第14章_智能传感器

《第14章_智能传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第14章智能传感技术14.1智能传感器概述14.1.1智能传感器14.1.2智能传感器的结构14.1.3智能传感器的基本功能14.2智能传感器的关键技术14.1.1智能传感器早期，人们简单地认为智能传感器是将“传感器与微处理器组装在同一块芯片上的装置”。随着智能传感技术的发展，基于其构成特点和功能特征，普遍认为，智能传感器是“将一个或多个敏感元件和信号处理器集成在同一块硅或砷化锌芯片上的装置”，“一种带微处理机并具有检测、判断、信息处理、信息记忆、逻辑思维等功能的传感器”。所以智能传感器是引入了微处理器并扩展了传感器功能，使之具备人的某些智能的、有

2、信息处理功能的新概念传感器。14.1.2智能传感器的结构一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节以实现对测量过程的调节和控制；另一方面将处理后的结果传送到输出接口，经过接口电路的处理后按照输出格式和界面定制输出数字化的测量结果。14.1.2智能传感器的结构模块式智能传感器为初级的智能传感器，它由许多相互独立的模块组成（如将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内）。由于集成度不高而导致体积较大，但在目前的技术水平下，仍不失为一种实用的结构形式。混合式智能传感器将传感器、微处理器和信号处理电路做在不同的芯

3、片上，是目前智能传感器采用较多的结构形式。集成式智能传感器将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上，集成度高、体积小，是智能传感器发展的方向。14.1.3智能传感器的基本功能①逻辑判断、统计处理：智能传感器能够对检测数据进行分析、统计和修正，能进行非线性、温度、噪声、响应时间、交叉感应以及缓慢漂移等误差补偿，还能根据工作情况调整系统状态，使系统工作在低功耗状态和传送效率优化的状态。②自检、自诊断和自校准：这是智能传感器的标志之一，智能传感器可以通过对环境的判断和自诊断进行零位和增益等参数的调整。可以借助其内部检测线路对异常现象或

4、故障进行诊断。操作者输入零值或某一标准值后,自校准程序可以自动地进行在线校准。14.1.3智能传感器的基本功能③软件组态（复合敏感）：智能传感器设置多种模块化的硬件和软件，用户可以通过操作指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合形式，以达到不同的应用目的，完成不同的功能，实现多传感、多参数的复合测量。④双向通信和标准化数字输出：智能化传感器具有数字标准化数据通信接口，能与计算机直接或接口总线相连，相互交换信息。这是智能传感器的又一标志。⑤人机对话：智能传感器与仪表等组合在一起，配备各种显示装置和输入键盘，使系统具有灵活的人机对话功能。⑥信息存

5、储与记忆：可以存储各种信息，如装载历史信息、校正数据、测量参数、状态参数等。对检测数据的随时存取，大大加快了信息的处理速度。第14章智能传感技术14.1智能传感器概述14.2智能传感器的关键技术14.2.1间接传感14.2.2线性化校正14.2.3自诊断14.2.4动态特性校正14.2.5自校准与自适应量程14.2.6电磁兼容性14.2.2线性化校正:1.查表法查表法是一种分段线性插值方法。根据准确度要求对反非线性曲线进行分段，用若干折线逼近非线性曲线，将折点坐标值存入数据表中，测量时首先查找出被测量xi对应的输出量ui处在哪一段，再根据斜率进行线

6、性插值求得输出值yi=xi。14.2.2线性化校正:2.曲线拟合法通常采用n次多项式来逼近反非线性曲线，多项式方程的各个系数由最小二乘法确定。曲线拟合法的缺点在于当有噪声存在时，利用最小二乘法原则确定待定系数时可能会遇到病态的情况而无法求解。14.2.2线性化校正:3.神经网络法利用神经网络来求解反非线性特性拟合多项式的待定系数。14.2.3自诊断智能传感器自诊断技术俗称“自检”，要求对智能传感器自身各部分（包括软件资源和硬件资源）进行检测，以验证传感器能否正常工作，并显示相关信息。传感器故障诊断是智能传感器自检的核心内容之一，自诊断程序应判断传感

7、器是否有故障，并实现故障定位、判别故障类型，以便后续操作中采取相应的对策。对传感器进行故障诊断主要以传感器的输出为基础，一般有硬件冗余诊断法、基于数学模型的诊断法和基于信号处理的诊断法等。14.2.3自诊断:1.硬件冗余诊断法对容易失效的传感器进行冗余备份，一般采用两个、三个或者四个相同传感器来测量同一个被测量，通过冗余传感器的输出量进行相互比较以验证整个系统输出的一致性。一般情况下，该方法采用两个冗余传感器可以诊断有无传感器故障，采用三个或者三个以上冗余传感器可以分离发生故障的传感器。14.2.3自诊断:2.基于数学模型的诊断法建立适当的数学模型

8、来表征测量系统的特性，通过比较模型输出与实际输出之间的差异来判断是否有传感器故障。参数估计诊断法：故障致使模型参数发生变化