[實(shí)用新型]一種基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的多截面過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920096963.0
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN201413367Y
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董峰;張志強(qiáng);韓駿;許聰;張振杰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R27/02;G01R27/26;G01R29/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于過程參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種截面過程數(shù)據(jù)采集和信號處理技術(shù)。

背景技術(shù)

截面信息檢測技術(shù)是通過采用基于輻射、電磁和光學(xué)等原理的陣列式傳感器，獲取被測對象特定剖面二維分布信息和圖像的檢測技術(shù)。其中，基于電學(xué)敏感原理的截面過程參數(shù)檢測技術(shù)采用空間敏感陣列，以非接觸或非侵入方式獲取被測物場的分布信息，可以提供被測物場分布的實(shí)時(shí)信息，是實(shí)現(xiàn)可視化檢測的核心技術(shù)。電學(xué)截面過程參數(shù)檢測技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著過程參數(shù)在線檢測技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的階段，它將檢測技術(shù)從傳統(tǒng)的局部空間單點(diǎn)測量方式發(fā)展成為對過程參數(shù)在二維/三維空間分布狀況的在線、實(shí)時(shí)、多點(diǎn)監(jiān)測，大大提高了人們對生產(chǎn)過程信息的獲取和分析能力，為在線檢測和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種全新的手段。通過對所獲得的有關(guān)過程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)信息的提取和分析，可以建立更為符合實(shí)際情況的過程機(jī)理模型，并進(jìn)一步優(yōu)化過程設(shè)備和裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)，最終改進(jìn)過程工藝，降低能耗，提高生產(chǎn)效率及安全性，并進(jìn)而開發(fā)出新一代智能化實(shí)時(shí)分布參數(shù)檢測系統(tǒng)。

作為截面過程參數(shù)檢測技術(shù)的主要研究內(nèi)容，基于電學(xué)敏感原理的截面過程參數(shù)檢測技術(shù)的物理基礎(chǔ)是基于不同的媒質(zhì)具有不同的電學(xué)特性(如：電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和介電常數(shù)等)，通過判斷敏感場中的電學(xué)特性的分布及變化，可獲知物場的媒質(zhì)分布和變化狀況。其工作的基本原理是通過對被測物場施加一定電信號(如電流、電壓或電磁感應(yīng))的激勵(lì)，當(dāng)物被測場內(nèi)介質(zhì)的分布發(fā)生改變時(shí)，被測物場的電學(xué)特性分布也隨之變化時(shí)，引起物場內(nèi)電、磁分布特性的變化，從而場域邊界上的測量信號(電壓或電流信號)也發(fā)生變化，通過對場域邊界分布的陣列式傳感器上測量數(shù)據(jù)的分析和處理，即可得到物場中媒質(zhì)的分布狀況；或運(yùn)用相應(yīng)的成像算法重建出實(shí)際對象的物場分布圖像，實(shí)現(xiàn)可視化測量，如利用測量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建就是一般意義上的電學(xué)層析成像技術(shù)。但是，傳統(tǒng)的過程參數(shù)檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性難以滿足對快速變化工業(yè)過程有效測量所要求的信息量。同時(shí)，作為電學(xué)層析成像系統(tǒng)工作時(shí)，由于電學(xué)的敏感場具有“軟場”特性，其有限的邊界數(shù)據(jù)所具有的信息量對解決這種非線性場的圖像重建問題具有相當(dāng)大的困難。因此，針對截面過程參數(shù)檢測技術(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一次邊界測量數(shù)據(jù)，應(yīng)用現(xiàn)代信號處理技術(shù)，模式識(shí)別等方法直接進(jìn)行分析和特征提取，成為對截面過程信息檢測的一種重要方法，是目前截面過程參數(shù)檢測技術(shù)研究中的重要內(nèi)容。為滿足復(fù)雜、快速變化的工業(yè)過程需要，優(yōu)化截面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作模式，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，設(shè)計(jì)截面過程信息檢測高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對提高被測敏感場有效數(shù)據(jù)的獲取能力，充分提取和挖掘過程中的有用信息，改善被測物場重建圖像的空間分辨率具有重要的價(jià)值。

傳統(tǒng)的截面過程參數(shù)檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大多采用以模擬的電子元件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生、濾波、解調(diào)，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)目刂品绞?。截面過程參數(shù)檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要工作方式為：對被測場域邊界上分布的一個(gè)(或一對)電極輸入激勵(lì)電信號，在同一截面邊界上分布的其他電極(或電極對)上對感應(yīng)電信號進(jìn)行檢測。其中，激勵(lì)信號為正弦波或脈沖交變的電流或電壓信號。在截面過程參數(shù)檢測技術(shù)書記采集系統(tǒng)中暴露出的主要問題有：①數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路主要以模擬電子元件為基礎(chǔ)，當(dāng)切換激勵(lì)信號的通道時(shí)，檢測電極端信號由于電路中模擬濾波、解調(diào)等作用，使信號穩(wěn)定時(shí)間較長，使得數(shù)據(jù)采集的速度較慢，無法滿足對快速變化工業(yè)過程測量所要求的實(shí)時(shí)性。②數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作模式及程序控制主要基于Windows操作系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)中央處理器(CPU)執(zhí)行固定程序，通過系統(tǒng)地址、數(shù)據(jù)總線或串行接口向數(shù)據(jù)采集電路發(fā)送初始化及控制命令，控制靈活性低、實(shí)時(shí)性差。③由于采用一般的商用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線或串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不僅傳輸速度有限，而且與目前工業(yè)領(lǐng)域普遍使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不兼容，致使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。④在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分采用單通道“串行”工作模式，對一幅截面所有數(shù)據(jù)的檢測周期較長，不能滿足快速變化工業(yè)過程中截面有效信息檢測的需要。⑤在采用單截面的數(shù)據(jù)測量時(shí)，對物場空間的過程變化的信息采集不完整，數(shù)據(jù)無法滿足對快速變化過程截面分布有效信息分析的需要。