第14章智能式传感器详解.pptVIP

* 第14章 智能式传感器 第14章 智能式传感器 14.1 概述 14.2 传感器的智能化 14.3 集成智能传感器 14.1 概 述 14.1.1 智能式传感器的概述 智能式传感器（Intelligent sensor或Smart sensor）就是一种带有微处理机的，兼有信息检测、信号处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。 传感器与微处理机结合可以通过以下两个途径来实现： 一是传感器的智能化， 即传感器与微处理机可分为两个独立部分，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。这就是我们指的一般意义上的智能传感器。 二是集成智能传感器，借助于半导体技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、 微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成电路智能传感器。美国Honeywell公司的DSTJ-3000型硅压阻式智能传感器Par Scientific 公司的1000系列数字式石英智能传感器。 14.1.2 智能传感器的功能和构成 无论是传感器的智能化，还是集成智能化传感器，都是带有微机的兼具检测信息和处理信息功能的传感器，可统称为智能式传感器。 和传统的传感器相比， 智能化传感器具有以下功能： ① 具有逻辑判断、统计处理功能。 ② 具有自诊断、自校准功能。 ③ 具有自适应、自调整功能。 ④ 具有组态功能。 ⑤ 具有记忆、存储功能。 ⑥ 具有数据通讯功能。 图14 – 1 智能传感器的结构框图 利用计算机软件能够实现硬件难以实现的功能，因为以软件代替部分硬件， 可降低传感器的制作难度。  其中作为系统“大脑”的微型计算机，可以是单片机、单板机，也可以是微型计算机系统。 14.2 传感器的智能化 14.2.1 传感器的智能化概念 这类智能传感器主要由传感器、微处理器及其相关电路组成。传感器将被测的物理量转换成相应的电信号, 送到信号调理电路中, 进行滤波、放大、模-数转换后, 送到微处理机中。 微处理机是智能传感器的核心, 它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。 在智能传感器中，其控制功能、数据处理功能和数据传输功能具有智能。 图14 – 2 智能式应力传感器的硬件结构图 14.2.2 传感器的智能化实例 图14 – 3 智能式应力传感器的软件结构图 14.3 集成智能传感器 14.3.1 集成智能传感器的发展方向 集成化是指将多个功能相同或不同的敏感器件制作在同一个芯片上构成传感器阵列。集成化主要有三个方面的含义： 一是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；二是对多个结构相同、功能相近的敏感单元进行集成；三是指对不同类型的传感器进行集成。 智能化是将传感器 (或传感器阵列 )与信号处理电路和控制电路集成在同一芯片上。 系统能够通过电路进行信号提取和信号处理，根据具体情况自主地对整个传感器系统进行自检、自校准和自诊断，并能根据待测物理量的大小及变化情况自动选择量程和测量工作方式。 14.3.2 智能传感器的研究热点 1.　物理转化机理 　　输入—输出传递函数为线性的转化机理-非线性 2.　数据融合理论 　　 数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命，进而实现识别、 判断和决策。 3. CMOS工艺兼容的传感器制造与集成封装技术 传统的微机械传感器制作工艺与CMOS工艺兼容性较差。为了解决这个“瓶颈”问题，目前在研究二次集成技术的同时，智能传感器的工艺研究热点集中在研制与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及其制造工艺流程上。 1. 混合集成压力智能传感器 图14 – 4 混合智能传感器组成框图 14.3.3 集成智能传感器系统举例 2. 多路光谱分析传感器 图14 – 5 多路光谱分析传感器的结构示意图 * 第14章 智能式传感器