----------------------------------------------------------------------------

【卓禾儀器】線上分享互動更精彩。集聚稱重自動化行業精英，每個工作日為您呈上、zui前沿的技術稱重解決方案及技術文檔。點滴技術知識，凝聚稱重自動化行業大智慧。如果您感興趣，請關注【卓禾儀器】公眾號，我們十分樂意與您分享稱重技術世界里的精彩！！！

   分享改變世界，稱重技術產業自動化升級，愿您每天從“卓禾儀器”收到一份好心情 ！！！

----------------------------------------------------------------------------

0 引 言

多傳感器信息融合是指在智能儀表中多傳感器為完成對某一環境特征的描述，將來自不同途徑、不同時間、不同空間傳感器信息協調成統一的特征表達的信息處理過程。 在儀器儀表系統中，所檢測的信息是以傳感器數據的形式出現，這時多傳感器信息融合也稱為多傳感器數據融合。

多傳感器信息融合是智能儀表對信息的綜合處理技術，其目的是為了能*地綜合使用多傳感器信息，使儀器儀表具有完成某一特定任務所需的完備信息。單一傳感器只能獲得監測對象特征的部分信息，描述監測對象特征的某個側面；而經過集成與融合的多傳感器信息能完善地、地、可靠地反映監測對象特征 [1] 。多傳感器信息融合一方面通過信息的協調、有機融合以充分發揮信息資源的價值；另一方面通過抽象合成，也減少了系統信息通信與信息處理的負擔 [2] 。

1 智能儀表中多傳感器系統結構

在工業生產過程監測控制系統中，特別是在現代復雜、大型的生產過程監測控制系統中，需要利用智能儀器儀表系統中的多種傳感器來獲得對象和環境的信息，以監測和控制生產過程。對象信息包括：系統中有關物理量、生產過程中的工藝參數、 設備情況、 原料和成品的性能參數等；環境信息包括：環境特征、干擾、污染等。采用眾多的傳感器已是當前復雜工業系統不可回避的現實，也是現代工業系統的特點。多傳感器系統或多傳感器集成，是指在智能儀器系統中采用多個同質或異質傳感器共同聯合工作來完成對對象和環境的檢測，基于多傳感器信息融合技術的智能儀表結構框圖見圖 1。

2 智能儀表中多傳感器信息融合

由于智能監測儀需要監測工業生產過程中各個環節和區域等多種不同的參數，其監測點多，分布面廣。要想全面掌握工業生產過程的狀況，必須要用多個傳感器組成多個傳感器集合來共同完成此監測任務。 根據傳感器采集信息的多樣性，智能儀表的多傳感器信息融合采用了三種方式：相關信息融合、互補信息融合和協同信息融合。

（1）相關信息融合，也叫冗余信息融合

冗余信息是指由一組傳感器(或一個傳感器多次觀測)獲得的關于同一環境特征的信息。如在對監測對象進行檢測時，可在同一區域或多個區域中放置多個傳感器，這些傳感器的輸出信息就是關于檢測對象的冗余信息。融合冗余信息的*性在于:

①每個單獨的冗余信息具有不同可信度，融合后的信息可以降低不確定性，提高對監測對象特征描述的精度；

②由于每個傳感器的噪聲是不相關的，融合后的信息在總體上可明顯抑制噪聲；

③在傳感器失效或出錯時，冗余信息的融合還可以提高檢測的可靠性。

在對冗余信息的處理中，有兩個問題需加以注意：一是可能會出現傳感器沖突的現象，即用于檢測對象中同一特征的傳感器可能會獲得矛盾的信息。其二是觀測數據的一致性檢驗問題，即必須確定用于檢測同一對象特征的多個不同傳感器的信息確實是描述該同一特征的。有些算法 [3]提出了解決上述兩個問題的方法。例如利用模糊邏輯和神經網絡的方法來處理不確定信息可以獲得較令人滿意的結果 [4] 。

