传感器技术 教学课件 陈建元 第九章 智能传感器1.pdf

新型传感器技术 新型传感器技术 第九章 智能传感器 第九章 智能传感器 9.1 智能传感器概述 9.2 智能传感器的构成、功能与特点 9.3 智能传感器的实现途径 9.4 典型智能传感器简介 9.1 智能传感器概述 9.1 智能传感器概述 智能传感器（Intelligent sensor ）最初是由美国宇航局在 1978 年开发出来的。智能传感器是指具有信息检测、处理、记 忆、逻辑思维和判断功能的新型传感器。它不仅具有传统传感器 的各种功能,而且还具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校 正、自调整以及人机通讯等多种功能。它是微电子技术、微型电 子计算机技术与检测技术相结合的产物。早期的智能传感器是将 传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理机进行运算 处理。80年代智能传感器主要以微处理器为核心,把传感器信号 调节电路、微电子计算机存贮器及接口电路集成到一块芯片上,使 传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术进一步提高, 使传感器实现了微型化、结构一体化、阵列式、数字式,使用方便 和操作简单。同时具有自诊断功能、记忆与信息处理功能、数据 存贮功能、多参量测量功能、联网通信功能、逻辑思维以及判断 功能。智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。 9.2 智能传感器的结构、功能与特点 9.2 智能传感器的结构、功能与特点 智能传感器是由传感器和微处理器相结合而构成的，它充分利 用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并对它 的内部行为进行调节。图9.1是智能传感器的原理框图，它主要包 括传感器、信号调理电路和微处理器。 微处理器是智能传感器的核心，它不但可以对传感器测量的数 据进行计算、存储、还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于 微处理器充分发挥各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务， 从而能有效降低制造工艺难度，提高传感器性能，降低成本。智能 传感器的信号感知器件往往由主传感器和辅助传感器两种微处理器 单元对传感器输出的微弱信号进行放大、处理、存储和与计算机通 信。 智能处理单元 图 9.1智能传感器原理框图 敏感单元 智能传感器的实现结构 智能传感器的实现结构 非集成化实现 非集成化智能传感器是将传统的经典传感器即采用非集 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整体而构成的一个 智能传感器系统。其框图如下： 集成化实现 这种智能化传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集 成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号 调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上而构成， 故又可称为集成智能传感器其外形如图所示。而且敏感元件容 易构成阵列 ，配合相应图像处理软件,可以实现图形成像且构 成多维图像传感器。 这时的智能传感器就达到了它的最高级 形式。 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，以不同的组合 方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。如图所示。 集成化敏感单元包括弹性敏感元件及变换器。信号调理电路包 括多路开关、放大器、基准、模/数转换器（ADC ）等。 微处理器单元包括数字存储器，微处理器、数模转换器 （DAC ）等。图（a ）中，三块集成化芯片封装在一个外壳 里；图（b ）、（c ）、（d ）中，两块集成化芯片封装在一个 外壳里。图（a ）（c ）中的智能信号调理电路，具有部分智能 化功能，如自校零、自动进行温度补偿，这是因为这种电路带 有零点校正电路和温度补偿电路才获得了这种简单的智能化功 能。 智能传感器的功能 由于智能传感器实现了微型化、结构一体化、 阵列式、数字式。所以它除了具有传统传感器 的功能外，还具有一些高级功能。 具有自动调零、自校准、自标定功能 具有逻辑判断和信息处理能力。 具有自诊断功能。 具有组态功能，使用灵活。 具有存储和记忆功能，能随时存取数据。 具有双向通信