第15章现代检测系统综合设计
第15章 现代检测系统综合设计
15.1现代检测系统的设计思路与方法 15.1.1现代检测系统的设计思想 必 现代检测技术及系统与传统的测量技术、 仪器等相比，在功能上更复杂，系统规模 更大，智能化程度更高，因此在设计方法 上应有所创新，以适应现代检测、日益发 展的工业自动化要求
15.1现代检测系统的设计思路与方法 ❖ 15.1.1 现代检测系统的设计思想 ❖ 现代检测技术及系统与传统的测量技术、 仪器等相比，在功能上更复杂，系统规模 更大，智能化程度更高，因此在设计方法 上应有所创新，以适应现代检测、日益发 展的工业自动化要求
(1)现代检测技术与系统面临的挑战 在科学技术飞速发展的今天，现代检测系统将面临以下几个突出方 面的挑战： ◆产品更新换代快：随着LS和MS技术、集成器件单 片集成度以空前的速度发展，1~2年时间产品就会更新换代。由于检 测系统都是为某个特定任务而设计的，为达到设计要求，需要花费 几年的研制时间，而从提出设计任务到真正用宇工程实践的周期就 家术酷能程计魔足蜀器避变采菜的 设计系统时，既要避免很快过时 又要提供不断容纳 ◆市场竞争日益激烈：高新技术产品的市场竞争十分 䓫稻影者聘场 激列 ，还有成本，设计周期这两个因素，同 ◆满足不同层次、不断变化用户要求：现代检 测系统对各具体用户，配置千变万化。市场需求结构中客观上要求 由此低如合整用环同层象需家，覆器各具体角子的配置要 低三个层 ,尾设计中二项莲霸 另外，还经常会遇到用户中途改变要求的情
（1）现代检测技术与系统面临的挑战 ❖ 在科学技术飞速发展的今天，现代检测系统将面临以下几个突出方 面的挑战： ❖ ◆产品更新换代快：随着LSI和VLSI技术、集成器件单 片集成度以空前的速度发展，1~2年时间产品就会更新换代。由于检 测系统都是为某个特定任务而设计的，为达到设计要求，需要花费 几年的研制时间，而从提出设计任务到真正用于工程实践的周期就 更长。因此，设计系统时，既要避免很快过时，又要提供不断容纳 新技术的可能性，是既立足现在，又面向未来的问题。 ❖ ◆市场竞争日益激烈：高新技术产品的市场竞争十分 激烈，除产品性能和质量外，还有成本，设计周期这两个因素，同 时也影响着产品的成功和市场。 ❖ ◆满足不同层次、不断变化用户要求：现代检 测系统对各具体用户，配置千变万化。市场需求结构中客观上要求 高、中、低三个层次。另外，还经常会遇到用户中途改变要求的情 况。因此，如何满足用户不同层次需求，覆盖各具体用户的配置要 求，是设计中一项难题
(2)现代检测系统的设计思想 ÷针对上述问题，对现代检测系统的设计应体现以 下思想：一是在技术上兼顾今天和明天，既从当 前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的 余地；二是向系统的不同配套档次开放，在经营 上兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公 共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件； 三是向用户不断变化的特殊要求开放，在服务上 兼顾通用的基本设计和用户的专用要求等等
（2） 现代检测系统的设计思想 ❖ 针对上述问题，对现代检测系统的设计应体现以 下思想：一是在技术上兼顾今天和明天，既从当 前实际可能出发，又留下容纳未来新技术机会的 余地；二是向系统的不同配套档次开放，在经营 上兼顾设计周期和产品设计，并着眼于社会的公 共参与，为发挥各方面厂商的积极性创造条件； 三是向用户不断变化的特殊要求开放，在服务上 兼顾通用的基本设计和用户的专用要求等等
