Smart sensor新技术.doc

Smart sensor新技术智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术。目前，国际传感器领域已对“Smart Sensor”定义形成了基本共识，但中文译法尚未形成定论， 本文所用的“智能传感器”仅为引用。智能传感器从其功能来说是具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算和双向通讯，内部可实现自检、自校，自补偿、自诊断以及具备以上部分功能或全部功能的器件。智能化传感器还具有较高的精度和分辨率，较高的稳定性及可靠性，较好的适应性，相比于传统传感器还具有非常高的性价比。 在国内通常定义如下，传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器（系统）[1]，或所谓智能式传感器就是一种带微处理机的，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器[2]。总之，对智能传感器的定义没有统一的标准。 （1 μ～1 mm）“硅杯”一次整体成型，而且电阻变换器与“硅杯”是完全一体化的。进而可在“硅杯”非受力区上制作调理电路和微处理器单元，甚至微执行器，从而实现不同程度的乃至整个系统的一体化；高精度，比起分体结构，传感器结构本身一体化后，迟滞、重复性指标将大大改善，时间漂移大大减小，精度提高。后续的信号调理电路与敏感元件一体化后，可以大大减小由引线长度带来的寄生参量的影响，这对电容式传感器更有特别重要的意义；多功能化，微米级敏感元件结构的实现特别有利于在同一硅片上制作不同功能的多个传感器。美国霍尼韦尔公司上世纪80年代初期生产的ST-3000型智能压力和温度变送器，就是在一块硅片上制作了感受压力、压差及温度三个参量的，具有三种功能（可测压力、压差、温度）的敏感元件结构的传感器。不仅增加了传感器的功能，而且可以通过采用数据融合技术消除交叉灵敏度的影响，提高传感器的稳定性与精度；阵列化，微纳米技术已经可以在一平方厘米大小的硅芯片上制作含有几千个压力传感器的阵列，敏感元件构成阵列后，配合相应图像处理软件，可以实现图形成像且构成多维图像传感器。这时的智能传感器就达到了它的最高级形式；全数字化，通过微机械加工技术可以制作各种形式的微结构，其固有谐振频率可以设计成某种物理参量的单值函数。因此，可以通过检测其谐振频率来检测被测物理量。这是一种谐振式传感器，可以直接输出数字量。它的性能极为稳定、精度高、不需A/D转换器便能与微处理器方便地接口，免去A/D转换器，对于节省芯片面积、简化集成化工艺，均十分有利；使用极其方便和操作极其简单，它没有外部连接元件，外接连线数量极少，包括电源、通讯线可以少至四条，因此，接线极其简便。它还可以自动进行整体自校， 无需用户长时间地反复多环节调节与校验。智能含量越高的智能传感器，它的操作使用越简便，用户只需编制简单的使用主程序。 智能传感器的实现途径主要包括以下几方面： (1)利用集成或混合集成方式将敏感元件、信号处理器和微处理器集成在一起，利用存储器中的驻留程序软件，实现传感功能。 (2)采用新的检测技术，通过超精加工和纳米技术设计结构，提高灵敏度及实用性能。 (3)充分利用人工智能材料AIM(Artificial Intelligent Materials)。由于人工智能材料具有感知环境变化，进行自我判断以及发出指令和自动采取行动等功能，因此人工智能材料和智能传感器是不可分割的两部分。 （3）研制开发智能材料，完善智能器件原理。主要研究如何将信息注入材料的主要方式和有效途径，研究功能效应和信息流在人工智能材料内部的转换机制。 （4）开发人工脑系统。发展高级智能机器人和完善人工脑系统。 3.智能传感器网络在故障诊断系统方面的研究 在车辆的状态监控中，通过对车辆发动机和齿轮的振动和温度进行评估车辆是否处于良好的状态，这是一种有效的方法。但传统的方法是通过数据采集卡和通用计算机获取数据，然后使用一些先进的软件来处理获得的海量数据。当系统过大或有太多的数据，系统可能无法完成这个工作。本文提出了一种基于数字信号处理器和CAN总线的智能传感器。 首先用小波消噪和其他信号处理方法来净化信号，得到相应的对于故障敏感的特征值，所有这一切都在智能传感器完成的。然后，如果特征值不超出报警值，它不会被发送到嵌入式计算机中，嵌入式计算机可能会做更多的其他有用的东西，如果特征值超出报警值，特征值将通过CAN总线被发送，在嵌入式计算机就会知道哪些部分车辆的不好，并显示它，或者告诉疗法驱动程序。当嵌入式计算机想知道是否车辆的某些部位的工作是否正确，它会通过CAN总线发送命令，智能传感器将发回相应的特征值，那么嵌入式计算机会知道它的状态。使用 这些智能传感器和CAN总线，我们可以保证车辆处于良好状态。 所设计的智能传感器网络的基础包括，TMS320F2812数字信