传感器与测试技术之智能传感器课件.pptVIP

5. 阵列式 微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阵列，譬如，丰田中央研究所半导体研究室用微机械加工技术制作的集成化应变计式面阵触觉传感器，在8 mm×8 mm的硅片上制作了1 024个(32×32)敏感触点(桥)， 基片四周还制作了信号处理电路，其元件总数约16 000个。 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。 6. 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(如温度或压力)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， 直接输出数字量(频率)。 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。 7. 使用极其方便， 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。这就如同“傻瓜”照相机的操作比不是“傻瓜”照相机的经典式照相机要简便得多一样的道理。 根据以上特点可以看出：通过集成化实现的智能传感器，为达到高自适应性、高精度、高可靠性与高稳定性，其发展主要有以下两种趋势： 其一是： 多功能化与阵列化， 加上强大的软件信息处理功能； 其二是： 发展谐振式传感器， 加软件信息处理功能。 例如， 压阻式压差传感器是采用微机械加工技术最先实用化的集成传感器，但是它受温度与静压影响，总精度只能达到0.1%。 致力于改善它的温度性能花费了近20余年时间却无重大进展， 因而有的厂家改为研制谐振式压力传感器， 而美国霍尼韦尔公司则发展多功能敏感元件(如：ST-3000型智能变送器)，通过软件进行多信息数据融合处理改善了稳定性，提高了精度。 要在一块芯片上实现智能传感器系统存在着许多困难的、 棘手的难题。 例如： ·哪一种敏感元件比较容易采用标准的集成电路工艺来制作? ·选用何种信号调理电路， 如精密电阻、 电容、 晶振等， 不需要外接元件? ·由于直接转换型A/D变换器电路太复杂， 制作了敏感元件后留下的芯片面积有限， 需要寻求其它模—数转换的型式。 如： 电压/频率变换器、 占空比调制式、……。 ·由于芯片面积有限制，以及制作敏感元件与数字电路的优化工艺的不兼容性，微处理器系统及可编程只读存储器的规模、 复杂性与完善性受到很大限制。 ·对功耗与自热、 电磁耦合带来的相互影响， 在一块芯片内如何消除? 4.3 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1-6中所示的几种方式。 集成化敏感单元包括(对结构型传感器)弹性敏感元件及变换器。  信号调理电路包括多路开关、 仪用放大器、 基准、 模/数转换器(ADC)等。 微处理器单元包括数字存储器(EPROM、ROM、RAM)、 I/O接口、微处理器、数/模转换器(DAC)等)。  在一个封装中可能的混合集成实现方式 4.4 集成化智能传感器的几种形式 1. 初级形式 初级形式就是组成环节中没有微处理器单元，只有敏感单元与(智能)信号调理电路，二者被封装在一个外壳里。这是智能传感器系统最早出现的商品化形式， 也是最广泛使用的形式， 也被称为“初级智能传感器”(Smart Sensor)。 从功能来讲， 它只具有比较简单的自动校零、非线性的自动校正、温度自动补偿功能。这些简单的智能化功能是由硬件电路来实现的。故通常称该种硬件电路为智能调理电路。 2. 中级形式/自立形式 中级形式是在组成环节中除敏感单元与信号调理电路外，必须含有微处理器单元，即一个完整的传感器系统全部封装在一个外壳里的形式。它具有较完善的智能化功能，这些智能化功能主要是由强大的软件来实现的。 3. 高级形式 高级形式是集成度进一步提高，敏感单元实现多维阵列化时，同