① 现代测量的发展趋势和未来发展趋势
21 世纪的电子测量仪器随着芯片技术和 DSP 技术的发展将达到前所未有的高性能 ,随着计算机技术与仪器的进一步融合 , 仪器的易操作性 ,易升级性 ,测量能力 ,数据处理和分析能力 ,都得到了大幅度提高 。与此同时 ,软件无线电正越来越多地被应用到各个领域 , 仿真技术将为用户的设计和验证提供了更加强大和方便的工具 。自动测试系统经历了从GPIB 系统到 VXI 系统 ,从 VXI 系统到VXI 与 GPIB 混合系统的发展历程 , 越来越多的军工用户希望拥有一种长寿命且高性能的系统标准体系来承担日益复杂的测试压力和维护成本的压力 ,面对未来的挑战 ,LXI 仪器将在继承现有测试技术的基础之上 ,为下一代测试技术和测试仪器 ,特别是ATS 测试系统的革新带来新的希望 。
② 关于电能质量检测装置(或者电能质量)的国内外发展现状
在西方发达国家,电能质量问题早已被当作电力系统面临的重要问题,各国均在加强电能质量问题的研究。已得到不少的理论成果,并提出一系列的综合的监测控制和管理的方法。国际上对电能质量的研究,可以追溯到上世纪的80年代电磁兼容学科EMC的兴起。出于这种长期对电能质量的重视和科技水平的整体优势,他们在电能质量监测装置的研制上水平较高,市场占有率也很高。目前,国外电能质量的研究主要集中以下几点:
1.暂态电能质量问题
2.短持续时间电能质量问题
3.长持续时间电能质量问题
4.三项电压不平衡
5.波形畸变
6.电压波动和闪动
7.频率变化
我国的电力供应一直比较紧张,人们的关注的焦点主要集中在电力供应量上,对电能质量的关心不多,通常只对电压及频率两个指标进行监测。进行大规模的电网改造之前,我国的网架十分的薄弱,电力系统的自动化水平十分低。随着电力供应紧张状态的缓解,电能质量的日益恶化和用户对电能质量要求的不断提高,这个问题也引发了各级电力部门的重视。国家也颁布了国家标准,主要依靠供电企业的来保证,但是,目前的的控制的方法主要依靠对供电电压的调整。
我国的电能质量检测还处于初级阶段,我国的质量检测的研究方向主要有以下几点:
1.电压波动和闪变
2.供电电压允许偏差
3.公用电网谐波
4.三项电压允许的不平衡度
5.电力系统频率允许偏差
6.暂态过电压和瞬态过电压从我国电力系统目前的发展水平后和保护供电双方权益的角度看,这些标准时比较现实和易于操作的。但随着国际贸易的发展和各国间技术交流的需要,标准的国际化趋势是不可避免的。技术的发展,新情况的出现,国际标准的变化,使得我国电力工作者不仅需要对现有的6项标准进行进一步的完善和修改,还要根据实际情况研究制定其他的标准。
③ 管道检测机器人的发展现状及其趋势
工 业 设备中大 量 的细小 管 道经 过 长 时 间 的使 用后 , 会 出现各种 各样的 缺陷 , 给生产 和 生 活 带 来 安全 隐患。 由于 对 细 小 管 道 的检 修 与 维 护 比较 困 难 , 所 以 对管道进 行检 测 和 维 修的 管道检 测机器 人的 需 求 日 益 增 加。 通过对 国内 外管道检 测机器人研 究现状 分析 ,总体 看来 ,国内 外已 经 在管内作 业机 器人 领域 取得 了大量 的成果,主要 应 用 在 管 道 检测 、 维修 等 方面 。国 外有 名的有德国 I pa k , 国 内 做的好 的 品 牌 有武 汉 中仪 。
④ 研究现状及发展趋势
80年代中后期以来,随着人们对环境问题的重视和可持续发展思想的影响,对地下水的开发利用越来越多地综合考虑社会、经济、环境等制约因素,所建立的管理模型更多地体现了社会、经济、环境协调发展的原则。计算机以及求解管理模型的数学规划算法的进展,也促进了管理模型的发展。从模型的研究内容上,主要集中在地表水-地下水联合调度、地下水量-水质综合管理、地下水可持续利用管理模型的研究上;从模型结构上,多目标和非线性管理模型是当前及今后研究的重点和难点。
