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智能传感器:更智能、更可靠的监测方案

时间:2026-01-23 理论教育 Jonker 版权反馈
【摘要】:智能传感器可以简单地认为是“电五官”与“微电脑”的有机结合。图1.3-1智能传感器原理框图智能传感器不一定必须具有上述所有功能,而是根据需要具有上述部分功能就可以了,它是传感器升级换代和新型传感器开发的一个方向。智能传感器的用途不同,其敏感元件的结构与工作原理也不同,所以它的硬件组成形式会有所差异。②集成一体化的智能传感器结构如图1.3-3所示。

智能传感器可以简单地认为是“电五官”与“微电脑”的有机结合。虽然对它没有一个严格的定义,目前普遍认为它应具有如下功能。

①自补偿功能:通过内部自动补偿软件实现温度漂移、非线性、响应时间的自动补偿。

②自校准功能:通过内部自校准软件实现传感器在线自动校准。

③自诊断功能:通过内部自诊断软件,在上电或设定时刻实现传感器各个功能元件运行情况的监测,并对故障进行预处理和报警。

④数值处理功能:通过内部数据处理软件,根据需要实现对数据的滤波、分解或合成、统计、均值、压缩等数据处理和逻辑处理。

⑤数据融合功能:通过内部数据融合软件,综合其它参量(包含外部参量)来校正、补偿测量数据局限性、不确定性,从而提高传感器的精度和可靠性。

⑥数据存储功能:能够存储和记忆一定数量的数据和设置参数。

⑦数据通信功能:通常通信应该是双向的、标准化、可设定模式的,有可方便与任何标准网络进行连接的通信模块。

⑧数据输出功能:数据输出模式可设定为各种通用的标准模式,可以方便地与计算机接口。

⑨友好的人机界面:方便用户设定参数,易于调试、运行、维护。

智能传感器的产生源于分散处理数据和分布式控制的要求,如飞船的姿态、速度、位置,舱内温度、湿度、压力、气体成分等各种数据,既需要大量的传感器来测量,又需要大量的计算处理。实际上将大量的数据预处理内置于传感器,只把有用的信息传给计算机,相当于多个传感器进行数据并行处理,这样计算机不但节省出时间,同时降低了成本,提高了可靠性。典型智能传感器原理框图如图1.3-1所示。

图示

图1.3-1 智能传感器原理框图

智能传感器不一定必须具有上述所有功能,而是根据需要具有上述部分功能就可以了,它是传感器升级换代和新型传感器开发的一个方向。(https://www.xing528.com)

智能传感器的用途不同,其敏感元件的结构与工作原理也不同,所以它的硬件组成形式会有所差异。常见的结构形式有模块组合型、集成一体型、模块组合与集成混合型。

①模块组合型流量传感器结构图如图1.3-2所示。它实际上是一个非常典型的单片机应用系统与传感器有机结合的例子。

②集成一体化的智能传感器结构如图1.3-3所示。它将敏感元件、信号传送、存储和运算放大等功能集成在一块半导体芯片上,把平面集成发展为三维集成,实现了多层结构的微型CCD成像仪。

图示

图1.3-2 模块组合型流量传感器结构图

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图1.3-3 集成一体化的智能传感器结构图

③双轴倾角传感器结构如图1.3-4所示。这种传感器是由两个相隔仅为3mm密封焊接的拱状构成,下层的聚酯塑料拱形板有4块电容板,而上层的铝拱形则作为一个公共端。将高绝缘常数的液体密封入拱形夹层内,并形成约占1/4空间的气泡位于中间,当倾斜时,气泡从一侧移到另一侧,输出角度信号。电路原理如图1.3-5所示。

另外,研究和开发具有自感知、自诊断、自适应智能功能的材料,即材料本身就可以构成一个智能传感器,或者与敏感材料一起构成有一定智能的传感器,被称为智能结构技术。智能结构主要由三个功能单元组成:敏感单元,制动器单元、信号处理单元。制动器单元的作用是在外加信号的激励下,产生应变或位移变化,从而使整体结构改变自身的状态或特性,实现自适应功能。目前可使用的应变制动材料有:形状记忆金属、压电材料、电致伸缩、磁致伸缩和电、磁流变体,具有智能结构的传感器也是智能传感器发展的一个重要方向。

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图1.3-4 双轴倾角传感器

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图1.3-5 双轴倾角传感器原理图

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