郭志军_20141302013_传感计算与自动化作业[精选].doc

研究生课程考核试卷 科 目： 传感计算与自动化 姓 名： 郭志军 学 号： 20141302013 专 业： 控制科学与工程 类 别： 学术型 上课时间： 2015 年 4 月 至 2015 年 5 月 考 生 成 绩： 卷面成绩 平时成绩 课程综合成绩 阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 智能传感技术摘要：。 引言 传感器是将被测量转换为可测量的装置[1、2]。通常，当操作者（或机器）不能直接准确地获取被测量信息，通过传感器则将被测信息变成能直接观测和准确定量的信息。从这个意义来说，传感器有古老的历史,如中国古老的杆秤，就是将物体重量转换成位置变化，人们就可观测刻度获得被测物体的重量。 随着科学技术的发展，传感技术起着越来越重要的作用，任何一个测量仪器或自动化装置，都要配置传感器以完成对象的检测或控制信息反馈。现在，传感技术已成为工业、农业、交通、社会生活、军事等行业必不可少的支撑技术，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。 对于什么是“智能”传感技术，学术界有一些争议。我们认为,传感器的“智能”体现在它具有一些类似人和动物感觉的能力和对信息的处理能力。相对于传统的传感器技术，智能传感技术具有以下特征[1]： ① 智能传感有环境适应能力，能优化传感器的探测性能、功率消耗、和通信能力。 ② 智能传感器能记录数据并提取信息，通过传感器中的（预编或自学习）处理程序使获得数据与信息类型有很好的吻合。 ③ 智能传感器有某种程度的自诊断能力，能依靠内部定标系统、内部过程检查来确定本身运转的正常与否。 ④ 智能传感器能通过通信口进行重新编程，并可与外部设备交换数据和程序变量。 ⑤ 智能传感器具有一定程度预测目标变化的能力。 现代传感器装置常由微处理器或微计算机组成，用程序来控制传感器的运行。由于程序的编写是人完成的，因此或多或少包含了人的智能处理特征。从而，人们常把带有微处理器的传感器称为智能传感器，以区分传统的由电子电路组成的功能比较简单的传感器。基于微处理器的传感器已有几十年的历史，现在已从最初的简单数字化与信息处理已发展到了目前具有网络通信、信号处理（包括程控放大、线性化、信号滤波、信号补偿等）、自定标自校正、优化和预测计算、人机界面、等多功能现代智能传感器。这些新型传感器的使传感器应用系统的性能得以明显改善。 本文以下的内容将对通用传感器、新型传感器、智能传感器的发展趋势、智能传感器的典型算法、智能传感器的应用等方面给予介绍。 通用传感器 传感器的门类及其繁多，其中以工业测量和控制为主要目的是主体[2]。现在，对电压、电流、电阻、电容、电感等电量的测量手段成熟、准确、且方便，所以现代传感器常采用电量信号作为输出。早期（上世纪80年代前）的传感器常用弹性元件和敏感元件组成。其中弹性元件利用某些合金材料制成膜片、簧片、弹性梁、弹性圆筒或圆柱等，把某些被测量，如力、力矩、压力、加速度、振动等非电量转换成位移或应变；敏感元件则将位移或应变转换成电量。常用的传感器有[3、4]： 2.1 电阻式传感器 电阻应变片是基于金属导体的应变效应。即金属导体在外力作用下发生机械变形产生应变时，其电阻值随着应变(伸长或缩短)的变化而发生变化。即有公式： 式中是应变片电阻值的相对变化；是金属导体的相对机械变形，即应变；是与金属导体材料有关的常数。电阻应变片有非常悠久的历史。由于其性能稳定、测量精度高、实现容易、重量轻、体积小、成本低等优点，至今使用广泛。例如对于力的测量，应变片配上合适的弹性元件，可以测量小到生物神经作用力，大到火箭底座的反应力，大小范围达十几个数量级。 自上世纪50年代以来，半导体技术的进展使电阻式传感器得到了极大的改进。出现了半导体热敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻、压敏电阻等电子元件，扩展了传感器的应用领域，并使传感器的性能得以改善，如灵敏度大大提高，使用更为简便。 2.2 电容式传感器 是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。由物理学可知，在忽略边缘效应的情况下，平板电容器的电容量为： 式中，）相对介电常数，遮盖面积（）极板间的相对距离（）上式，当发生变化， 2.3 电感式传感器 其工作原理是电磁感应。它是把被测量如位移等，转换为电感量变化的一种装置。按照转换方式的不同，可分为自感