文档介绍：第17章
智能式传感器
传感器与自动检测技术
§ 概述
所谓智能式传感器,就是一种以微处理器为核心单元,兼有检测、判断和信息处理等功能的传感器。
智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。
“微处理器”包含两种情况:一种是将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的“单片智能传感器”;另一种是指传感器能够配微处理器。
智能式传感器的分类
初级形式
最早出现的商品化形式,不包括微处理器单元,只有敏感元件与(智能)信号调理电路,二者被封装在一个外壳里。它只有简单的自动校零、非线性的自动校正、温度自动补偿功能
中级形式
也称为非集成智能式传感器,是指采用微处理器或微型计算机系统以强化和提高传统传感器的功能,即传感器与微处理器为两个独立部分,将敏感元件、信号调理电路和微处理器单元封装在一个外壳里形成一个完整的传感器系统,传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理器部分进行运算处理。它有强大的软件支撑,具有完善的智能化功能。
高级形式
也称为集成智能式传感器,是指借助于半导体技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上,从而形成大规模集成电路智能式传感器,这类传感器不仅具有完善的智能化功能,而且还具有更高级的传感器阵列信息融合等功能,从而使其集成度更高、功能更加强大。集成智能式传感器具有多功能、一体化、精度高、适宜于大批量生产、体积小和便于使用等优点,是传感器发展的必然趋势,但其实现将取决于半导体集成化工艺水平的提高与发展。
智能式传感器的构成
智能式传感器的功能
①具有逻辑判断、决策和统计处理功能。可对检测数据进行分析、统计和修正,还可进行线性、非线性、温度、噪声、响应时间、交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿,可大大提高测量准确度。
②具有自诊断、自校正功能。智能式传感器可实现开机自检(在接通电源时进行)和运行自检(在工作中实时进行),以确定哪一组件有故障,提高了工作可靠性。
③具有自适应、自调整功能。内含的特定算法可根据待测物理量的数值大小及变化情况等自动选择检测量程和测量方式,提高了检测适用性。
④具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量, 扩大了检测与使用范围。
⑤具有记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取,方便使用和进一步数据处理,加快了信息的处理速度。
⑥具有数据通讯功能。智能化传感器具有数据通讯接口,具有双向通讯、标准化数字输出或符号输出特性,能与计算机直接联接,相互交换信息,提高了信息处理的质量。
智能式传感器的特点
高精度
宽量程
多功能
高可靠性和高稳定性
高分辨率
高信噪比
高信价比
自适应性强
超小型化、微型化
微功率
§ 非集成智能式传感器
实现方式
典型实现
§ 集成智能式传感器
实现方式
传感器的集成化主要有三种情况:
将多个功能完全相同的敏感单元集成在同一个芯片上,用来测量被测量的空间分布信息
对多个结构相同、功能相近的敏感单元进行集成
对不同类型的传感器进行集成
三维多功能单片集成智能式传感器