第九章智能传感器与检测新技术ppt.pptx

1;2;1.智能传感器举例 红外传感器将被测目标的温度转化为电信号，A/D变换后输入单片机 温度传感器将环境温度转换为电信号，经A/D变换后输入单片机。 ;单片机中存放有红外传感器的非线性校正数据。 检测的数据经单片机计算处理，消除非线性误差。 获得被测目标的温度特性与环境温度的关系。 供记录、显示、存储备用。 ;2.智能传感器的功能 从功能上，智能传感器是具备了记忆、分析和思考能力、输出期望值的传感器。 1）能提供更全面、更真实的信息，消除异常值、例外值。 2）具有信号处理包括温度补偿、线性化等功能。 3）随机调整和自适应。 4）一定程度的存储、识别和自诊断。 5）含有特定算法并可根据需要改变算法。;这种传感器不仅在物理层面上检测信号，而且在逻辑层面上对信号进行分析、处理、存储和通信。 相当于具备了人类的记忆、分析、思考和交流的能力，即具备了人类的智能，所以称之为智能传感器。 ;3.智能传感器的层次结构 理想智能传感器的层次结构是三层： 1）底层，分布并行传感过程，实现被测信号的收集。 2）中间层，将收集到的信号融合或集成，实现信息处理。 3）顶层，中央集中抽象过程，实现融合或集成后的信息的知识处理。 ;4.智能传感器的实现 有三种不同的途径： 1）利用计算机合成方式，称作计算型智能； 2）利用特殊功能的材料，称作智能材料型； 3）利用功能化几何结构，称作智能结构型。;一、计算型智能传感器 1.计算型智能传感器的构成方式 1）非集成化方式 把基本传感器、信号处理电路和带数字总线接口的微处理器相隔一定距离组合在一起，构成智能传感器系统。 此类智能传感器系统实现方式方便快捷，利用自动化仪表与嵌入式系统即可设计。;2）集成化方式 采用微计算机技术和大规模集成电路工艺，把传感元件、信号处理电路、微处理器集成在一个硅材料芯片上制成独立的智能传感器功能块，如单片智能压力传感器和智能温度传感器。;3）混合集成方式 将智能传感器的传感元件、信号处理电路、微处理器等各个部分以不同的组合方式分别集成在几个芯片上，然后封装在同一个外壳里。;典型的数字信号处理硬件： 1）微控制器MCU； ;2）数字信号处理器DSP； 3）专用集成电路ASIC； 4）场编程逻辑门阵列FPGA； 5）微型计算机;2.计算型智能传感器的基本结构;二、生物传感器 1.生物传感器的定义和发展 第一代生物传感器为血糖测试用酵素电极。;第二代生物传感器定义为使用抗体或者受体蛋白当分子识别组件，换能器的选用则朝向更为多样化，诸如场效应半导体（FET），光纤（FOS），电压晶体管（PZ）等。 第三代生物传感器定位在更具携带式，自动化，与实时测定功能。 ;2.生物传感器的分类 1）生物亲和性传感器 当固定生物组件与待测定分析物发生亲和性结合时，造成生物分子形状改变与/或引起诸如电荷、厚度、质量、热量或光学等物理量的变化。 （2）生物催化型感应器 此类传感器的信号侦测并不在于分子辨认——结合的阶段，而且当固定化分子与待测物反应后，产生生化代谢物质，再经特定电极侦测特定代谢物后以电子讯号表现出来。如第一代生物传感器的酵素电极。;3.生物传感主要应用在发酵工业、食品工业、医学、环境监测等领域。 4.生物传感器的未来发展 （1）功能全微型化 （2）智能化 （3）生物传感器发展的条件 ;例一、压电晶体生物免疫探测器--生化探索家Bio-E 将压电晶体探测器结合免疫反应，利用聚乙烯及粘性物质将抗体或者抗原固定在压电晶体上，具有高药敏性、高选择性，即时分析、成本低、快速等优点。在临床检验上，急需利用这些特性以加速样品测试，迅速给医生提供诊断结果。; 主要应用于生物学及生命科学研究，可即时检测生物分子之间作用力情况，如微量分子浓度测定、生物分子作用力及动力学研究、药物快速筛选、基因探针及抗原决定基图鉴。;例二、电子鼻 人工电子鼻是一种可现场即时检测装置，它通过类神经网络加以辨识、分析和记忆，可应用于环境科学及食品工业研究。如环境污染及有毒物侦测、畜牧业臭味监测、酒类和饮料的评鉴、石油化工和电子半导体行业味道强度的测定等等。;三、其他类型智能传感器 1.特殊材料型智能传感器 智能材料是继天然材料、人造材料、精细材料之后的第四代功能材料。 　　因为现在可用于智能材料的材料种类不断扩大，分类方法也有多种，一般若按功能来分可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等。 ; 若按来源来分，智能材料可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子系智能材料。 目前研究开发的金属系智能材料主要有形状记忆合金和形状记忆复合