第13章新型传感器（课件）- 《传感器与检测技术（第4版）》同步教学（机工版）

第13章 新型传感器 知识单元与知识点 智能传感器的定义、特点、作用、设计与实现； 模糊传感器的概念、基本功能、结构； MEMS与微加工、微传感器的特点、典型微传感器介绍； 网络传感器的概念、类型、体系结构。 能力点 理解新型传感器（智能传感器、模糊传感器、微传感器与网络传感器）的概念、特点； 理解新型传感器的结构、作用； 了解新型传感器涉及的主要技术； 了解典型新型传感器的特性与应用。 重难点 重点：新型传感器（智能传感器、模糊传感器、微传感器与网络传感器）的概念、特点。 难点：新型传感器涉及的主要技术。 学习要求 了解新型传感器（智能传感器、模糊传感器、微传感器与网络传感器）的概念、特点； 了解新型传感器的结构、作用； 了解新型传感器涉及的主要技术； 了解典型新型传感器的特性与应用。 13.1 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。 “微处理器”包含两种情况：一种是将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的“单片智能传感器”；另一种是指传感器能够配微处理器。 智能传感器基本结构 13.1.1 智能传感器的特点 精度高 高可靠性与高稳定性 高信噪比与高分辨率 自适应性强 性能价格比高 13.1.2 智能传感器的作用 （1）提高测量精度　 1）利用微型计算机进行多次测量和求平均值的办法可削弱随机误差的影响； 2）利用微型计算机进行系统误差补偿； 3）利用辅助温度传感器和微型计算机进行温度补偿； 4）利用微型计算机实现线性化，可以减少非线性误差； 5）利用微型计算机进行测量前的零点调整、放大系数调整和工作中周期调整零点、放大系数。 （2）增加功能 1）利用记忆功能获取被测量的最大值和最小值； 2）利用计算功能对原始信号进行数据处理，可获得新的量值； 3）用软件的办法完成硬件功能，经济并减小体积； 4）对数字显示可有译码功能； 5）可用微型计算机对周期信号特征参数进行测量； 6）对诸多被测量可有记忆存储功能。 （3）提高自动化程度 1）可实现误差自动补偿； 2）可实现检测程序自动化操作； 3）可实现越限自动报警和故障自动诊断； 4）可实现量程自动变换； 5）可实现自动巡回检测。 13.1.3 智能传感器的实现 集成化实现 采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用半导体材料硅作为基本材料来制作敏感元件，将信号调理电路、微处理器单元等集成在一块芯片上构成的 非集成化实现 将传统传感器(采用非集成化工艺制作的传感器，仅具有获取信号的功能)、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统 混合实现 根据需要与可能，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、数字总线接口等，以不同的组合方式集成在几块芯片上，并装在一个外壳里 13.1.4 智能传感器的设计 智能压力传感器的结构设计 敏感元件设计 传感器工艺设计 软件设计 13.1.5 智能传感器的应用实例 ST-3000系列智能压力传感器 固体图像传感器 液态乙醇浓度在线检测嵌入式智能传感器 通过TFT-LCD触摸屏可视化界面能够设置各传感器数据采集通道的开关状态和采集数据类型(如温度、压力、温度、乙醇浓度、pH值)； 传感器将检测到的各参数值送入32位DSP处理器进行插值、解耦、自校正等智能处理，并根据定义好的通信协议进行数据打包，通过串口送入32位嵌入式ARM9处理器； 网络接口模块中的以太网控制器(AX88796)将收到的数据进行TCP数据打包，通过RJ45接口(HR911105A型)将其传送到Internet； 上位机实时接收来自Internet的测量信息，并根据需要向嵌入式智能传感器发送控制命令，执行相应的操作、调节环境参数等。 13.2 模糊传感器 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。 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，核心在于知识性，知识的最大特点在于其模糊性 模糊传感器由硬件和软件两部分构成 13.2.1 模糊传感器概述 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