传感器与检测技术 教学配套课件 朱自勤 主编 第6章完 智能传感器.pdfVIP

传感器与检测技术 主编 朱自勤 第6章 智能传感器 6.1 智能传感器的概念 6.2 智能传感器实现途径 6.3 智能传感器的发展前景和研究热点 6.3.1 智能传感器的发展前景 6.3.2 智能传感器的研究热点 6.4 智能传感器应用举例 6.1 智能传感器的概念 1) 逻辑判断和统计处理功能。 2) 自诊断和自校准功能。 3) 自适应和自调整功能。 4) 组态功能。 5) 记忆和存储功能。 6) 数据通信功能。 6.2 智能传感器实现途径 1) 传感器和信号处理装置的功能集成化是实现传感器智能化的主 要途径。 ①将多个功能完全相同的敏感单元集成在同一个芯片上，用来测 量被测量的空间分布信息，例如压力传感器阵列或我们熟知的CC D器件。 6.2 智能传感器实现途径 ②对多个结构相同、功能相近的敏感单元进行集成，例如将不同 气敏传感元集成在一起组成“ 电子鼻”，利用各种敏感元对不同气 体的交叉敏感效应，采用神经网络模式识别等先进数据处理技 术，可以对组成混合气体的各种成分同时监测，得到混合气体的 组成信息，同时提高气敏传感器的测量精度；这层含义上的集成 还有一种情况是将不同量程的传感元集成在一起，可以根据待测 量的大小在各个传感元之间切换，在保证测量精度的同时，扩大 传感器的测量范围。 ③指对不同类型的传感器进行集成，例如集成有压力、温度、湿 度、流量、加速度和化学等敏感单元的传感器，能同时测到环境 中的物理特性或化学参量，用来对环境进行监测。 6.2 智能传感器实现途径 2) 基于新的检测原理和结构，实现信号处理的智能化。 3) 研制人工智能材料是当今实现智能传感器以及实现人工智能的 必威体育精装版手段和必威体育精装版学科。 6.2 智能传感器实现途径 图6-1 人工智能与材料学的关系 1—仿生材料学 2—计算材料学 3—人工智能学(计算生物学) 4—交叉部分 6.3 智能传感器的发展前景和研究热点 6.3.1 智能传感器的发展前景 1) 利用微电子学，使传感器和微处理器结合在一起实现各种功能 的单片智能传感器，仍然是智能传感器的主要发展方向之一。 2) 微结构(智能结构)是今后智能传感器重要发展方向之一。 ①各向异性和各向同性块硅的刻蚀。 ②表面硅微切削。 ③活性离子刻蚀。 ④自然离子刻蚀。 ⑤激光微切削。 6.3.1 智能传感器的发展前景 3) 利用生物工艺和纳米技术研制传感器功能材料，以此技术为基 础研制分子和原子生物传感器是一门新兴学科，是21世纪的超前 技术。 4) 完善智能器件原理和智能材料的设计方法，也将是今后几十年 极其重要的课题。 6.3.1 智能传感器的发展前景 图6-2 智能传感器和微型传感器系统的支撑性技术和工艺 6.3.2 智能传感器的研究热点 1.物理转化机理 从理论上讲，有很多种物理效应可以将待测物 理量转换为电学量。 2.数据融合理论 数据融合是智能传感器理论的重要领域，也是 各国研究的热点。 3.与CMOS工艺兼容的传感器制造与集成封装技术 集成式微型 智能传感器是受集成电路制作工艺的牵引而发展起来的，如何充 分利用已经行之有效的大规模集成电路制作技术，是智能传感器 降低成本、提高质量、增加效益和批量生产的最可行和最有效的 途径。 6.4 智能传感器应用举例 1.混合集成压力智能传感器 2.多路光谱分析传感器 3.三维多功能单片智能传感器 1.混合集成压力智能传感器 混合集成压力智能传感器是采用二次集成技术制造的混合智能传感器，即在同一个 管壳内封装了微控制器、检测环境参数的各种传感元件、连接传感元件和控制