15.1.2现代检测系统的设计方浅 ()系统分析 系统分析是确定系统总方向的重要阶段，主要是对要设计的系统运用系统 论的观点和方法进行全面的分析和研究。在现有的技术和硬、软件条件 下，选择最优的设计方案，以达到预期的目标。 ◆系统分析注要解快下列问览：一是确定设计新系统的目标和系统的功能： 二是提出新系统的初始方案，分析方案是否合理，是否可行；三是提出 设计新系统的具体实施计划，包括资金、人力、物力和设备的分配、使 用情况：指出新系统的关键技术问题，并进行分析研究。 ◆系统分析工作过程：一是确定任务，根据新系统的性能要求、功能范围 要求的时间进度、可能投入的人力财力资源等，对其中的关键问题作出 明确的描述，以书面形式提出作为设计单位的重要依据：二是提出初步 方案，分析新系统的要求，确定系统设计目标；确定新系统的功能和范 围：确定新系统的总体功能结构、新系统或局部功能的划分；确定新系 统的组织结构或物理结构；提出新系统设计的组织方案；制定新系统设 计进度计划；提出经济预算，制定投资计划方案。将以上各方面的工作 内容形成设计技术文件。 ◆可行性分析：对初步方案进行可行性分析是非常重要的，它关系到新系 统研制的成败。所谓可行性分析就是对新系统的初步方案在技术上、经 济上、实现的条件等方面是否可行进行分析
15.1.2 现代检测系统的设计方法 （1） 系统分析 系统分析是确定系统总方向的重要阶段，主要是对要设计的系统运用系统 论的观点和方法进行全面的分析和研究。在现有的技术和硬、软件条件 下，选择最优的设计方案，以达到预期的目标。 ◆系统分析主要解决下列问题：一是确定设计新系统的目标和系统的功能； 二是提出新系统的初始方案，分析方案是否合理，是否可行；三是提出 设计新系统的具体实施计划，包括资金、人力、物力和设备的分配、使 用情况；指出新系统的关键技术问题，并进行分析研究。 ◆系统分析工作过程：一是确定任务，根据新系统的性能要求、功能范围、 要求的时间进度、可能投入的人力财力资源等，对其中的关键问题作出 明确的描述，以书面形式提出作为设计单位的重要依据；二是提出初步 方案，分析新系统的要求，确定系统设计目标；确定新系统的功能和范 围；确定新系统的总体功能结构、新系统或局部功能的划分；确定新系 统的组织结构或物理结构；提出新系统设计的组织方案；制定新系统设 计进度计划；提出经济预算，制定投资计划方案。将以上各方面的工作 内容形成设计技术文件。 ◆可行性分析：对初步方案进行可行性分析是非常重要的，它关系到新系 统研制的成败。所谓可行性分析就是对新系统的初步方案在技术上、经 济上、实现的条件等方面是否可行进行分析
（2)系统设计 对新系统具体实施设计阶段，主要工作： ◆系统功能站灼设计：在系统结构设计中，通常采用自顶向下的“下推式 结构化设计方法， 将系统的结构按功能进行分解，其目的是确定新系统的结构方 案。实施中分两个步奏完成：首先是系统的总体结构设计（包括硬、，软件等） 事套节款是分2家子天天双李美 统和构内部的输入输出关系进行定义和措述。这部分工作通过子系绿煮奇能养 信息的转换关系反映出来。 ◆系竺组织结构的议针：在功能结构设计后，组织结构是系统设计的重要环 节。 它把系统的功能结构模型转化为物理模型。具体考虑的实际因素有：物理尺 寸大小、重量、功率、 冷却电源及供鬼等系统的精度间廖：涉及如何建立系 统的误差乔析模型和误差分配问题：系统的稳定性和可靠性问题。结合若子实际 问题综合考虑，从系统的体系结构、元器件和工 、操作性能、 系绣的庭应性和可扩充性能等诸多方面因素合，选定系统零鑫整牙諧糯 能、 理结构和具体实施方案
（2）系统设计 ❖ 对新系统具体实施设计阶段，主要工作： ❖ ◆系统功能结构设计。在系统结构设计中，通常采用自顶向下的“下推式” 结构化设计方法，将系统的结构按功能进行分解，其目的是确定新系统的结构方 案。实施中分两个步奏完成：首先是系统的总体结构设计（包括硬、软件等）， 以系统的初始方案为指导，将新系统划分成各个子系统和功能块，并绘制系统总 体结构图和总体信息流程图；第二步是对各个子系统功能之间的关系，及各子系 统和结构内部的输入输出关系进行定义和描述。这部分工作通过子系统和功能块 信息的转换关系反映出来。 ❖ ◆系统组织结构的设计。在功能结构设计后，组织结构是系统设计的重要环 节。它把系统的功能结构模型转化为物理模型。具体考虑的实际因素有：物理尺 寸大小、重量、功率、冷却、电源及供电等；系统的精度问题，涉及如何建立系 统的误差分析模型和误差分配问题；系统的稳定性和可靠性问题。结合若干实际 问题综合考虑，从系统的体系结构、元器件和工艺、操作性能、系统的抗干扰性 能、系统的适应性和可扩充性能等诸多方面因素结合，选定系统各组成部分的物 理结构和具体实施方案
