8.1智能传感器（课件）-《传感器及检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目八 新型传感器及应用 项目八 新型传感器及应用 目 录 1 任务一 智能传感器 2 任务二 生物传感器 3 任务三 微型传感器 项目八 新型传感器及应用 学习目标 了解智能传感器的概念、功能和特点。 了解智能传感器的组成和实现途径。 了解智能压力传感器和智能温度传感器。 了解生物传感器的基本知识。 了解常用生物传感器的应用。 了解微机电系统。 了解微型传感器及应用。 任务一 智能传感器 人类感知外部信息是通过人的视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等感觉器官与人类积累的知识相结合的结果。因此人类的智能是实现了多重传感信息的融合并且把它与人类的知识结合而作出的归纳和综合，它包括了“感知”和“认知”两个方面。 任务一 智能传感器 一、智能传感器的概念 智能传感器的最高目标应该是接近或达到人类的智能水平，能够像人一样通过在实践中不断地改进和完善，实现最佳测量方案，得到最理想的测量结果。而目前传感器的智能化程度还仅仅是初级阶段，与人类的智能相比还有很大的差距，只能说是数据处理层次上的低级智能。 任务一 智能传感器 二、智能传感器的功能与特点 （一）智能传感器的功能 智能传感器比传统传感器在功能上有了极大的拓展，几乎包含了测量设备的全部功能，主要表现在以下几方面：　 1.自校准功能 操作者输入零值或某一标准值后，自校准程序可以自动进行零位和增益等参数的在线校准。 2.自诊断功能 工作中，可借助内部检测电路对异常现象或故障进行诊断。 任务一 智能传感器 二、智能传感器的功能与特点 （一）智能传感器的功能 3.检测数据自动处理功能 对采集得到的数据进行分析、统计和修正，进行非线性、温度、噪声、漂移等误差补偿。 4.软件组态功能 智能传感器内部具有多种硬件和软件模块。用户可针对不同应用目的，通过操作指令，改变其内部硬件模块和软件模块的组合，来完成不同的功能，实现多传感、多参数的复合测量。 任务一 智能传感器 二、智能传感器的功能与特点 （一）智能传感器的功能 5.信息存储和记忆功能 能存储各种历史信息、参数和校正数据等。 6.双向通信和数字输出 能方便地与计算机连接，实现信息的交换。 任务一 智能传感器 二、智能传感器的功能与特点 （二）智能传感器的特点 高精度 智能传感器通过自较零可去除零点；通过与标准参考基准实时比对而自动进行系统标定；自动对系统的非线性等系统误差进行校正；通过对采集的大量数据的统计处理消除偶然误差的影响等，从而保证高精度。 高可靠性与高稳定性 由于智能传感器能自动补偿因工作条件和环境参数变化引起的系统特性的漂移；能随被测参数的变化自动改变量程；能实时自动对采集的数据进行自检、分析、判断其合理性，并对异常情况作应急处理等，从而保证高可靠性与高稳定性。 高信噪比与高分辨率 由于智能传感器具有检测数据自动处理功能，能进行数字滤波、分析计算，可去除噪声；通过数据融合、神经网络技术，消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，使得在多参数状态下对特定参数的测量分辨率得到提高，从而保证高信噪比与高分辨率。 任务一 智能传感器 二、智能传感器的功能与特点 （二）智能传感器的特点 自适应性强 由于智能传感器具有判断、分析和处理的功能，因此它能根据工作情况决策各部分的供电情况、优化与上位机的数据传送速率，保证系统工作在最优低功耗状态。 高性价比 智能传感器具有上述高性能，而制造是采用低价的集成电路工艺和软件来实现，因此具有高性价比。 任务一 智能传感器 三、智能传感器的组成 （一）智能传感器的功能 智能传感器的组成框图如图8-1所示。它是一个最小的微机系统，通常装在一个壳体内，由传感器（传感元件）、信号调理电路、微处理器单元和通信接口等组成。传感元件包括弹性敏感元件和变换器，信号调理电路包括多路开关、仪用放大器、基准电压、模数转换器等，微处理器单元包括微处理器、存储器、输入输出接口电路、数模转换器等。 任务一 智能传感器 三、智能传感器的组成 （一）智能传感器的功能 任务一 智能传感器 四、智能传感器的实现 1.模块化实现 模块化智能传感器为初级的智能传感器，它是将传统传感器、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器等模块装配在同一壳体内而构成的智能传感器，如图8-2所示。这种传感器由于集成度不高而导致体积较大，但在目前的技术水平下，仍不失为一种实用的结构形式。 任务一 智能传感器 四、智能传感器的实现 2.集成化实现 集成智能传感器又称现代智能集成传感器，它的制作工艺与传统传感器完全不同。它是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用半导体硅材料制作敏感元件，将信号调理电路和微