传感器与检测技术 第十章 智能传感技术.ppt

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1、基本要求：10-1了解智能传感器体系结构；10-2掌握实现智能化功能常采用的技术；10-3了解网络传感器特点及发展。重点：实现智能化功能常采用的技术难点：实现智能化功能常采用的技术1§10-1智能传感器的体系结构与功能实现一、智能传感器的体系结构(一)非集成化结构图10-2非集成化智能传感器框图2(二)集成化结构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，故又可称为集成智能传感器(integratedsmart/intelligentsensor)

2、。图10-3集成智能传感器结构示意图3(三)混合实现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。图10-4智能传感器的混合集成实现结构4图10-5传统仪器仪表中的硬件非线性校正原理二、智能传感器功能的实现5图10-6智能仪器的非线性校正技术6(二)自校零与自校准技术假设一传感器系统经标定实验得到的静态输出(Y)与输入(X)特性如下：Y=a0+a1X(10-11)式中a0—零位值，即当输入X=0时之输出值；a1—灵敏度，又称传感器系统的转换增益。7被校环节的增益a1可根

3、据(10-11)式得出(10-13)被测信号UX则为(10-14)可见，这种方法是实时测量零点，实时标定灵敏度a1。图10-11检测系统自校准原理框图8被测目标参量X为(10-16)式中YX—被测目标参量X为输入量时的输出值；YR—标准值XR为输入量时的输出值；Y0—零点标准值X0为输入量时的输出值。图10-12检测系统自校准原理框图9(三)噪声抑制技术如果信号的频谱和噪声的频谱不重合，则可用滤波器消除噪声；当信号和噪声频带重合或噪声的幅值比信号大时就需要采用其他的噪声抑制方法，如相关技术、平均技术等来消除噪声。10(四)自补偿、自检验及自诊断智能传感器系

4、统通过自补偿技术可以改善其动态特性，但在不能进行完善实时自校准的情况下，可以采用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系统特性的漂移，如零点漂移、灵敏度漂移等。同时，智能传感器系统能够根据工作条件的变化，自动选择改换量程，定期进行自检验、自寻故障及自行诊断等多项措施保证系统可靠地工作。111.自补偿温度是传感器系统最主要的干扰量。在典型的传感器系统中主要采用结构对称来消除其影响；在智能传感器的初级形式中主要采用以硬件电路实现的“拼凑”补偿技术，但补偿效果不能满足实际测量的要求。在传感器与微处理器/微计算机相结合的智能传感器系统中，可采用监测补偿法，它

5、是通过对干扰量的监测由软件来实现补偿的。如压阻式传感器的零点及灵敏度温漂的补偿。12(1)零位温漂的补偿传感器的零点，即输入量为零时的输出量U0随温度而漂移，传感器类型不同，其零位温漂特性也各异。只要该传感器的温漂特性(U0-T)具有重复性就可以补偿。若传感器的工作温度为T，则应在传感器输出值U中减掉T℃时的零位值U0(T)。关键是要事先测出U0-T特性，存在内存中，大多数传感器的零位输出U0与温度关系特性呈非线性，如图10-13所示。故由温度T求取该温度的零位值U0(T)，实际上是相同于非线性校正的线性化处理问题。图10-13零位温漂特性13(2)灵敏度

6、温度漂移的补偿对于压阻式压力传感器，当输入压力保持不变的情况下，其输出值U(T)将随温度的升高而下降，如图10-14所示。图中温度T>T1，其输出U(T)T1，若仍按工作温度T时的输入(P)—输出(U)特性进行刻度转换求取被测输入量压力的数值是P′，而真正的被测输入量是P，将会产生很大的测量误差，其原因就是输入量P为常量时，传感器的工作温度T升高，T>T1传感器的输出由U(T1)降至U(T)，即工作点由B点降至A点，输出电压减少量ΔU为ΔU=U(T1)-U(T)故U(T1)=U(T)

7、+ΔU(10-29)14由(10-29)式可见，当在工作温度T时测得的传感器输出量U(T)，给U(T)加一个补偿电压ΔU后，再按U(T1)-P反非线性特性进行刻度变换求取输入量压力值即为P。因而问题归结为如何在各种不同的工作温度T，获得所需要的补偿电压ΔU。图10-14压阻式压力传感器的灵敏度温度漂移152.自检验自检验是智能传感器自动开始或人为触发开始执行的自我检验过程。它能对系统出现的软硬件故障进行自动检测，并给出相应指示，从而大大地提高了系统的可靠性。自检验通常有三种方式。(1)开机自检每当电源接通或总清复位之后，都要进行一次开机自检，在以后的测控工

8、作中不再进行。这种自检一般用于检查显示装置、ROM、RAM和总线，