◆系筑的信息结构和动作结构设计，将新系统按功能划分为若干子系写 按照一定的规律（或逻辑组合）相互配合和协调动作，共同完成既定目标和 任务。各子系统之间的信息联系和信息转换用图形方式描述出来，具体各部 分的动作结构应能详细描述各子系统的操作运行过程，以便在时序上各部分 能有效地配合，可靠地运转。 ◆各子系统的设计与制造。这一步工作是具体实施其设计方案，可以在 已定的方案基础上，分别对各子系统，各环节进行具体设计，包括机械、电 子线路等设计。必要时需要反复对样机试验和分析，提出修改方案和意见， 再设计和再试验，反复多次直到最后定型而满足设计指标为止。 ◆总数调试和实验分析，在各子系统、各环节分别制造、调试完毕后， 既可进行总装组建所需要的系统并进行联调。一般实验要与模拟的被测对象 相联系。如果前面各阶段工作很成功，这阶段就可能很顺利。但大多数情况 是在总装调试中会暴露出一些问题，如前阶段一些设计不合理，选择错误等 问题需要加以修改。在完成所有的必要修改和调试工作以后，即可以对系统 进行基本性能测试，包括精度分析、基本误差测定、附加误差测定、各种寿 命试验和环境实验等。如果基本特性、指标的测试及性能考核后，认定基本 实现设计目标和各种技术指标，到此就基本完成了系统的设计和试制工作
❖ ◆系统的信息结构和动作结构设计。将新系统按功能划分为若干子系统。 按照一定的规律（或逻辑组合）相互配合和协调动作，共同完成既定目标和 任务。各子系统之间的信息联系和信息转换用图形方式描述出来，具体各部 分的动作结构应能详细描述各子系统的操作运行过程，以便在时序上各部分 能有效地配合，可靠地运转。 ❖ ◆各子系统的设计与制造。这一步工作是具体实施其设计方案，可以在 已定的方案基础上，分别对各子系统，各环节进行具体设计，包括机械、电 子线路等设计。必要时需要反复对样机试验和分析，提出修改方案和意见， 再设计和再试验，反复多次直到最后定型而满足设计指标为止。 ❖ ◆总装调试和实验分析。在各子系统、各环节分别制造、调试完毕后， 既可进行总装组建所需要的系统并进行联调。一般实验要与模拟的被测对象 相联系。如果前面各阶段工作很成功，这阶段就可能很顺利。但大多数情况 是在总装调试中会暴露出一些问题，如前阶段一些设计不合理，选择错误等 问题需要加以修改。在完成所有的必要修改和调试工作以后，即可以对系统 进行基本性能测试，包括精度分析、基本误差测定、附加误差测定、各种寿 命试验和环境实验等。如果基本特性、指标的测试及性能考核后，认定基本 实现设计目标和各种技术指标，到此就基本完成了系统的设计和试制工作
15.1.3计算机及接口设计 (1)计算机系统及其性能的确定 根据检测系统所需要的软件、硬件功能， 选择所 需的计算机系统时应考虑以下因素：一是主机选 择；二是主机字长选择；三是寻址范围选择；四 是携：五是定瑰质X足市能分 七 (2)检测系统对计算机接口的要求 在对现代检测系统的综合设计中，对计算机接口 的要求应考虑以下几个方面的问题：一是数据采 集与处理能力；二是总线接口能力；三是人机对 话能力；四是输出驱动能力等
15.1.3 计算机及接口设计 ❖ （1）计算机系统及其性能的确定 ❖ 根据检测系统所需要的软件、硬件功能，选择所 需的计算机系统时应考虑以下因素：一是主机选 择；二是主机字长选择；三是寻址范围选择；四 是指令功能；五是处理速度；六是中断能力；七 是功耗等。 ❖ （2）检测系统对计算机接口的要求 ❖ 在对现代检测系统的综合设计中，对计算机接口 的要求应考虑以下几个方面的问题：一是数据采 集与处理能力；二是总线接口能力；三是人机对 话能力；四是输出驱动能力等
15.2激光测距综合系统设 (1)理论依据 (2)激光脉冲测距 ◆激光脉冲测距原理 ◆激光脉冲测距技术 (3)激光相位测距 ◆激光相位测距原理 ◆激光相位测距技术 (4) 激光测距应用
15.2 激光测距综合系统设计 ❖ （1）理论依据 ❖ （2）激光脉冲测距 ❖ ◆激光脉冲测距原理 ❖ ◆激光脉冲测距技术 ❖ （3）激光相位测距 ❖ ◆激光相位测距原理 ❖ ◆激光相位测距技术 ❖ （4）激光测距应用
(1)理论依据 ·通过激光对距离S进行测量时，只要知道 激光传输的时间，就可以求出距离。 1 S C.t 2
（1）理论依据 ❖ 通过激光对距离S进行测量时，只要知道 激光传输的时间，就可以求出距离。 .t 2 1 S = C