《传感器技术与应用》第2章.pptx

第2章 现代传感技术概述;§ 2.1 几种新型传感技术; 智能传感器已具备了人类的某些智能思维与行为。人类通过眼睛、鼻子、耳朵和皮肤感知获得外部环境多重传感信息，这些传感信息在人类大脑中归纳、推理并积累形成知识与经验；当再次遇到相似外部环境时，人类大脑根据积累的知识、经验对环境进行推理判断，做出相应反应。智能传感器与人类智能相类似，其传感器相当于人类的感知器官，其微处理器相当于人类大脑，可进行信息处理、逻辑思维与推理判断，存储设备存储“知识、经验”与采集的有用数据。 ;智能传感器主要由传感器、微处理器及相关电路组成，如下图所示。传感器将被测的物理、化学量等转换成相应的电信号，送到信号调理电路中，经过滤波、放大、模-数转换等信号调理处理后送到微处理器。微处理器对接收的信号进行计算、存储、数据分析和处理后，一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节以实现对测量过程的调节和控制，另一方面将处理后的结果传送到输出接口，经过接口电路的处理后按照输出格式输出数字化的测量结果。 智能传感器中微处理器是智能化的核心，用于实现信息处理、逻辑思维、推理判断等智能化功能。;由于智能传感器引入了微处理器进行信息处理、逻辑思维、推理判断，使其除了传统传感器的检测功能外，还具有数据处理、数据存储、数据通信等功能，其功能已经延伸至仪器的领域。具体功能包括： (1) 自校零、 自标定、 自校正、自适应量程功能； (2) 自补偿功能； (3) 自诊断（自检）功能； (4) 信息处理与数据存储记忆功能； (5) 双向通信和数字输出功能； (6) 组态功能。;与传统传感器相比，智能传感器具有如下特点： (1) 测量精度高：智能传感器具有自校零、自校正、自适应量程、自补偿和数字滤波等多项新技术，可以有效修正各种确定性系统误差和一定程度补偿随机误差、降低噪声，大大提高测量精度。 (2) 可靠性和稳定性高：集成式智能传感器消除了传统电路结构的某些不可靠因素，提高了抗干扰性能；同时，智能传感器能定时或不定时对软硬件资源进行自诊断，对于异常情况或故障能及时报警或处理，甚至自恢复，这些都大大提高了器可靠性和稳定性。 (3) 性价比高：与普通传感器相比，智能传感器可使用低价的微处理器、集成电路工艺和编程技术实现，其具有更高的性能价格比。 (4) 智能化、多功能化：智能传感器由于采用微处理器及相关算法，使其具有某些与人类相似的智能思维与行为，实现多种提高测量性能、简化操作的功能。;(1) 模块化方式 模块化智能传感器是将基本传感器、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器相互分离连接，组合成一整体而构成智能传感器系统，这种模块化智能传感器是在现场总线控制系统发展的推动下迅速发展起来的。这是一种在传统普通传感器基础上实现智能传感器系统的最快途径与方式，易于实现，具有较高的实用性。;(1) 模块化方式 目前，国内外已有不少此类产品。此类智能传感器各部件可以封装在一个外壳中，也可分开设置，其集成度不高、体积较大。智能传感器的模块化实现方式一般采用SMBus总线、RS-232、RS-422、RS-485、USB、CAN等总线，目前ZigBee、WiFi、蓝牙等无线传输方式也广泛应用于智能传感器。;(2) 集成化方式 集成化的智能传感器是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，以半导体材料硅为基本材料来制作敏感元件，将敏感元件、信号调理电路以及微处理器等集成在一块芯片上构成的。此类智能传感器具有小型化、性能可靠、易于批量生产、价格便宜等优点，因而被认为是智能传感器的主要发展方向。 下图是三维多功能单片智能传感器的结构图，该智能传感器将敏感元件、数据传输线、存储器、运算器、电源和驱动等集成在一块硅基片上。集成化智能传感器一般采用1-Wire总线、I2C总线、SPI总线等。;(3) 混合方式 根据具体需要和技术，混合式智能传感器将敏感元件、信号调理电路和微处理器、数字总线接口等部分以不同的组合方式集成在两个或三个芯片上，然后装配在同一壳体中。;传统传感器是数值传感器，它将被测量映射到实数集中，用数据描述被测量的状态，即对被测对象进行定量描述。但由于被测对象的多样式、被分析问题的复杂性和信息的直接获取困难性等原因，有些信息无法用数值符号描述、或者用数值描述很困难。近年迅速发展起来的模糊传感器在传统数据检测的基础上，经过模糊推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形式输出测量结果的一类智能传感器。显然，模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语言符号的产生及其处理。 模糊传感器的“智能”之处在于：它可以模拟人类感知的全过程，核心在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性。它不仅具有智能传感器的一般优点和功能，而且还具有学习推理的能力，具有适应测量环境变化的能力，并且能够根据测量任务的要求进