《传感器与智能检测技术》课件-13.智能检测与虚拟仪器技术

机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS智能检测与虚拟仪器技术第13章传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术13传感器与智能检测技术智能检测技术13.1虚拟仪器技术13.2图形化编程语言——LabVIEW13.3虚拟仪器设计项目实例13.4基于LabVIEW的虚拟仪器在智能检测中的应用实例13.5智能检测与虚拟仪器技术13传感器与智能检测技术13.1智能检测技术式智能检测与虚拟仪器技术13传感器与智能检测技术13.1.1智能检测系统的结构式图13-1智能检测系统的结构示意图智能检测与虚拟仪器技术13传感器与智能检测技术1.智能检测系统的硬件式图13-2智能检测系统的硬件结构示意图智能检测与虚拟仪器技术13传感器与智能检测技术2.智能检测系统的软件式图13-3智能检测系统的软件组成智能检测与虚拟仪器技术13传感器与智能检测技术13.1.2智能检测系统的工作原理图13-4智能检测系统的工作原理智能检测与虚拟仪器技术1313.1.3智能检测技术的特点式传感器1.测量过程软件控制

2.高度的灵活性

3.测量速度快、精度高4.实现多参数检测和数据融合

5.智能化功能强传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.2虚拟仪器技术式传感器13.2.1虚拟仪器图13-5常见的虚拟仪器方案框图传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.2.2虚拟仪器与传统仪器的比较式传感器22虚拟仪器传统仪器开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭，仪器间相互配合较差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务价格低廉，仪器间资源可重复利用率高价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能与网络及周边设备方便连接功能单一，只能连接有限的独立设备开发与维护费用降至最低开发与维护成本高技术更新周期短（0.5~1年）技术更新周期长（5~10年）自己编程硬件，可二次开发不能自己编程硬件，不能二次开发完整的时间记录和测试说明部分的时间记录和测试说明测试过程自动化测试过程部分自动化表13-1虚拟仪器与传统仪器的比较传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.2.3虚拟仪器的分类

虚拟仪器可以按工作领域分，也可以按测量功能分，但最常用的还是按照构成虚拟仪器的接口总线不同分类，分为插卡式数据采集卡（DAQ）虚拟仪器、串行接口虚拟仪器、并行接口虚拟仪器、USB虚拟仪器、GPIB虚拟仪器、VXI虚拟仪器、PXI虚拟仪器和现场总线虚拟仪器等。传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.3图形化编程语言——LabVIEW式传感器13.3.1LabVIEW的启动图13-6LabVIEW的启动界面传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.3.2前面板窗口

前面板是图形用户界面，图13-7所示为虚拟数字温度计的前面板，显示对象（温度转换显示）以数值的方式显示了华氏温度转换摄氏温度的值。图13-7虚拟数字温度计的前面板传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.3.3程序框图窗口图13-8虚拟数字温度计的程序框图

VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，被其他VI调用。图标表示在其他程序中被调用的子程序。而连接器表示图标的输入/输出口，类似于子程序的参数端口。13.3.4图标/连接器传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.3.5LabVIEW的模块式传感器

LabVIEW的用户界面上有三种模板：工具模板（ToolsPalette）、控件模板（ControlsPalette）和函数模板（FunctionsPalette），通过它们即可实现程序的开发。1.工具模板

在查看菜单中选择“工具模板”命令或按住<Shift>键的同时单击鼠标右键即可弹出工具模块。2.控件模板式传感器

在前面板任意空白处单击鼠标右键，将弹出控件选板。3.函数模板式传感器

在程序框图窗口任意空白处单击鼠标右键，将弹出函数模板。传感器与智能检测技术图13-9工具模板图13-10控件模板图13-11函数模板智能检测与虚拟仪器技术13前面板设计程序框图设计传感器与智能检测技术

一个基本的虚拟仪器程序主要由前面板和程序框图两个部分组成。设计要求制作一个虚拟数字温度计，要求通过前面板的转换开关实现摄氏温度和华氏温度的相互转换。华氏温度转换摄氏温度的数学关系：摄氏温度转换华氏温度的数学关系：主要是在前面板分别创建温度输入控件、温度显示控件和温度转换开关。主要是在程序框图中运用函数模块的条件结构和数值子模块进行设计。13.4虚拟仪器设计项目实例式传感器图13-12虚拟数字温度计前面板图图13-13虚拟数字温度计程序框图智能检测与虚拟仪器技术1313.5基于LabVIEW虚拟仪器在智能检测技术中的应用实例感器

智能建筑环境控制参数主要有温度、湿度、光照强度、CO2浓度、噪声分贝等,其中室内温度、湿度、光照强度、CO2浓度是对室内安全度和舒适度影响最大的四个因素。

运用虚拟仪器技术和LabVIEW软件设计的环境监测系统包括温度监测、湿度监测、光照强度监测、CO2浓度监测以及数据显示等五个功能模块。其中，温度监测、湿度监测、光照强度监测、CO2浓度监测四个模块分别由温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器以及CO2浓度传感器构成。整个室内环境监测系统的运作流程为：由温度监测模块、湿度监测模块、光照强度监测模块以及CO2浓度监测模块中相应的传感器采集当前室内的温度、湿度、光照强度和CO2浓度的环境数据，这些数据进行处理后传输至数据显示模块中进行显示。传感器与智能检测技术智能检测与虚拟仪器技术1313.5.1温度监测模块

温度监测模块所用温度传感器属于铂热电阻传感器。铂的物理、化学性能非常稳定，尤其是耐氧化能力很强，并且在很宽的温度范围内(-200～1200℃)均可保持上述特性。电阻率较高，易于提纯，复制性好，易加工，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。其缺点是电阻温度系数较小，在还原性介质中工作易变脆，价格昂贵。传感器与智能检测技术图13-14温度监测模块的VI前面板图13-15温度监测模块的VI程序框图智能检测与虚拟仪器技术13湿度监测模块使用的HM1500型湿度传感器是采用HUMIREL专利湿敏电容HS1101设计制造，它是线性的电压输出湿度模块，在DC5V供电时，0-100℅RH输出DC1-4V，具有浸水无影响、可靠性高、漂移小等特点。13.5.2湿度监测模块传感器与智能检测技术图13-17湿度监测模块的VI程序框图图13-16湿度监测模块的VI前面板智能检测与虚拟仪器技术1313.5.3光照强度监测模块

硅光电池是近几年国际上的HPLC仪器使用最多的一种光检测器(但是高端HPLC主要采用光电倍增管)。它被分为可见区使用的硅光电池和紫外可见区使用的硅光电池两种。可见区使用的硅光电池的光谱响应范围为320～1100nm，一般峰值波长位置在960nm左右，光照强度监测模块使用的S1336就是该种硅光电池。传感器与智能检测技术图13-19光照强度监测模块的VI程序框