第11章 智能传感器

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1、第11章智能传感器11.1概述11.2智能传感器实现的途径11.3智能传感器输出信号的预处理11.4数据采集11.5智能传感器的数据处理技术11.6智能传感器的硬件设计本章要点11.1概述传感器在经历了模拟量信息处理和数字量交换这两个阶段后，正朝着智能化、集成一体化、小型化方向发展，利用微处理机技术使传感器智能化是80年代新型传感器的一大进展，通常称之为智能传感器（IntellingentSensor）。在美国还有一个通俗的名称SmartSensor，含有聪明、伶俐、精明能干的意思。11.1概述11.1.1智能传感器的概念11.1.2智能传感器和普通传感器的区别11.1.3智能传

2、感器的特点11.1.1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。图11-1智能压力传感器结构图图11-2集成一体化的智能传感器图11-3智能传感器的组成框图11.1.1智能传感器的概念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DSTJ300

3、0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。11.1.2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。11.1.3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

4、趋势。11.2智能传感器实现的途径11.2.1非集成化实现11.2.2集成化实现11.2.3混合实现11.2.4集成化智能传感器的几种模式11.2.1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11-4所示。图11-4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。11.2.1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

5、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11-5模糊传感器的简单结构示意图11.2.2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11-6所示。11.2.2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

6、，操作极其简单11.2.2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。11.2.3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，并装在一个外壳里，如图11-7中所示的几种方式11.2.3混合实现图11-7在一个

7、封装中可能的混合集成实现方式在图（a）中，是三块集成化芯片封装在一个外壳里。在图(b),(c),(d)中，是两块集成化芯片封装在一个外壳里。图11-8(a)(c)中的（智能）信号调理电路，具有部分智能化功能，如自校零、自动进行温度补偿，这是因为这种电路带有零点校正电路和温度补偿电路才获得了这种简单的智能化功能的。11.2.4集成化智能传感器的几种模式若按具有的智能化程度来分类，集成化智能传感器有三种存在形式: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