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第10章 智能传感器 10.1概述 10.2智能传感器实现的途径 10.3智能传感器输出信号的预处理 10.4数据采集 10.5智能传感器的数据处理技术 10.6智能传感器的硬件设计 本章要点 10.1 概述 10.1 概述 10.1.1 智能传感器的概念 10.1.2 智能传感器和普通传感器的区别 10.1.3 智能传感器的特点 10.1.1 智能传感器的概念 智能传感器这一名称虽然至今未有确切含义，但从字面上看，意味着这种传感器具有一定人工智能，即是使用电路代替一部分脑力劳动。近年来传感器越来越多地和微处理机相结合，使传感器不仅有视、嗅、味和听觉的功能，还具有存储、思维和逻辑判断、数据处理、自适应能力等功能，从而使传感器技术提高到一个新水平。 10.1.1 智能传感器的概念 图10-1 智能压力传感器结构图 图10-2 集成一体化的智能传感器 图10-3 智能传感器的组成框图 将传感器和微处理机制作在一起构成智能传感器，美、英、法、日等国均投入极大力量进行研究。典型的实例如美国Honeywell公司的DSTJ3000型硅压阻式智能传感器和ParScientific公司的1000系列数字式石英智能传感器。 10.1.2 智能传感器的功能 概括而言，智能传感器的主要功能是： 具有自校零、自标定、自校正功能； 具有自动补偿功能； 能够自动采集数据，并对数据进行预处理； 能够自动进行检验、自选量程、自寻故障； 具有数据存储、记忆与信息处理功能； 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能； 具有判断、决策处理功能。 10.1.3 智能传感器的特点 与传统传感器相比，智能传感器的特点是： 精度高 高可靠性与高稳定性 高信噪比与高的分辨力 强的自适应性 低的价格性能比 由此可见，智能化设计是传感器传统设计中的一次革命，是世界传感器的发展趋势。 10.2 智能传感器实现的途径 10.2.1 非集成化实现 10.2.2 集成化实现 10.2.3 混合实现 10.2.4 集成化智能传感器的几种模式 10.2.1 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10-4所示。 图10-4 非集成式智能传感器外壳 这种非集成化智能传感器是在现场总线控制系统发展形势的推动下一步迅速发展起来的。 10.2.1 非集成化实现 模 糊 传 感 器 近10年来发展极为迅速的模糊传感器也是一种非集成化的新型智能传感器。模糊传感器是在经典数值测量的基础上，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。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。 图10-5 模糊传感器的简单结构示意图 10.2.2 集成化实现 这种智能传感器系统是采用微机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的。故又可称为集成智能传感器（IntegratedSmart/IntelligentSensor）其外形如图10-6所示。 图10-6 集成智能传感器示意图 10.2.2 集成化实现 智能传感器的特点是： 微型化 结构一体化 精度高 多功能 阵列式 全数字化 使用极其方便，操作极其简单 10.2.2 集成化实现 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：多功能化阵列化，及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所示的集成智能传感器，是智能传感器的最终期望形式。如果再具有图像处理功能则是智能传感器的最高级形式。 10.2.3 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