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1、智能传感器原理及应用姓名：张军子湖北理工学院机电工程学院，黄石435000摘要：智能传感器技术是综合多种学科的复合型技术,是一门正在蓬勃发展的现代使感器技术。通过对其概念、结构、功能的阐述,指明了它的实现途径及应用过程中的特殊作用表明了智能传感器是未来发展的向。Abstract:Nowadaystheintelligentsensorhasbeenappliedratherwidelysinceitsextrusion.Theconceptoftheintelligentsensor,thewayofitsconstitution,thecharact
2、eristicofitsfunction,thetrendofitsdevelopmentanditsmainapplicationwereintroducedcomprehensivelyinthispaper.Fromthispaperwecandrawaconclusionthattheemergeoftheintelligentsensorhasrepresentedthesensor’sdevelopingdirectioninthefuture.引言智能传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代传感器技术,是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号
3、处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术及模糊理论等多种学科的综合性技术.在智能传感器发展进程中,由于对其“智能”含义的理解不断深化,各个时期的学者给予智能传感器的定义也随着历史的推移而演变.用,表明了智能传感器是未来发展的方向。1 智能传感器的定义传感器(sensor)一词来自拉丁语sentire,意思是“觉察,领悟”。其作用是对于诸如热、光、力、声、运动等物理或化学的刺激做出反应,感受被测刺激后定量地将其转化为电信号,信号调理电路对该信号进行放大、调制等处理,再由变送器转化成适于记录和显示的形式输出。智能传感器(intelligentsenso
4、r)的概念最初是由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出并形成的,1978年研发出产品。宇宙飞船上需要用大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据,于是提出把CPU分散化,从而产生出智能化传感器。目前,智能传感器尚无公认的科学定义,但普遍认为智能传感器是由传统传感器与专用微处理器组成的。智能传感器可分两大部分:基本传感器和信息处理单元。基本传感器是构成智能传感器的基础,其性能很大程度上决定着智能传感器的性能,由于微机械加工工艺的逐步成熟以及微处理器的补偿作用,基本传感器的某些缺陷(如:输入输出的非
5、线性)得到较大程度的改善;信息处理单元以微处理器为核心,接受基本传感器的输出,并对该输出信号进行处理,如标度变换、线性化补偿、数字调零、数字滤波等,处理工作大部分由软件完成。智能传感器的两大部分可以集成在一起设置成为一个整体,封装在一个表壳内;也可分开设置,以利用电子元器件和微处理器的保护,尤其在测试环境较恶劣时更应该分开设置。2 智能传感器的结构最初的智能传感器设计主要集中在输出端数字处理上,旨在获得高精度的温度补偿和校正。后来的设计包括增强数字特性(如远距离通讯和可寻址能力)等,但研制工作还未涉及到制造过程所用的测试系统接口,这种接口可实现传感器的
6、批量生产,从而大大降低传感器成本。智能传感器主要设计结构有两种一种是数字传感器信号处理(DSSP),另一种是数字控制的模拟信号处理(DCASP)[1]。如图1所示。最精确的设计都采用DSSP结构,通常包括两个传感器:被测量传感器(例如压力)和温度(补偿)传感器。在硅器件中,温度信号可直接从被测量传感器提取出来,传感器信号经多路调制器送到A/D变换器,然后再送到微控器进行信号的补偿和校正。校正时可用传感器输出的算法趋近或多表面逼近法进行信号处理,每个给定传感器的校正系数都被单独储存在永久性寄存器中。如果需要模拟输出,可另外加一个D/A变换器。 DSSP
7、结构的分辨率受输入A/D变换器的分辨率和补偿/校正处理分辨率的限制。响应时间受A/D变换时间和补偿时间限制。而基本的DCASP结构在传感器和模拟输出之间直接提供了一个模拟通道,因此,被测量分辨率和响应时间不受影响。温度补偿和校正都在并联回路实现,并联回路能改变信号放大器的失调和增益[2]。要获得数字输出信号,可加一个A/D变换器。3 智能传感器的功能与特点智能传感器的功能概括起来主要有以下7个:1 自校零、自标定、自校正;2 自动补偿;3 能自动采集数据,并对数据进行预处理;4 能自动进行检验,自选量程,自寻故障;5 能进行数据存储、记忆与信息处理;6
8、 双向通讯、标准化数字输出或符号输出;7 能进行判断和决策处理.与传统传感器相比,智能传感器的
