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智能传感器的发展与演变

来源:未知    日期:2017/11/09    浏览量:


        智能传感器系统是一门现代综合技术,是当今世界正在迅速发展的高新技术,至今还没有形成规范化的定义。早期,人们简单、 机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合, 认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”。

        智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。

        智能化传感器的发展和演变可分为三个阶段,即数字化阶段、智能化补偿和校准阶段、智能化应用和网络阶段。

        一、数字化阶段:

        结构:模拟式传感器+数字变送。其主要特点是在不改变传感器本身的制造、补偿、调整工艺前提下,仅将属于仪表的放大和A/D变换电路转移至传感器壳内或附近的接线盒中,从而实现数字信号的传输。

        由于输出是数字信号,克服了模拟传感器信号传输距离短、抗干扰能力差等缺点。数字变送不能提升传感器的性能,如果其电路的设计和器件的选择不当,反而会使性能下降。国内外有相当的制造商停留在此阶段。

        二、智能化补偿和校准阶段:

        结构:模拟式传感器+数字变送+智能化补偿校准软件。其主要特点是引入了微处理器(MCU)和温度传感器,利用软件实现零点、线性、温度、滞后、蠕变等补偿。该阶段技术核心是智能化软件补偿技术,它主要是建立在数学、人工智能等理论基础上,利用合理的数据处理方法来实现各种补偿。

        数字变送部分包括放大、滤波、A/D转换、微处理器(MCU)、温度传感器等硬件电路,并将它们封装于传感器壳内或封装成独立的组件。该类智能化传感器可极大提高传感器的稳定性、准确性、可靠性,同时使传感器的生产工艺变得更加简单,传感器的成品率大大提高。

        三、智能化应用和网络阶段:

        结构:模拟式传感器+数字变送+智能化补偿校准软件+网络支持+智能化传感器控制软件。其主要特点是在第二阶段的基础上,引入了网络支持和智能化传感器控制软件,从而把智能化传感器的特点、功能发挥得淋漓尽致。该阶段的技术核心是在第二阶段的基础上,引入微操作系统和网络通信技术、建立人机互动界面、建立智能化传感器的标准硬件和软件体系。

        该阶段的智能化传感器具备一种或多种敏感能力(复合传感器),可完成信号的检测和处理、逻辑判断、双向通信、闭环控制、自检和自诊断、智能校正和补偿、功能计算、网络通信等功能。

        智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。

  在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等),利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算,可推断出产品的质量。

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