一、地下水-地表水联合调度管理模型
地下水和地表水都是水资源的重要组成部分,并具有有机的联系,从系统的观点来看,在开发利用中必须考虑两者之间的联系,寻求最优联合调度方案,可发挥地表水和地下水各自的特点,来达到充分开发水资源潜力、提高水资源利用率、降低开发成本的目的。联合调度的优点在于:①利用含水层的调节库容和两种水资源时空分布的差异,增大水资源可利用量:②发挥包气带和含水层的过滤和吸附等净化作用,提高供水质量;③利用含水层的保温功能和地表水与地下水的温度差,储存能量,节约能源。
由于两种水资源的分布、运动等特性的差异,建立真正意义上的联合调度模型并不容易。大多数研究者将河流作为源汇项来处理,如Morel-Seytoux(1975)提出了与地下水单位脉冲响应函数类似的河流-含水层响应函数,Daubert and Young(1982)运用该函数建立了地下水经济管理模型。由于地表水存在着明显的随机性,因而建立随机地表水-地下水管理模型更为实用(Maddock,1974)。Onta等(1991)建立多阶段地表水-地下水联合调度模型,利用两个系统时间分布的差异提高水资源利用率。
二、地下水量-水质综合管理模型
水资源的管理包括了水量和水质两个方面,对水质管理模型的重视,主要由于以下三个原因:①可持续发展的要求,人们对地下水环境(污染)问题更加重视;②各种途径对地下水的污染日益严重和显著;③利用包气带和含水层的自然净化能力和巨大的环境容量,研究污水排放和处理的最佳途径,如污水土地处理系统。地下水量-水质综合管理模型可用于确定最优污水排放标准、排放量、水力捕获井的最优布局和抽水量等地下水质控制问题。水质模拟模型本身十分复杂,建模要将地下水水量模拟模型和水质模拟模型一起耦合到水质管理模型之中,这样常产生高度非线性、多阶段、大型数学规划问题,目前对于复杂的地下水质管理模型求解仍十分困难。
Willis(1976a)首先建立地下水稳定水质管理模型,Willis(1976b)和Futagami(1976)用嵌入法建立非稳定地下水水质管理模型,Gorelick和Remson(1982b)使用单位浓度响应矩阵建立地下水水质管理模型,这些模型用来确定污水最优排放标准和最大污染质排放量。Gorelick和Remson(1982a)用迭代法确定最优污水灌注量。近来的遗传算法用于求解高度非线性的水质管理模型,是一种非常有益的尝试。Yoon和Shoemaker(1998)建立了生物恢复地下水水质非线性管理模型,分别用遗传算法、分解随机进化对策算法、直接搜索法和基于导数的优化方法求解同一非线性管理模型,并进行了比较。Sawyer和Lin(1998)对随机约束规划在地下水管理模型中的应用进行了综述,用响应矩阵法建立了地下水污染控制管理模型,由于考虑固定费用问题和约束矩阵及右端项的随机性,使该模型转化为求解确定型混合整数非线性规划问题。这种数学规划问题求解难度较大,该研究用遗传算法求解。
水力捕获(hydraulic capture)控制地下水污染是指被污染含水层适当位置设置抽水井,截获被污染的地下水,阻止部分被污染的地下水向供水水源地流动。通过建立地下水水力管理模型,对地下水水位和流速进行控制,可达到最优控制地下水污染的目的。Misirli和Yazicigil(1997)对用水力捕获法建立管理模型进行了综述,并对一假想的有供水水源、受到污染的含水层建立了六种控制地下水污染、保证供水的地下水管理模型。所建立的模型分别用二次规划、线性规划和混合整数规划求解,并对计算结果进行了比较。
三、地下水可持续开发利用管理模型
