检测技术 教学课件 作者 郑华耀 第十章 智能传感器.pptx

第十章　智能传感器第一节　概　　述第二节　智能传感器概述和实例第三节　智 能 结 构第一节　概　　述一、智能式传感器的概念与形式二、智能式传感器的构成与特点三、传感器的智能化实例一、智能式传感器的概念与形式传感器系统简单地说就是传感器、计算机和通信技术的结合，而传感器的智能化和智能传感器是其中的两种主要形式。智能传感器具有多功能、一体化、集成度高、体积小、适宜大批量生产、使用方便等优点，是传感器发展的必然趋势，它的发展将取决于材料、工艺水平的进一步提高。二、智能式传感器的构成与特点1. 提高了传感器的精度2. 提高了传感器的可靠性3. 提高了传感器的性能价格比4. 促成了传感器多功能化1. 提高了传感器的精度图10-1　智能式传感器的组成2. 提高了传感器的可靠性集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素，改善了整个系统的抗干扰性能；同时它具有自诊断、自校准和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能)，具有良好的稳定性。3. 提高了传感器的性能价格比在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性能价格比明显提高，尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。4. 促成了传感器多功能化智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量，可编程扩大测量与使用范围；有一定的自适应能力，根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程及输出数据的形式；具有数字通信接口功能，直接送入远地计算机进行处理；具有多种数据输出形式 (如RS232串行输出，PIO并行输出，IEEE-488总线输出以及经D／A转换后的模拟量输出等)，适配各种应用系统。三、传感器的智能化实例1. 智能式应力传感器 2. 智能式红外测温仪1. 智能式应力传感器 10M2.TIF1. 智能式应力传感器 10M3.TIF2. 智能式红外测温仪图10-4　智能红外测温仪原理框图第二节　智能传感器概述和实例一、智能传感器概述二、智能传感器实例一、智能传感器概述这种智能传感器是集传感器、信号调理电路和微型计算机于同一芯片上，对外界信息具有检测、逻辑判断、自行诊断、数据处理和自适应等综合能力的多功能传感器。它还具有与主机互相对话的功能，能自行选择最佳方案，并将已取得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度的传输。二、智能传感器实例1.智能压力变送器2.智能温度传感器3.其他智能传感器1.智能压力变送器ST—3000的操作工具是智能现场通信器(SFC)，通过将手持SFC与变送器连接进行通信，用户可以方便地调节变送器的有关参数，诊断变送器潜在的问题。由于这种通信方式可以在长达1500ｍ的远距离进行，缩短了变送器的维护时间，降低了维修成本，也避免了在危险现场的操作。ST—3000型智能压力变送器是世界上第一台智能变送器，开创了现场仪表的新纪元。2.智能温度传感器图10-5　DS1821的结构原理图2.智能温度传感器表10-1　温度与数据的对应关系2.智能温度传感器10M6.TIF2.智能温度传感器10M7.TIF2.智能温度传感器图10-8　智能加速度传感器原理图3.其他智能传感器目前以硅为基础的超大规模集成电路技术正加速发展并日臻成熟，三维集成电路已成为现实。日本已开发出三维多功能的单片智能传感器，它已将平面集成发展为三维集成，实现了多层结构，如图10-7所示。芯片已将传感功能、逻辑功能、记忆功能等集成为一个系统。第三节　智 能 结 构一、智能结构的概念和作用二、智能结构的组成三、光纤型智能结构实例一、智能结构的概念和作用图10-9　一种典型的智能结构一、智能结构的概念和作用图10-10　触觉传感器结构图1—压阻区　2—聚酰亚胺二、智能结构的组成1. 传感器单元 2. 致动器单元3. 信息处理和控制单元1. 传感器单元 传感器单元的作用是感受结构状态的变化(如应变、位移)并转换为电信号。构筑的敏感材料是决定智能结构性能的重要因素，常用的有应变型材料(电阻应变片和半导体应变片)、压电型材料和光纤。2. 致动器单元致动器单元的作用是在外加电信号的激励下，产生应变和位移变化，对原结构起驱动作用，从而使整体结构改变自身的状态或特性，实现自适应功能。目前可供使用的致动材料主要有五类：形状记忆合金、压电材料、电致和磁致伸缩材料以及电、磁流变体。3. 信息处理和控制单元它是智能结构的关键组成部分，其作用是对来自传感器单元的各种检测信号进行实时处理，并对结构的各种状态(故障、受力、温度等)进行判断，根据判断结果，按控制策略输出控制信号，控制致动单元。三、光纤型智能结构实例10M11.TIF三、光纤型智能结构实例图10-11　智能结构传感器布局习题与思考题1.智能式传感器在结构上和性能上各有什么特点？2.智能压力变送器有什么优点？3.对DS1821型智能温度变送器有哪两种工作模式