传感器技术 教学课件 ppt 作者 陈建元 第九章 智能传感器.ppt

智能传感器 第九章 第九章智能传感器 9.1 智能传感器概述 9.2 智能传感器的构成、功能与特点 9.3 智能传感器的实现途径 9.4 典型智能传感器简介 9.1 智能传感器概述 智能传感器（Intelligent sensor 或 Smart sensor）最初是由美国宇航局1978 年在开发出来的产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，要不丢失数据，并降低成本，必须有能实现传感器与计算机一体化的灵巧传感器。智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能的传感器。它不仅具有传统传感器的各种功能,而且还具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通讯等多种功能。它是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物。 9.1 智能传感器概述 早期的智能传感器是将传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理机部分进行运算处理。80年代智能传感器主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微电子计算机存贮器及接口电路集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高,使传感器实现了微型化、结构一体化、阵列式、数字式,使用方便和操作简单、具有自诊断功能、记忆与信息处理功能、数据存贮功能、多参量测量功能、联网通信功能、逻辑思维以及判断功能。 智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。在今后的发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。 9.2 智能传感器的构成、功能与特点 智能传感器是由传感器和微处理器相结合而构成的，它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并对它的内部行为进行调节。图1是智能传感器的原理框图，它主要包括传感器、信号调理电路和微处理器。 图 9.1智能传感器原理框图 智能传感器的结构 （1）非集成化实现 非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（采用非集成化工艺制作的传感器，仅具有获取信号的功能）、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统。其框图如图2 图 9.2 非集成化智能传感器框图 智能传感器的结构 （2）集成化实现 这种智能化传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上而构成，故又可称为集成智能传感器（integrated smart/intelligent sensor）。其外形如图3所示。 图 9.3集成智能传感器结构 智能传感器的结构 （3）混合实现 根据需要与可能，将系统各个集成化环节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。如图4所示集成化敏感单元包括弹性敏感元件及变换器。信号调理电路包括多路开关、放大器、基准、模/数转换器（ADC）等。 图9.4在一个封装中可能的混合集成实现方式 智能传感器的功能 (1) 具有自动调零、自校准、自标定功能。智能传感器不仅能够自动检测各种被测参数，还能进行自动调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还能自动完成标定工作。 智能传感器的功能 (2) 具有逻辑判断和信息处理能力，能对被测量进行信号调理和信号处理（对信号进行预处理、线性化、或对温度、静压力等参数进行自动补偿等）。 智能传感器的功能 (3) 具有自诊断功能。智能传感器通过自检软件，能对传感器和系统的工作状态进行定期或不定期的检测，诊断出故障的原因和位置并做出必要的响应。 智能传感器的功能 (4) 具有组态功能，使用灵活。在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户可通过微处理器发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能。 智能传感器的功能 (5) 具有数据存储和记忆功能，能随时存取检测数据 智能传感器的功能 (6) 具有双向通信功能，能通过各种标准总线接口、无线协议等直接与微型计算机及其它传感器、执行器通信。 智能传感器的特点 (1) 精度高 (2) 测量范围很宽，并具有很强的过载能力。 (3) 高信噪比高、高分辨力 (4) 高可靠性与高稳定性 (5) 自适应性强智能传感器具有判断、分析与处理功能 (6) 性价比高 (7) 超小型化、微型化 (8) 低功耗 9.3 智能传感器的实现途径 1）采用新的检测原理和结构实现信息处理的智能化。 2）应用人工智能材料实现信息处理的智能化 3）集成化 4）软件化 5）多传感器信息融合技术 6）网络化 9.3.1 集成化