地下水系统是一个复杂的自然-人工复合系统,它与社会、经济、环境、生态、地表水系统都有着密切的联系,因此,地下水资源的开发利用和科学管理,要综合考虑以上因素。水资源的开发利用,特别是区域水资源的开发利用是十分复杂的,水量和(或)水质不是追求的唯一目标,更多地考虑社会、经济和环境等对水资源的要求,仅仅用地下水水力或水质管理模型无法解决。从可持续发展角度考虑,建立地下水管理模型的原则可归纳为:①水均衡原则,保证地下水资源的永续利用;②双向选择原则,即水资源的规划和管理应适应地区发展,而地区发展规划应考虑水资源条件;③产业平衡原则,水资源的合理配置应使国民经济按比例协调发展;④经济-环境协调发展原则,水资源的开发利用和经济的发展,不能对环境造成严重破坏。
为了建立地下水可持续开发利用管理模型,不仅要对地下水系统的自然属性进行研究,而且要深入研究地下水的环境效应和社会属性,主要有以下四个方面:①地下水资源-经济研究,研究地下水资源的价值、开发成本及供水效益等;②地下水-环境影响评价,研究地下水开发利用对环境产生的影响,建立地下水环境指标体系;③地下水环境-经济评价,评价地下水环境影响的经济效应,建立环境经济指标体系;④根据区域发展规划和水资源条件,进行水资源供需平衡分析。管理模型的建立,实际就是将地下水、环境和经济三个系统耦合,作为一个整体考虑。
Gorelick(1983)将这类模型称为地下水政策评价与分配模型,从建模方法上又分为三种:水力-经济响应模型、模拟-优化耦合模型和谱系模型。谢新民(1991)、朱文彬等(1994)运用大系统理论建立地下水资源系统经济管理模型,邵景力等(1994)将国民经济投入产出模型与地下水管理模型耦合,所得到的管理方案不仅是地下水最优开采方案,而且还有与水有关的产业结构调整方案和地表水取水方案。这类模型涉及因素众多,管理模型通常是多目标和(或)非线性的大型数学规划问题(见下文)。
四、多目标地下水管理模型
多目标管理模型更能体现地下水系统层次性和多目标性,模型不仅能提供地下合理开发利用最优方案,而且可作为宏观经济和环境规划的决策依据,因而更具实用性和可操作性。70年代以来,多目标管理模型用于解决水资源的规划问题(Haimes和Hall,1974;Co-hon和Marks,1975),80年代以后,随着对地下水系统研究的不断深入、地下水模拟技术及其与管理模型耦合技术的发展,多目标规划才出现在地下水管理问题中。与单目标相比,多目标地下水管理模型有如下特点(邵景力等,1998):
(1)各目标间的度量单位多是不可公度的,有些目标甚至很难给出定量指标,如供水的社会效益、环境效应等。用单目标优化方法很难处理不可公度的多目标问题。
(2)各目标间的权益通常是相互矛盾的,这是构成多目标问题存在的基本特征。多目标问题总是以牺牲一部分目标的利益来换取另一些目标的改善。单一目标的最优并不代表系统整体最优。
(3)多目标问题的优化解不是唯一的。多目标规划的任务是考虑经济、社会、环境、技术等因素,权衡各目标的利弊,从多个“有效解”中寻求各目标都能接受的“满意解”。
(4)多目标规划可以充分发挥分析者和决策者各自的作用。在现代管理中,分析者的任务是根据决策者的要求建立管理模型,提供多个各有利弊的方案,作为决策者决策的依据。决策者的任务是站在更高的层次上,兼顾各方面利益,从众多可选方案中确定决策方案。
多目标问题类型多,无统一的数学形式,故没有通用的求解方法。针对不同的管理模型和目标评价准则,应采用相应的解法。一个特例是线性层次目标规划可用于解决大型多目标规划问题,该方法是目前最常用的多目标规划方法。邵景力等(1998)运用线性目标规划求解包头市地下水-经济-环境多目标管理模型。Willis和Liu(1984)首次用响应矩阵法建立多目标地下水管理模型。Datta和Peralta(1986)将代替价值交换法用于地下水-地表水联合调度的多目标管理问题中,两个相互矛盾的目标为最小抽水费用和最大抽水量。Bogardi等(1991)采用一种交互式多目标决策方法求解地下水多目标管理问题,有三个目标函数:总抽水量最大、抽水降深最小和总抽水费用最低。El Magnouni和Treichel(1994)建立了线性多目标地下水管理模型,他们采用逐段线性规划求出最佳协调解,这种方法也可通过迭代求解类似潜水含水层管理这样的非线性多目标规划问题。Ritzel等(1994)用遗传算法求解多目标地下水污染控制问题。
