1、第14章 智能传感器及其应用,传统传感器缺点：只能作为敏感元件，须配上变换仪表才能检测物理量、化学量等的变化。 智能传感器：一种带有微处理器并兼有检测和信息处理功能的传感器，集成了传感器、智能仪表的全部功能，具有很高的线性度和低的温度漂移，降低了系统的复杂性、简化了系统结构、提高了系统的功能。智能型传感器被称为第四代传感器，具备感觉、辨别、判断以及自诊断等多种功能，是传感器的发展方向。,14.1 智能传感器概述,1、智能传感器的概念 智能传感器：以微处理器为核心，能够自动采集、存储外部信息，并能自动对采集的数据进行逻辑思维、判断及诊断，能够通过输入输出接口与其他智能传感器(智能系统)进行通信的
2、传感器。智能传感器扩展了传感器的功能，使之成为具备人的某些智能的新概念传感器。,2、智能传感器的功能, 复合敏感功能 智能传感器应该具有一种或多种敏感能力，如能够同时测量声、光、电、热、力、化学等多个物理或化学量 自动采集数据并对数据进行预处理 自动选择量程完成对信号的采集、对采集的原始数据进行各种处理，如各种数字滤波、FFT变换、HHT变换等时频域处理，进而进行功能计算及逻辑判断。 自补偿、自校零、自校正功能 为保证测量精度，智能传感器必须具备上电自诊断、设定条件自诊断以及自动补偿功能，如能够根据外界环境的变化自动进行温度漂移补偿、非线性补偿、零位补偿、间接量计算等。同时能够利用EEPROM
3、中的计量特性数据进行自校正、自校零、自标定等功能。,2、智能传感器的功能, 信息存储功能 通信功能 自学习功能, 精度高、测量范围宽 高可靠性与高稳定性 高信噪比与高的分辨力 强的自适应性 高的性能价格比 功能多样化。,3、智能传感器的特点,14.2 智能传感器的实现技术,按照实现形式，智能传感器可以分为非集成化智能传感器、集成化智能传感器以及混合式智能传感器三种结构,典型的智能传感器结构组成示意图,非集成化智能传感器：将传统传感器、信号调理电路、微处理器以及相关的输入输出接口电路、存储器等进行简单组合集成而得到的测量系统。,集成化智能传感器：以硅材料为基础，采用微米级的微机械加工技术和大规模
4、集成电路工艺来实现各种仪表传感器系统的微米级尺寸化，国外也称它为专用集成微型传感技术。,没有外部连接元件，外接连线数量少，包括电源、通讯线可以少至四条，接线简便。它还可以自动进行整体自校，无需用户长时间反复多环节调节与校验。“智能”含量越高的智能传感器，它的操作使用越简便，用户只需编制简单的使用主程序。,混合式智能传感器：根据需要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两块或三块芯片上，并封装在一个外壳里,14.3 传感信号的采集,智能传感器能够按照预定的程序控制一系列测量测试的传感器依次采集数据，并对采集的数据进行存储、运算、分析判
5、断、接口输出及自动化操作。 传感信号的采集是智能传感器的重要组成部分,传感器可以是热电偶、热电阻、光学、应变、位移、加速度等传感器。不同传感器需要设计不同信号调理电路。 以应变式传感器为例介绍：,14.4 智能传感器的信号处理技术,1、非线性补偿技术：查表法和曲线拟合法,2、自校零与自动校准技术,自动校零 这种方法的原理和实现都比较简单，首先测量输入端短路时的直流零电压，将测得的数据存贮到校准数据存贮器中，而后进行实际测量，并将测得值与输入短路电压数值相减，从而得到测量结果。 自动校准 智能传感器中模拟电路部分的漂移、增益变化、放大器的失调电压和失调电流等都会给测量结果带来误差，可以利用微处理
6、器实现自动校准或修正。,表示由于温漂、时漂等造成的运算放大器等效失调电压，Ux为待测电压，Us为基准电压，Ao为运放开环增益，R1、R2为分压电阻，当开关K接于Ux处时，运放输出:,3、数字滤波技术,滤除噪声及虚假信号 信号补偿,14.5 典型的智能传感器及其应用,1、混合集成压力智能式传感器,在同一块半导体基片上用离子注入法配置扩散了差压、静压和温度三种传感元件，其组成包括变送器、现场通信器、传感器、脉冲调制器等,2、集成智能式湿度传感器,HM1500/1520内部包含由HS1101型湿敏电容构成的桥式振荡器、低通滤波器和放大器，能输出与相对湿度成线性关系的直流电压信号，输出阻抗为70欧，适配带ADC的单片机,湿敏传感器和单片机构成的智能湿度测量系统,读数过程流程图,3、智能电机转速测量系统,4、无线智能传感器及其应用,无线传感器网络概述 无线传感器网络的特点 无线传感网络系统结构,无线传感节点的实现,无线传感器网络的应用举例,Internet、卫星或移动通信网络等,汇聚节点,小结：,智能传感器的概念、分类 智能传感器的结构及实现技术 智能传感器中关键技术 常见智能传感器的典型应用案例分析,
