机化仪器缩小成功能模块，挂接在标准化、通用化的总线上，并配之以系统软件即构成了虚拟仪器。因而虚拟仪器可以定义为基于标准通用总线的，功能模块化并可任意扩展的，“即插即用”式的数字化测控系统。虚拟仪器使测控系统从传统的“多机箱堆放式”发展成“单机箱多模块式”，其结构紧凑，功能全面，扩展灵活。上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程虚拟仪器中的标准通用总线没有统一的定义，可以是任何通用标准总线，例如ISA总线、PCI总线等。当今虚拟仪器采用的总线首推VXI(VMEbusExtensionforInstrumentation)总线，VXI总线系统是在VME计算机总线系统的基础上，增加了为适应仪器系统所需的总线而构成的新型测量仪器的标准总线。它是由ColoradoDataSystems,HP等国际上五家著名的测试和仪器公司组成的联合体共同制定的行业标准。

第二种虚拟仪器总线是CompactPCI总线基础上演变而来的PXI总线，由于其体积小，速度快，近年来日益引起国际测试与控制业界的重视。上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程与常规数字化仪器相比虚拟仪器的特点在于:①虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“部件”只是各种“控件”，是虚拟的部件，通过鼠标单击各个“部件”，执行相应的测量或控制程序，实现测量或控制功能。②虚拟仪器的测量功能是由软件编程实现的。在以PC机为核心的硬件平台的支持下，通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且口1一以通过具有不同测试功能的软件模块的组合实现多种测试功能。③虚拟仪器开放性强，有极强的打展性，可以以较低的代价实现高性能的仪器功能。上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程

6.集散测控系统阶段集散测控系统是在分布式测控系统和集中测控系统的基础上发展而来的。分布式测控系统的特点是物理量的测量与控制分散在各个测量点进行，优点是各个测量设备独立，局部设备的故障不影响全局，缺点是设备分散，各测量点的信息必须到测量点才能获得，数据获取及设备管理相对困难。集中测控系统的特点是检测或控制设备集中设置，现场数据通过安置在现场的传感器转换后经电缆传输至测量设备处进行测量，其优点是数据获取及设备管理容易，缺点是由于测量仪器往往远离测量点，测量的精确性受到环境影响的程度较大，相对分布式测量系统低，此外设备的任何故障口1一能导致测控系统不能正常工作。前述的虚拟仪器是典型的集中测控系统。上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程集散测控系统综合了分布式和集中测控系统的优点，参数的测量由靠近测量点的专门仪器或测量模块承担，这些仪器或模块通过现场总线联成网络，并与中央计算机相连，各测量模块测量得到的数据通过现场总线传输至中央计算机，中央计算机可以通过现场总线设置各个测量仪器或模块，这种结构的特点如下:①实现了在测量仪器分布式现场安置情况下测量数据的集中自动获取。②避免了因长距离模拟信号的传输而导致的测量精度的下降。③实现了测量与控制的系统的集中控制，提高了系统运行的可靠性，便于系统的运行管理。上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程

7.网络化测试系统阶段这一阶段是伴随着网络技术出现及发展到来的。网络化测试系统实现了大型复杂系统的远程测试，是信息时代的必然趋势。网络化测试仪器是能将测试信息上载到网络，并能从网上下载测量信息的仪器。测试仪器接人网络有两种方法:一是仪器通过已联网的计算机联人互联网，即采用胖服务器的基于计算机的网络化测试仪器;另一种是仪器本身带有完整的网络接口，具有IP地址，能直接同互联网相连，即采用瘦服务器方式的嵌人式网络化测试仪器。上一页下一页返回1.3数字化测量系统的发展历程综上所述，数字化测控技术是伴随着信息技术的发展而不断走向更高层次，它的发展离不开信息技术各项分支技术的支撑;反之数字化测控技术的发展对信息技术的快速发展起到了极其重要的推动作用，两者相辅相成互为支撑。上一页返回1.4数字化测量技术的技术要素数字化测量技术的主要技术要索如下:①数字逻辑电路技术。②计