五、非线性地下水管理模型
地下水管理模型的非线性问题是普遍存在的,产生非线性的原因主要由两个,其一是系统状态的非线性,由于分布参数管理模型要与地下水系统模拟模型联立形成数学规划问题,产生了非线性的管理模型。如潜水含水层模拟模型即为非线性的,地下水流场非稳定和(或)未知条件下,对流-弥散方程中有速度和浓度的乘积,为非线性项。二是管理问题的非线性,如目标函数和某些特殊约束条件的非线性。非线性管理模型能更精确地描述地下水系统及其管理问题,因而提高可模型结果的精度和可信度。但由于非线性规划问题没有统一的模式,在可行域内有可能存在多个局部最优解,因而到目前为止,没有通用的、高效的求解方法,要根据管理模型的结构特点和规模,选择合适的求解方法。
线性化是解决非线性问题最简单的方法,如Bear(1979)、Gorelick和Remson(1982b)、Ratzlaff(1992)等。通过迭代将非线性管理模型转化为求解一系列线性规划模型亦是解决非线性问题的有效方法之一,如Aguado和Remson(1974)用预测-校正法通过反复迭代求解潜水含水层地下水管理问题;Willis和Newman(1977)用求解一系列线性规划替代非线性目标函数、线性约束条件的非线性规划问题;Willis(1983)通过反复运用潜水含水层模拟模型校正单位脉冲响应矩阵,解决潜水含水层的管理问题;Gorelick和Remson(1982a)迭代求解线性规划得到最优污水灌注量。
对于目标函数往往是决策变量的二次多项式,若模拟模型和其他约束条件为线性的,则形成二次规划问题。二次规划有统一的表示形式和通用解法,是非线性管理模型中最常用的求解方法之一。如Aguada和Remson(1980)、Lefkoff和Gorelick(1986)、Misirli和Yazicigil(1997)等均是用二次规划求解管理模型。
在管理模型为高度非线性条件下,上述方法均不是有效的算法,这类问题是目前地下水管理模型研究的热点和难点。人工智能算法(又称进化算法,evolutionary algorithms,EA)为求解高度非线性规划问题开拓了广阔的前景,其优点是可得到全局最优解,通用性强,缺点是这些算法均为并行计算,计算工作量巨大,规模稍大的管理模型用一般PC机无法完成计算工作。这类方法主要包括遗传算法(genetic algorithm,GA)、分解随机进化对策(derandomized evolutionary strategy,DES)、模拟退火法(simulated annealing)等,在地下水管理模型中的应用可参阅有关文献(Dougherty和Marryott,1991;Ritzel和Eheart,1994;Rogers和Dowla,1994;McKinney和Lin,1994;Taghavi等,1994;Morshed和Kaluarachchi,1998;邵景力等,1999)等研究。此外,常用于解非线性规划的方法还有直接搜索法(主要有修整单纯形法、Nelder-Mead单纯形法、并行方向搜索法)和基于导数的优化方法(如约束优化的隐式筛选法等)。这方面研究可参阅有关文献(Karatzas和Pinder,1993;Varljen和Shafer,1993;Minsker和shoemaker,1996;Emch和Yeh,1998)。
⑤ 现代自动检测技术的发展现状及趋势
现代自动检测技术的发展现状及趋势
梁森,欧阳三泰,王侃夫.自动检测技术及应用.北京:机械工业出版社,2006.
