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智能传感器与传感器系统的发展及应用 - 中国传感器科技信息网
075545 智能传感器与传感系统的发展及应用 智能传感器与传感器系统的发展及应用 0 引言 1 智能传感器的定义及功能 2 智能传感器与传感系统的特点 3 智能传感器与传感系统的发展及应用 4 结语 其工作原理示意图如图22所示。 图22 角速度传感器工作原理示意图 ADXRS300的内部电路框图如图23所示。 图23 ADXRS300的内部电路框图 由陀螺制成的角速度计主要用于惯性导航,通信天线的定向。由美国Systron公司生产的QRS11-00010-20型角速度计的指标为:最大量程土100/s,分辨力为0.050/s(均方根值);通数带为0Hz一60Hz。见图23。 图23 3 智能传感器与传感系统的发展及应用 ●智能微尘传感器 ●生物芯片 ●总线技术 ●高可靠性 ●安全性 3.1 智能微尘传感器 智能微尘(Smart Micro Dust)是一种具有电脑功能的超微型传感器。从肉眼看来,它和一颗沙粒没有多大区别。但内部却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。 目前,直径约为5mm的智能微尘已经问世,智能微尘的外形及内部结构如图24所示。未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时,搜集、处理并无线发射信息。 a)肉眼所看到的智能微尘 b)智能微尘的内部结构 图24 智能微尘的外形及内部结构 智能微尘还可以“永久”使用,因为它不仅自带微型薄膜电池,还有一个微型的太阳能电池为它充电。最近,美国英特尔公司制定了基于微型传感器网络的新型计算机的发展规划,也将致力于研究智能微尘传感器网络的工作。 3.2 生物芯片 西门子公司最近研制出一种能辨别气体及其味道的微型芯片传感器,可检测空气中臭氧含量,监测火灾以及气体泄漏。见图25。 生物传感器系统亦称生物芯片,它是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科技革命。 生物芯片不仅能模拟人的嗅觉(如电子鼻)、视觉(如电子眼)、听觉、味觉、触觉等,还能实现某些动物的特异功能(例如海豚的声纳导航测距,蝙蝠的超声波定位,犬类极灵敏的嗅觉,信鸽的方向识别,昆虫的复眼)。 生物芯片的效率是传统检测手段的成百、上千倍。 德国英飞凌(Infineon)公司最近开发出具有活神经细胞、能读取细胞所发出电子信息的“神经元芯片”,芯片上有16384个传感器,每个传感器之间的距离仅为8μm。 当人体受到电击时,利用它可获取神经组织的活动数据,再将这些数据转换成彩色图片,见图26(b)。 图26 3.3 总线技术 智能传感器的总线技术现正逐步实现标准化、规范化。 目前所采用的总线主要有以下六种: ★1-Wire 总线 ★ I2C总线 ★ SMBus ★ SPI总线 ★ Micro Wire总线 ★ USB总线 (1)USB接口 USB是“通用串行总线”(Universal Serial Bus)的英文缩写。USB是由Compaq、IBM、Intel、微软等公司于1994年共同提出的。USB接口具有连接单一化、软件自动“侦测”、能直接配PC机、能实现热插拔的优点。 目前,USB1.0的传输速率为12Mpbs,而 USB2.0的传输速率最高可达480Mpbs。这是其它总线所无法达到的。 (2)SPI总线接口 MAX1457属于高精度(0.1%)硅压阻式压力信号调理器芯片。 由n个压力测量模块与微机、数字电压表可构成基于SPI总线的高精度压力测试系统。 电路如图27所示。 图27 基于SPI总线的高精度压力测试系统的电路 (3)基于HART协议的测试系统 ? 问题的提出:目前智能传感器都是数字式的,而在工业测试现场仍大量使用4~20mA模拟输出的系统(包括传感器、变送器及二次仪表等)。 为了解决这一技术难题,美国罗斯蒙特(Rosemount)公司提出了HART协议(Highway Addressable Remote Transducer Protocol,可寻址远程传感器通信协议)作为过渡性标准。 该通信协议具有与现场总线相类似的体系结构以及总线式数字通信功能。 HART协议是在模拟信号上叠加了FSK(频移键控)数字信号,因此可同时进行模拟通信和数字通信。这就保证了4~20mA模拟系统与数字通信系统兼容,能在一条双绞线上连接多台现场设备,构成多站网络,使不
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