第7章智能传感器及智能检测系统（课件）- 《传感器与检测技术基础》同步教学（北京理工版）

第7章智能传感器及智能检测系统 7. 1智能传感器的概念和特点 7. 2智能传感器的实现方法 7. 3智能传感器设计 7. 4智能传感器的应用及其发展 7. 1智能传感器的概念和特点 目前，智能传感器尚无公认的科学定义，但普遍认为智能传感器是由传统传感器与专用微处理器组成的。智能传感器可分两大部分:基本传感器和信息处理单元。基本传感器是构成智能传感器的基础，其性能很大程度上决定着智能传感器的性能，由于微机械加工工艺的逐步成熟以及微处理器的补偿作用，基本传感器的某些缺陷(如输入输出的非线性)得到较大程度的改善;信息处理单元以微处理器为核心，接受基本传感器的输出，并对该输出信号进行处理，如标度变换、线性化补偿、数字调零、数字滤波等，处理工作大部分由软件完成。智能传感器的两大部分可以集成在一起设置成为一个整体，封装在一个表壳内，也可分开设置，以利用电子元器件和微处理器的保护，尤其在测试环境较恶劣时更应该分开设置。 下一页 返回 7. 1智能传感器的概念和特点 一般来说，智能传感器是能够实现对传感器的原始数据进行加工处理，而并非仅仅是将模拟信号转换为数字信号。智能传感器应具备如下的特征: (1)可以根据输入信号值进行判断和制定决策。 (2)可以通过软件控制做出多种决定 (3)可以与外部进行信息交换，有输入输出接口。 (4)具有自检测、自修正和自保护功能 智能传感器系统一般构成框图如图7一1所示，其中作为系统“大脑”的微型计算机， 可以是单片机、单板机，也可以是微型计算机系统。 下一页 返回 上一页 7. 1智能传感器的概念和特点 7. 1. 2智能传感器的分类 智能传感器按其结构分为模块式智能传感器、混合式智能传感器和集成式智能传感器3种 模块式智能传感器是初级的智能传感器，它由许多互相独立的模块组成。将微型计算机、信号处理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内，组成模块式传感器，如图7 -2所示。这种传感器的集成度不高、体积较大，但它是一种比较实用的智能传感器。 混合式智能传感器将传感器、微处理器和信号处理电路等各个部分以不同的组合方式集成在几个芯片上，然后装配在同一壳体内。目前，混合式智能传感器作为智能传感器的主要类型而被广泛应用。 下一页 返回 上一页 7. 1智能传感器的概念和特点 ST3000系列变送器原理结构如图7一3就是根据扩散硅应变电阻原理进行工作的。 7. 1. 3智能传感器的功能 (1)自补偿和计算。 (2)自诊断功能。 (3)复合敏感功能。 (4)强大的通讯接口功能。 (5)现场学习功能。 (6)提供模拟和数字输出。 (7)数值处理功能。 (8)掉电保护功能。 下一页 返回 上一页 7. 1智能传感器的概念和特点 7.1.4智能传感器的特点 (1)利用微处理器不仅能提高传感器的线性度，而且能够对各种特性进行补偿。 (2)提高了测量可靠性，测量数据可以存取，使用方便。对异常情况可做出应急处理，如报警或故障显示。 (3)测量精度高，对测量值可以进行零点自校准和满度校正，可以进行非线性误差补偿等多项新技术，因此测量精度及分辨率都得到了大幅度提高。 (4)灵敏度高，可进行微小信号的测量 (5)具有数字通信接口，能与微型计算机直接连接，相互交换信息 (6)多功能，能进行多种参数，多功能测量，是新型智能传感器的一大特色 (7)超小型化、微型化、微功耗。 下一页 返回 上一页 7. 1智能传感器的概念和特点 7.1.5智能传感器的数据采集 1.信号的预处理 (1)开关信号的预处理。当传感器输人的物理量小于某阀值时，传感器处于“关”状态;大于阀值时，处于“开”状态 (2)模拟信号的预处理。模拟脉冲式传感器信号一般需接脉冲限幅电路，使输出变成窄脉冲，方可使用脉冲瞬值保持电路将脉冲扩展，以便A/ D转换。 2.数据采集 传感器信号经预处理成为A/ D变换器所需要的电模拟信号，模拟电压的数字化则要依赖模数转换器(A/D)，它通过采样、量化和编码将输人电信号变换为数字信号。 下一页 返回 上一页 7. 1智能传感器的概念和特点 数据采集的周期: (1)数据采集的配置 (2)采样周期的选择 (3