趋势:
随着半导体和计算机技术的发展,新型或具有特殊功能的传感器出现,检测装置也向小型化、固体化及智能化发展,应用领域更加宽广。
1、不断提高监测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性
科学技术的发展要求测量系统有更高的精度。近年来,人们研制出许多高精度的检测仪器以满足各种需求。例如,用直线光栅测量直线位移时,测量范围可达二三十米,而分辨率可达到微米级;人们已经研制出测量低至几个帕的微压力和高达几千兆帕高压的;力传感器;开发了能够测出极微弱磁场的磁敏传感器等。
从20世纪60年代开始,人们对传感器的可靠性和故障率的数学模型进行了大量的研究,使得监测系统的可靠性和使用寿命大幅度提高。
2、应用新技术和新的物理效应,扩大检测领域
检测原理大多以各种物理效应为基础,近代物理学的进展如纳米技术、激光、红外、超声波、微波、光纤、放射性同位素等新成就为检测技术的发展提供了更多的依据。如图像识别、激光测距、红外测温、C型超声波无损探伤。放射性测厚。中子探测爆炸物等非接触测量得到迅速发展。
20世纪70年代以前,检测技术主要用于工业部门,如今,检测领域正扩大到整个社会需要的各个方面,不仅包括工程、海洋开发、航空航天等尖端科技和新兴工业领域,而且已涉及生物、医疗、环境污染监测、危险品和毒品的侦查、安全检测等方面,并且已经开始渗入到人们的日常生活设施之中。
3、发展集成化、功能化的传感器
随着半导体集成电路技术的发展,硅和砷化镓电子元件的高度集成化大量向传感器领域渗透。人们将传感技术与信号处理电路制作在同一块硅片上,从而研制体积更小、性能更好、功能更强的传感器。例如,高精度的PN结测温集成电路;又如,将排成阵列的上千万个光敏元件及扫描放大电路制作在一块芯片上,制成彩色CCD数码照相机、摄像机以及可摄像的手机等。今后还将在光、磁、温度、压力等领域开发出新型的集成度很高的传感器。
4、采用计算机技术,使检测技术智能化
自20世纪70年代微处理器问世以来,人们迅速将计算机技术应用到测量技术领域中来,使检测仪器智能化,从而扩展了功能,提高了精度和可靠性,目前研制的测量系统大多带有微处理器。
5、发展网络化传感器及检测系统
随着微电子技术的发展,现在已经可以将十分复杂的信号处理和控制电路集成到单块的芯片中去。传感器的输出不再是模拟量,而是符合某种协议格式(如可即插即用)的数字信号。从而可以通过企业内部网络,也可以通过网络实现多个系统之间的数据交换和共享,从而构成网络化的检测系统。还可以远在千里之外,随时随地浏览现场工况,实现远程调试、远程故障诊断。远程数据采集和实时操作。
现状:
在机械制造业中,通过对机床的许多静态、动态参数如工件的加工精度、切削速度、床身振动等进行在线检测,从而控制加工质量。在化工、电力等行业中,如果不随时对生产工艺过程中的温度、压力、流量等参数进行自动检测,生产过程就无法控制甚至产生危险。在交通领域,一辆现代汽车的传感器就有十几种之多,分别用以检测车速、方位、负载、振动、油压、油量、温度、燃烧过程等。在国防科研领域,例子更举不胜举,很多尖端的检测技术就是因国防工业需要而发展起来的,例如,研究飞机的强度时,需在机身、机翼贴上上百个应变片并进行动态测量;在导弹。卫星的研制中,必须对每一个部件进行强度和动态特性的检测、运行姿势的测量等。近年来,随着家电市场的兴起,自动检测技术也进入人们的日常生活中,例如,自动检测并调节房间温度、湿度的空调机;自动检测衣服污度和重量,利用模糊技术的智能洗衣机等。
模糊洗衣机
能自动判断衣服的重量、布料质地、肮脏程度来决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等,将洗涤控制在最佳状态。见图为模糊洗衣机的模糊推理。
(1)布量和布质的判断 不同的布质()和布量
(2)水位判断 压力传感器
(3)水温判断 半导体
(4)水的浑浊度判断 红外光电对管
作用
金伟等编著,现代检测技术.北京:北京邮电大学出版社,2006.
