智能传感器系统 刘君华第1章.ppt

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1、第1章概述1.1传感器技术发展的重要性1.2智能传感器发展的历史背景1.3智能传感器的功能与特点1.4智能传感器概念与传感器系统1.5智能传感器实现的途径1.1传感器技术发展的重要性传感器是获取信息的工具。传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术。它是信息技术(传感与控制技术、通讯技术和计算机技术)的三大支柱之一。传感器的应用遍及军事、科研、工业、农业、商业、交通、环保、医疗、卫生、气象、海洋、航空、航天、家用电器……各个领域与部门。它是生产自动化、科学测试、计量核算、监测诊断等系统中不可缺少的基础环节。传感器技术之所以受到如此看重并获得极为迅速发展的原因是：

2、·微型计算机的普及、信息处理技术的飞速发展，而获取信息的工具——传感器处于明显落后的拖后腿的状态，形成推动传感器技术发展的动力。·广阔的市场与强烈的社会需求是传感器技术发展的又一强劲推动力。传感器的销售值反映一个国家科技发达与社会进步的程度。80年代，日本、西欧市场传感器销售值年增长率为30%～40%，90年代，全世界年增长率预计为8.8%。90年代以来各方面对传感器的需求也越来越强烈。据预测，90年代我国国内市场所需各类传感器的形势是：电力系统140万件；化工系统80万件；钢铁系统130万件能源管理与炉窑控制4000万件；汽车行业4400万件；机床行业1

3、500万件；文化办公机械200万件；各类仪器仪表3亿件。由于传感器的使用，使生产工艺过程的控制和产品性能的检测才有保证，所以它是提高产品竞争力的强有力的手段，是获得经济效益的有效途径。据有关资料介绍，全美电站有关数据表明，如果主汽流量测量精度改善1%，电站的燃烧成本(热效率)将会改善1%，每年可节约3亿美元；若传感器及其测量仪表可利用率提高1%，则每年可节约30亿美元；美国的电站采用了先进的传感器和控制技术后，使全美经济每年获益达110亿美元之多。因此，甚至有“谁掌握和支配了传感器技术谁就能够支配新时代”的说法。1.2智能传感器发展的历史背景图1-1自动化(控制)系

4、统框图图1-2传感器、计算机及执行器的价格性能比传统的传感器技术已达到其技术极限。它的价格性能比不可能再有大的下降。它在以下几方面存在严重不足：·因结构尺寸大，而时间(频率)响应特性差；·输入—输出特性存在非线性，且随时间而漂移；·参数易受环境条件变化的影响而漂移；·信噪比低，易受噪声干扰；·存在交叉灵敏度，选择性、分辨率不高。现场总线是连接测控系统中各智能装置(包括智能传感器)的双向数字通信网络。其主要特点是：1.传输数字信号用数字信号取代原来的4～20mA标准模拟信号，进而提高可靠性和抗干扰能力。这就要求传感器由可输出4～20mA标准信号的变送器改变

5、为带数字总线接口并输出数字信号。所有现场传感器，通过数字总线接口都方便地挂接在一条环形现场总线上。这样可以大大削减现场与控制室(高/上位计算机)之间一对一的连接导线，节约初期安装费用，大大简化整个系统的布线和设计。这种节约对一个大型、多点测量系统是很有意义的，譬如：这种节约对一个大型、多点测量系统是很有意义的，譬如：一个电站需要5000台传感器及其仪表；一个钢铁厂需要2万台传感器及其仪表；大型石油化工厂需要6000台传感器及其仪表；大型发电机组需要3000台传感器及其仪表；一部汽车需要30至100台传感器；一架飞机需要3600台传感器；…2.标准化总

6、线采用统一标准，使系统具有开放性。不同厂家的产品，在硬件、软件、通信规程、连接方式等方面互相兼容、互换联用，既方便用户使用，又易于安装维修。不少大公司都推出了自己的现场总线标准。国际化的统一标准的工作正在加紧进行中。3.智能化采用智能与控制职能分散下放到现场装置的原则，现场总线网络的每一节点处安装的现场仪表应是“智能”型的，即安装的传感器应是“智能传感器”。在这种控制系统中，智能型现场装置是整个控制管理系统的主体。这种基于现场总线的控制系统，要求必须使用智能传感器，而不是一般传统的传感器。智能传感器代表了传感器的发展方向，这种智能传感器带有标准数字总线接口，能够自己

7、管理自己。它将所检测到的信号经过变换处理后，以数字量形式通过现场总线与高/上位计算机进行信息通信与传递。1.3智能传感器的功能与特点1.3.1智能传感器的功能概括而言，智能传感器的主要功能是：(1)具有自校零、自标定、自校正功能；(2)具有自动补偿功能；(3)能够自动采集数据，并对数据进行预处理；(4)能够自动进行检验、自选量程、自寻故障；(5)具有数据存储、记忆与信息处理功能；(6)具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能；(7)具有判断、决策处理功能。1.3.2智能传感器的特点与传统传感器相比，智能传感器的特点