每章重点、难点剖析CH13新型传感器.doc

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1、第13章　新型传感器（知识点）知识点1　智能传感器智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判断、量程自动转换、漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能的传感器。与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地结合在一起，充分利用微处理器进行数据分析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，从而具有了一定的人工智能，弥补了传统传感器性能的不足，使采集的数据质量得以提高。13.1.1智能传感器的特点与传统传感器相比，智能传感器有以下持点:（1）精度高（2）高可靠性与高稳定性

2、（3）高信噪比与高分辨率（4）自适应性强（5）性能价格比高13.1.2智能传感器的作用一般来说，智能传感器具有以下三方面的作用。（1）提高测量精度　（2）增加功能（3）提高自动化程度13.1.4智能传感器的实现（1）集成化实现（2）非集成化实现（3）混合实现知识点2　模糊传感器出现于20世纪80年代末，近年迅速发展起来的模糊传感器是在传统数据检测的基础上，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的一类智能传感器。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。模糊传感器的“智能”之处在于：它可以模拟人类感知的全过程，核心

3、在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性。它不仅具有智能传感器的一般优点和功能，而且还具有学习推理的能力，具有适应测量环境变化的能力，并且能够根据测量任务的要求进行学习推理。另外，模糊传感器还具有与上级系统交换信息的能力，以及自我管理和调节的功能。模糊理论应用于测量中的主要思想是将人们在测量过程中积累的对测量系统及测量环境的知识和经验融合到测量结果中，使测量结果更加接近人的思维。模糊传感器由硬件和软件两部分构成。模糊传感器的突出特点是其具有丰富强大的软件功能。模糊传感器与一般的基于计算机的智能传感器的根本区别在于它具有实现学习功能的单元和符号产生、处理单元，能够实现专

4、家指导下的学习和符号的推理及合成，从而使模糊传感器具有可训练性。经过学习与训练，使得模糊传感器能适应不同测量环境和测量任务的要求。13.2.1模糊传感器概述（1）模糊传感器的概念目前，模糊传感器尚无严格统一的定义，但一般认为模糊传感器是以数值测量为基础，并能产生和处理与其相关的测量符号信息的装置，即模糊传感器是在经典传感器数值测量的基础上经过模糊推理与知识集成，以自然语言符号的描述形式输出的传感器。具体地说，将被测量值范围划分为若干个区间，利用模糊集理论判断被测量值的区间，并用区间中值或相应符号进行表示，这一过程称为模糊化。对多参数进行综合评价测试时，需要将多个被测

5、量值的相应符号进行组合模糊判断，最终得出测量结果。模糊传感器的一般结构如图13.9所示。信息的符号表示与符号信息系统是研究模糊传感器的核心与基石。图13.9　模糊传感器的一般结构（2）模糊传感器的基本功能模糊传感器作为一种智能传感器，具有智能传感器的基本功能，即学习、推理、联想、感知和通信功能。知识点3　微传感器13.3.1MEMS与微加工完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件或系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智

6、能化和可靠性水平。MEMS系统的突出特点是其微型化，涉及电子、机械、材料、制造、控制、物理、化学、生物等多学科技术，其中大量应用的各种材料的特性和加工制作方法在微米或纳米尺度下具有特殊性，不能完全照搬传统的材料理论和研究方法，在器件制作工艺和技术上也与传统大器件（宏传感器）的制作存在许多不同。对于一个微机电系统来说，通常具有以下典型的特性：（1）微型化零件；（2）由于受制造工艺和方法的限制，结构零件大部分为二维的、扁平零件；（3）系统所用材料基本上为半导体材料，但也越来越多地使用塑料材料；（4）机械和电子被集成为相应独立的子系统，如传感器、执行器和处理器等。对于微机

7、电系统，其零件的加工一般采用特殊方法，通常采用微电子技术中普通采用的对硅的加工工艺以及精密制造与微细加工技术中对非硅材料的加工工艺，如蚀刻法、沉积法、腐蚀法、微加工法等。这里简要介绍MEMS器件制造中的三种主流技术。（1）超精密加工及特种加工以日本为代表，利用传统的超精密加工以及特种加工技术实现微机械加工。微机电系统中采用的超精密加工技术多是由加工工具本身的形状或运动轨迹来决定微型器件的形状。这类方法可用于加工三维的微型器件和形状复杂、精度高的微构件。其主要缺点是装配困难、与电子元器件和电路加工的兼容性不好。（2）硅基微加工以美国为代表，分为表面微加工和体微加工