趋势:
1、 软测量技术
科技的进步和生产规模的扩大以及工艺的日渐复杂,给自动检测和控制提出了更高的要求,人们迫切需要找到一种新的技术来满足生产过程的检测和优化控制的需要。软测量技术(Soft SensingTechniques)被认为是目前最具吸引力和卓有成效的新方法。其主要包括三部分内容:第一,根据某种最优化原则研究建立软测量数学模型的方法,这是软测量技术的核心。主要方法有机理建模方法和辨识建模方法。辨识建模方法包括动态模型的间接辨识,静态模型的回归分析法辨识,采用模糊逻辑和神经网络以及二者结合的非线性建模。第二,模型实时运算的工程化实施技术,这是软测量技术的关键。包括现场数据的采集和处理,软测量模型结构的选择,模型参数的估计等。第三,模型自校正技术,这是提高软测量准确度的有效方法,包括在线自校正和模型的离线更新技术等。
软测量技术为生产的优化控制提供了新的有用信息,今后将在实践中取得更大的成果。
2、 模糊传感器
模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control,FLC)作为一种新颖的高级控制方式,成为智能控制的一个重要分支。模糊控制技术的理论基础是模糊数学和模糊逻辑理论。模糊理论是建立在人类思维的基础上,能很好的表达事物的模糊性质。传统的传感器虽然有高精度、无冗余的优点,但也存在提供的信息简单,难于描述涉及人类感觉信息和某些高层逻辑信息的问题。模糊传感器可以说在经典传感器数值测量的基础上具有经过模糊推理和知识集成、以自然语言符号的描述形式输出的传感器,能够对模糊事物进行识别和判断,可以应用在传统传感器无法处理的场合。
贺良华主编,现代检测技术。武汉:华中科技大,2008
趋势:
研究开发仿生传感器
自然界中的许多生物有着超乎寻常的能力,如,狗的嗅觉是人类的一百多倍,鸟的视觉是人的50到60倍,蝙蝠、海豚的听觉相当灵敏。所有这些动物的感官的、性能,是今后研究仿生传感器(如视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器等)的努力方向。
现状:
电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压和大功率状态下运行,保证这些设备安全运行在国民经济中有着重要意义。为此,为此经常设置故障监测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态监测,以便及时发现异状,加强故障防御,达到早期诊断的目的。这样做可以避免突发事件,保证人员和机器的安全,提高经济利益。即使设备发生故障,也可以从检测的数据中找出故障原因,缩短检修周期,提高检修质量。
⑥ 检测技术与自动化装置的发展方向如何(希望能够详细)
呵呵 我是生产一线的人、随便说说
个人觉得自动控制肯定是一个重点发展方向
就算现在提版什么生物智权能也是自动控制的技术
工业生产、高科技设备都是往智能化、自动化、微型化发展的
你所说的检测技术是自动控制能够顺利实现的基础
只有可靠的检测技术才能保证自动控制的准确性
自动化装置包含一次检测元件、还包含其中自动控制所需要的程序、逻辑
就像你做的智能小车,控制和检测是分不开的
关键是看的你的兴趣爱好
如果真的都喜欢就可以先学一项、等有时间了在深造另外一项
不过,技术是以精通为主、博学为辅……
希望对你有用……呵呵