* * 第11章 智能式传感器 11.1 概述 11.2 传感器的智能化 11.3 集成智能传感器 11.1 概 述 max.book118.com 智能式传感器的概述 智能式传感器（Intelligent sensor或Smart sensor） 利用计算机技术与传感器技术相结合 智能式传感器，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途径： 智能传感器, 又称传感器的智能化。 传感器与微处理机可分为两个独立部分 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 max.book118.com 智能传感器的功能和构成 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。 智能传感器的结构框图 11.2 传感器的智能化 max.book118.com 传感器的智能化概念 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。 微型计算机或微处理机是智能式传感器的核心--软件实现对测量过程的各种控制、逻辑判断和数据处理以及信息输送等功能。 控制功能包括： 键盘控制功能 量程自动切换功能 多路与多路通道切换功能 数据极限判断与越限报警功能 自诊断与自校正功能 max.book118.com 传感器的智能化实例 智能式应力传感器的软件结构图 11.3 集成智能传感器 max.book118.com 集成智能传感器的发展方向 传感器的发展集中在集成化和智能化两个方面。 传感器的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。 和经典的传感器相比，集成智能传感器能够减小系统的体积，降低制造成本， 提高测量精度，增强传感器功能， 是目前国际上传感器研究的热点， 也是未来传感器发展的主流。 max.book118.com 智能传感器的研究热点 1. 物理转化机理 由于智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正，消除了非线性传递函数对传感器应用的制约，这些稳定性好、精确度高、灵敏度高的转换机理或材料重新进行研究。 2. 数据融合理论 数据融合通过分析各个传感器的信息，并依据一定的原则进行判断，作出正确的结论。 数据融合技术能够利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，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 max.book118.com 集成智能传感器系统举例 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 2. 多路光谱分析传感器 3. 三维多功能单片智能传感器 max.book118.com 智能式传感器的概述 智能式传感器（Intelligent sensor或Smart sensor）自20世纪70年代初出现以来，随着微处理器技术的迅猛发展及测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好， 而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。传统的传感器已不能满足这样的要求。另外，为制造高性能的传感器， 光靠改进材料工艺也很困难，需要利用计算机技术与传感器技术相结合来弥补其性能的不足。计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革，微处理器(或微计算机)和传感器相结合，产生了功能强大的智能式传感器。所谓智能式传感器，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：一是采用微处理机或微型计算机系统以强化和提高传统传感器的功能， 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, 又称传感器的智能化。二是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，简称集成智能传感器。集成智能传感器具有多功能、 一体化、精度高、适宜于大批量生产、体积小和便于使用等优点， 它是传感器发展的必然趋势，它的实现将取决于半导体集成化工艺水平的提高与发展。 就目前来看，已有少数以组合形式出现的智能传感器作为产品投入市场，如美国Honeywell公司推出的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。我国也着手智能传感器的开发与研究，主要是在现有使用的传感器中，采用先进的微处理机和微型计算机系统， 使之完成第一类途径的智能化。 智能传感器因其在功能、精度、可靠性上较普通传感器有很大提高，已经成为传感器研究开发的热点。近年来，随着传感器技术和微电子技术的发展，智能传感器技术也发展很快。 发展高性能的以硅材料为主的各种智能传感器已成为必然。 max.book118.com 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。可对检测数据进行分析、 统计和修正，还可进行线性、非线性、温度、噪声、响应时间、 交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿，提高了测量准确度。 ② 具有自诊断、自校准功能。可在接通电源时进行开机自检，可在工作中进行运行自检，并可实时自行诊断测试，以确定哪一组件有故障，提高了工作可靠性。 ③ 具有自适应、自调整功能。可根据待测物理量的数值大小及变化情况自动选择检测量程和测量方式，提高了检测适用性。 ④ 具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量， 扩大了检测与使用范围。 ⑤
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