传感与检测技术__课件

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1、第11章传感检测新技术11.1智能传感器11.2传感器数据融合技术11.3软测量技术11.4虚拟仪器11.5网络化检测仪器当前，传感器技术的主要发展方向:开展基础研究，发现新现象、新材料和新加工工艺，开发新型传感器；实现传感器的集成化与多功能化；实现传感器智能化；研究生物器官，开发仿生传感器。检测技术的发展方向:数据融合技术软测量技术虚拟仪器网络化检测技术等。本章以智能传感器、数据融合技术、软测量技术、虚拟仪器和网络化检测仪器为例讲述传感检测技术的发展。11.1智能传感器11.1.1智能传感器的概念传感器在经历了模拟量信息处理和数字量变换这两个阶段后，正朝着智能化、集成化

2、、小型化方向发展。利用微处理器技术使传感器智能化是20世纪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。什么是智能传感器，至今尚无公认的科学定义，很多人认为智能传感器是将“传感器与微型计算机组装在一块芯片上的装置”，或者认为智能传感器是将“一个或数个敏感元件和信号处理器集成在同一块硅或砷化镓芯片上的装置”。显然，这种定义不够全面。智能传感器这一名称虽然至今未有确切的定义，但从字面上看，意指这种传感器具有一定人工智能，即使用电路代替一部分脑力劳动。

3、近年来，传感器越来越多地和微处理器相结合，使传感器不仅有视、嗅、味和听觉的功能，还具有存储、思维、逻辑判断、数据处理、自适应等功能。智能传感器内既有传感元件、又有信号预处理电路和微处理器，其输出方式可以是通信线RS-232或ES-422串行输出，也可以是IEEE-488标准总线的并行输出。智能传感器是一个微机小系统，其中作为系统“大脑”的微处理器一般是单片机。无论何种智能传感器，都可以用图11.1的框图来表示。根据以上对智能传感器的认识，对它比较科学的定义是：将传感器与微型计算机集成在一块芯片上，并具有“感知”和“认知”被测量的功能，把传感技术和信息处理技术进行完美结合的

4、装置。11.1.2智能传感器的功能和特点1.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、自寻故障等；(5)具有数据存储、记忆与信息处理功能；(6)具有双向通信、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。2.智能传感器的特点是：(1)高精度；(2)高可靠性与高稳定性；(3)高信噪比与高分辨力；(4)较强的自适应性；(5)性价比高；11.1.3传感器智能化的技术途径1.传感器和信号处理装置的功能集成化是实现传感器智能化的主要技术途径集成或

5、混合集成传感器是以硅作为基本材料，采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上构成，利用驻留在集成体内的软件，实现对测量过程的控制、逻辑判断和数据处理以及信息传输等功能，构成集成智能传感器（IntegratedSmart/IntelligentSensor）。这类传感器具有小型化、性能可靠、可批量生产、价格便宜等优点，因而被认为是智能传感器的主要发展方向。2.基于新的检测原理和结构，实现信号处理智能化是传感器智能化的重要技术途径采用新的检测原理，通过微机械精细加工工艺和纳米技术设计新型结构，使之能真实地反映被

6、测对象的完整信息，这也是传感器智能化的重要技术途径之一。现在已经成功研究的多振动智能传感器就是利用这种方式实现传感器智能化的。3.研制人工智能材料是实现智能传感器以及实现人工智能的最新手段和最新学科人工智能材料AIM（ArtificialIntelligentMaterials）的研究是当今世界上的高新技术领域中的一个研究热点，也是全世界有关科学家和工程技术人员主要的研究课题。人工智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料后的第四代功能材料。它有三个基本特征：能感知环境条件的变化（普通传感器的功能），进行自我判断（处理器的功能）以及发出指令和自行采取行动（执行器的功能）。1

7、1.1.4智能传感器的应用1.由智能温度传感器构成的温度测控系统由DS18B20型智能温度传感器和80C31单片机构成的温度测控系统的电路图如图11.2所示。该系统采用6片DS18B20同时测控6路温度，另外使用一片DS18B20专门监测机内μP的温度。+5V稳压电源（7805）电磁干扰滤波器220V50Hz电源主机μP（80C31）看门狗电路（NE555）六路固态继电器（SSR1~SSR6）单线数字温度计（DS18B20×7）达林顿驱动器（MC1413）上电复位和手动复位电路（CD4069）64×5键盘9位共阴极LED显示器