4.6 智能传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

4.6 智能传感器 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握智能传感器的定义及其功能。 能力目标 理解和运用智能传感器举例、智能传感器的发展前景等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结智能传感器的发展前景。 新知学习 一 、智能传感器的定义及其功能 智能传感器的概念最初是美国宇航局 (NASA) 在开发宇宙飞船过程中形成的。宇宙飞船 在太空中飞行时，需要知道它的速度、姿态和位置等数据。为了宇航员能正常生活，需要控制 舱内温度、气压、湿度、加速度、空气成分等，因而要安装大量的传感器。 新知学习 一 、智能传感器的定义及其功能 另外，进行科学试 验、观察也需要大量的传感器。要处理如此之多的由传感器所获取的信息，需一台大型计算 机，而这在飞船上是无法做到的。为了不丢失数据，又要降低成本，于是提出了分散处理数据 的设想。即传感器在检测到外界信息后，还要对其进行必要的加工和处理工作。 新知学习 一 、智能传感器的定义及其功能 从另一方面来 说，智能传感器是为了代替人和生物体的感觉器官并扩大其功能而设计制作出来的一种装置。 新知学习 一 、大规模集成电路对传感器的影响 人和生物体的感官有两个基本功能： 01 02 03 。前者称为“感知”,而后者称为“认知”。 二是进 行判断、推理、鉴别对象的状态。 一是检测对象的有无或检测变换对象发生的信号 01 02 03 新知学习 一 、智能传感器的定义及其功能 一般传感器只有 对某一物体精确“感知”的本领，而不具有“认知” (智慧)的能力。智能传感器则可将 “感知”和“认知”结合起来，起到人的五官感觉功能的作用。 新知学习 美国宇航局的一些科学家认为智能传感器需要具备下列条件 一 、智能传感器的定义及其功能 01 02 03 04 ①由传感器本身消除异常值 和例外值，提供比传统传感器更全面、更真实信息的功能； ②具有信号处理(例如包括温度 补偿、线性化等)功能； ③随机整定和自适应功能； ④具有一定程度的存储、识别和自诊断 功能；⑤内含特定算法并可根据需要改变的功能。 新知学习 二、 智能传感器举例 智能传感器是“电五官”与“微电脑”的有机结合，对外界信息具有 检测、判断、自诊断、数据处理和自适应能力等集成一体的多功能传感器。这种传感器还具有 与主机自动对话，自行选择最佳方案的能力。它还能将已取得的大量数据进行分割处理，实现 远距离、高速度、高精度的传输。目前，这类传感器尚处于研究开发阶段，但已出现不少实用 的产品。 新知学习 二、 智能传感器举例 利用CCD (电荷耦合器件)二维阵 列摄像仪，将检测图像转换成时序的视频信号，在电子电路中产生与空间滤波器相应的同步信 号，再与视频信号相乘后积分，改变空间滤波器参数，移动滤波器光栅，以提高灵敏度，实现 二维自适应图像传感的目的。 新知学习 二、 智能传感器举例 利用大规模集成电路技术，将传感器和计算机集成在同一块硅片上，实现三维多功 能的“单片智能传感器”,如图4-26所示。它将二维集成技术发展成三维集成技术，实现多 层结构。它将传感器功能、逻辑功能和记忆功能等集成在一块硅片上，这是智能传感器的一个 重要发展方向。 新知学习 三 、智能传感器的发展前景 主要表现在以下几个方面： 01 02 03 04 ① 利用微电子学使传感器和微处理器结合在一起实现各种功能的单片智能传感器，仍然 是智能传感器的主要发展方向之一。 ② 微结构(智能结构)是今后智能传感器重要发展方向之一。 ③ 利用生物工艺和纳米技术研制传感器功能材料，以此技术为基础研制分子和原子生物 传感器是一门新兴学科，是21世纪的超前技术。 ④ 完善智能器件原理和智能材料的设计方法，也将是今后几十年极其重要的课题。 新知学习 三 、智能传感器的发展前景 主要表现在以下几个方面： ① 利用微电子学使传感器和微处理器结合在一起实现各种功能的单片智能传感器，仍然 是智能传感器的主要发展方向之一。例如，利用三维集成(3DIC) 及异质结技术研制高智能 传感器“人工脑”,这是科学家近期的奋斗目标。日本正在用3DIC 技术研制视觉传感器就是 其中一例。 “微型”技术是一个广泛的应用领域，它覆盖了微型制造、微型工程和微型系统等各种科 学与多种微型结构。微型结构是指在1μm～1mm 范围内的产品，它超出了人们的视觉辨别能 力。在这样的范围内加工出微型机械或系统，不仅需要有关传统的硅平面技术的深厚知识，还 需要对微切削加工、微制造、微机械、微电子等四个领域的知识有一个全面的了解。这四个领 域是完成智能传感器或微型传感器系