（2）互補信息融合

在有些情況下，信息的獲取受到傳感器結構、時間、空間范圍等諸多因素的限制，故單獨的傳感器很難獲得對象的全局信息，這時往往采用多個不同(或互補)的傳感器進行測量 ^[5] ；另外，用不同的傳感器有時可獲得對象的不同特征。互補信息就是兩個或多個獨立的傳感器所提供的、從不同側面描述同一對象或環境的、彼此間又不相互重復的多個信息。互補信息的融合可以給出關于對象和環境的更全面、更完整的描述 ^[6] ；有時可以使多傳感器系統感知到那些每個單一傳感器無法獲得的對象和環境特征。如果將這些被感知到的特征看作特征空間的特征向量，則每個傳感器只能提供特征空間的一個子空間，而互補信息則提供了另外的獨立的特征向量。這樣，特征空間的維數增加使多傳感器系統的精度也隨之提高。 例如在礦井環境監測過程中， 將溫度傳感器、濕度傳感器、氧氣傳感器及風速傳感器等組合起來，就可以得到煤礦井下環境的氣候狀況；將一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、煤塵及瓦斯傳感器等傳感器組合起來，就可以監測礦井自然發火狀況、煤塵、瓦斯含量等安全信息。

（3）協同信息融合

協同信息是指在多傳感器系統中，傳感器獲得的相互依賴或相互配合的信息。例如，在監測煤礦井下是否發生煤炭自然發火時，可利用一氧化碳傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器等的配合來獲得井下自然發火的可靠信息。這類信息的融合被廣泛地應用于物體識別和空間識別。在智能儀表系統中，多傳感器系統獲得的信息除進行上述三種融合之外，還采用了復合信息融合，即*行局部融合，包括一級融合和二級融合，再進行全局融合。

3 儀表放大器的選擇

AD623是同類產品中zui通用的儀表放大器。在其內部，差分電壓通過輸出放大級轉變為單端電壓，并能抑制輸入、輸出信號中的任何共模電壓。由于其輸出擺幅都能達到電源的正、負限，且它們的共模輸入電源范圍能到電源負限以下，所以AD623可工作的范圍較寬。

為了更好地使用AD623，應注意以下幾點

①輸入和輸出失調電壓的估算 ②輸入的保護 AD623內部以電源為基準箝位,二極管允許輸入端、基準端、輸出端和增益調整端能安全的承受高于或低于電源0.3 V的過電壓。這對于任意增益，不管電源通電或斷電狀態都有效。由于信號源和放大器可能會分別供電，所以后者更為重要。如果過電壓超過此值，通過二極管的電流須通過在兩個輸入端上所加的限流電阻，使其限制在10 mA左右，以免燒壞器件。③射頻干擾 所有的儀表放大器都能將通帶外的高頻信號整流。整流后，這些信號在輸出中表現為直流失調誤差。一個低通濾波器可用來防止不必要的噪聲到達差分輸入端。一只電容跨接在儀表放大器的兩個輸入端上，與兩只電阻一起可形成一個差分低通濾波器。應用差分連接的電容帶來的另一個好處是減少了共模電容的不平衡，有助于保持對高頻信號的共模抑制。④接地 由于AD623的輸入電壓設計為相對于基準端電位，所以簡單的將REF引腳連接至“本地地”就可解決許多接地的問題。但是，為得到*的共模抑制，REF引腳必須接到一個低阻抗點。建議使用接地平面以減小回地阻抗(并且減小直流誤差)。

4 結 語

將多傳感器信息融合技術應用于智能儀表中，大大提高了智能儀器儀表的性能指標，增強了智能儀器儀表的抗*力，提高了檢測信息的可信度和可靠性，擴展了智能儀器儀表在空間和時間上的覆蓋范圍， 增加了儀器儀表測量維數。

參考文獻：

[1] Luo RE,Michael GK. Multisensor Integration and Fusion in Inligent Systems[J]. IEEE Trans. System, man, and Cybernetics,2002, 32(5): 851-877.

[2] Waltz E, L linas J. Multisensor Data Fusion[M]. New York: Artech House, INC.,1990.

[3] Qiang Gan, Chis J. Harris. Compareson of two measurement fusion methods for kalman-filter based multisensor data fusion[J].IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, 2001, 37(1): 273-280.

[4] Marchette D, Priebe C. An Application of Neural Networks to a Data Fusion Problem, Proc[J]. Data Fusion Symp. 2001, (2): 315-321.

[5] 劉同明,夏祖勛,解洪成.數據融合技術及其應用[M].北京: 國防工業出版社,1998.31-45.

[6] 康耀紅.數據融合理論與應用[M].西安.西安電子科技大學出版社,1997.57-69.

(深圳卓禾儀器 www.szlongxin.com)