LabVIEW平台下浊度传感器自确认方法的研究与实现

摘要

随着测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。所以，传感器的研究正朝着小型化、集成化、智能化、网络化方向发展，涌现出许多新型的传感器，如智能传感器、模糊传感器、网络传感器、虚拟传感器等。至今为止，人们往往假设系统中传感器的输出是正确的，也即传感器只能给出信号的测量值，而由于各种不确定因素的存在，传感器的工作状态、测量值的准确度、可靠度等都会受到影响，但这些参数传感器却不能同时给出。所以，近年来，国际上出现了一种新型的传感器研究方向--自确认传感器技术。从上个世纪90年代，自确认传感器的概念提出后，许多国家的学者都展开了自确认传感器的研究和开发工作，其中牛津大学的控制工程研究室在这方面的研究最为全面、深入。已经研制开发出的自确认传感器包括自确认温度传感器、自确认溶解氧传感器、自确认涡轮流量计及最新开发的自确认数字式科里奥利质量流量计。 本文首先阐述了自确认传感器的概念、输出参数、功能特性和研究现状等，同时引入了计算机测控领域先进的基于LabVIEW的虚拟仪器技术，作为本课题的开发平台。另外，时序分析法是本论文的重点之一，它为后面传感器模型分析奠定理论基础。本论文的另一个重点就是如何建立一个合适的传感器模型，并根据自确认传感器的功能特点，提出一套具有层次结构的自确认传感器技术方案。为了验证该技术方案，将其应用于浊度传感器系统，并详细的阐述了如何在LabVIEW平台下建立一个独立的、完整的浊度传感器自确认系统，包括硬件平台搭建和软件设计。此外，基于该自确认平台，我们仿真了越限故障、偏差型故障、周期性干扰故障等，结果表明，该系统能够实现其自确认功能，同时，也表明系统用户操作界面友好，操作简单，数据观察和分析方便。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2自确认传感器概述

1.2.1自确认传感器的概念

1.2.2自确认传感器的输出参数

1.2.3自确认传感器的功能特性

1.2.4自确认传感器的研究现状

1.3虚拟仪器技术

1.3.1虚拟仪器的概念

1.3.2虚拟仪器的特点

1.3.3虚拟仪器的构成

1.4本论文研究的主要内容

第2章时间序列分析基本理论

2.1时间序列分析简介

2.1.1时间序列检验

2.1.2 ARMA模型定义

2.1.3 ARMA模型等价形式

2.2时间序列模型的识别

2.2.1 ARMA序列的自相关函数

2.2.2 ARMA序列的偏相关函数

2.3模型类型识别判据

2.4模型定阶准则

2.5模型参数估计

2.5.1 ARMA模型相关分析

2.5.2 ARMA模型参数的初估计

2.5.3 ARMA模型参数的精估计

2.6 DDS方法建模策略

2.7模型的检验

第3章传感器自确认方法设计

3.1动态测试数据的特点

3.2传感器模型分析

3.2.1传感器输出信号分析

3.2.2传感器残差模型的建立

3.3传感器故障模式分析

3.4故障检测与诊断

3.5传感器故障可诊断性分析

3.6故障诊断的方法

3.6.1学习阶段

3.6.2跟踪阶段

3.7伴随的不确定度分析

3.8确认的测量值

3.9测量值的状态

3.10传感器自确认方案的总体设计

第4章基于LabVIEW的浊度传感器自确认方法实现的硬件平台

4.1浊度传感器

4.2传感器信号调理板

4.3数据采集卡

4.3.1数据采集(DAQ)的基本概念

4.3.2数据采集卡的基本性能指标

4.3.3本文数据采集卡

第5章浊度传感器自确认方法的软件设计

5.1虚拟仪器图形化软件开发工具LabVIEW

5.1.1 LabVIEW概述

5.1.2 LabVIEW应用程序的构成

5.2软件总体设计和功能划分

5.2.1 LabVIEW设计VI的步骤

5.2.2软件功能设计

5.3各个功能模块设计与实现

5.3.1系统初始化模块的设计与实现

5.3.2数据采集模块的设计与实现

5.3.3数据预处理模块的设计与实现

5.3.4故障诊断模块的设计与实现

5.3.5数据融合模块的设计与实现

5.3.6自确认平台主界面

5.4自确认平台的测试

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

附录