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智能传感器特点及应用

添加时间:2023-05-26 14:43:10   浏览次数:494  

      传感器像人的五官一样,是获取信息的重要工具。它在工业生产、国防建设和科学技术领域发挥着巨大的作用。但与飞速发展的计算机相比较,作为“五官”的传感器远远赶不上作为“大脑”的计算机的发展速度。

       随着测控系统自动化、智能化的发展,要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好,而且具备一定的数据处理能力,并能够自检、自校、自补偿。传统的传感器已不能满足这样的要求。

      另外,为制造高性能的传感器,光靠改进材料工艺也很困难,需要利用计算机技术与传感器技术相结合,弥补其性能的不足,计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革,微处理器(或微计算机)和传感器相结合,产生功能强大的智能传感器。国外称为Intelligentsensor(智能传感器)或Smartsensor(灵巧的、机敏的、智能传感器)。另外,传统的传感器一般只能测量一个参数,有些场合需要同时测量多个参数的体积小的多功能传感器。现在多国科学家已重视这一方向的开拓,并已研制出一些多功能传感器。

      01 智能传感器

      智能传感器是当今国际科技界研究的热点,尚无统一的、确切的定义。本文不讨论(Intelligentsensor或Smartsensor)两个术语的区别,统称为智能传感器。 目前国内外学者普遍认为,智能传感器是由传统的传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的,它充分利用计算机的计算和存储能力,对传感器的数据进行处理,并能对它的内部行为进行调节,使采集的数据准确无误。智能传感器的功能如下:

      (1)自补偿能力: 通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。

      (2)自校准功能: 操作者输入零值或某一标准量值后,自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。

      (3)自诊断功能: 接通电源后,可对传感器进行自检,检查传感器各部分是否正常,并可诊断发生故障的部件。

      (4)数值处理功能: 可以根据智能传感器内部的程序,自动处理数据,如进行统计处理,剔除异常值等。

      (5)双向通信功能: 微处理器和基本传感器之间构成闭环,微处理机不但接收、处理传感器的数据,还可将信息反馈至传感器,对测量过程进行调节和控制。

      (6)信息存储和记忆功能。

       (7)数字量输出功能: 输出数字信号,可方便的和计算机或接口总线相连。

     目前研制的智能传感器只具有上述功能中的一部分。传统的传感器只能作为敏感元件,检测物理量的变化,而智能传感器则包括测量信号调理(如滤波、放大、A/D转换等)、数据处理以及数据显示等。它几乎包括了仪器仪表的全部功能。可见智能传感器的功能已延伸到仪器的领域。 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有了进一步的提高,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、操作简单,并具有自诊断功能、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。

       随着科学技术的发展,智能传感器的功能将逐步增强,它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等),使传感器具有良好的智能,具有分析、判断、自适应、自学习的功能,可以完成图象识别、特征检测、多维检测等复杂任务。 智能传感器大体上可以分三种类型:即具有判断能力的传感器;具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。

      02 智能传感器的结构

      智能传感器主要由传感器、微处理器(或微计算机)及相关电路组成。 传感器将被测的物理量转换成相应的电信号,送到信号调理电路中,进行滤波、放大、模-数转换后,送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心,它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理,还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥各种软件的功能,可以完成硬件难以完成的任务,从而大大降低传感器制造的难度,提高传感器的性能,降低成本。

       智能传感器的结构可以是集成的,也可以是分离式,按结构可以分为集成式、混合式和模块式三种形式。集成智能传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上,集成度高,体积小。这种集成的传感器在目前的技术水平下还很难实现。将传感器和微处理器、信号处理电路作在不同的芯片上,则构成混合式的智能传感器(HybridSmart2Sensor)。 目前这类结构较多。初级的智能传感器也可以有许多互相独立的模块组成,如将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内,则组高,体积较大,但在目前的技术水平下,仍不失为一种实用的结构形式。

       智能传感器的应用领域广泛

     01 在智慧农业中的运用

      由于环境的特殊性,农业项目大多都在田间进行,校正操作非常的不方便,人工成本也非常高,因此对传感器数据稳定性的要求非常高,智能传感器是及有效的一种传感器。

      02 在工业自动化中的应用

      在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或稳定状态,并使产品达到及好的质量。可以说,没有了优良的智能传感器,工业自动化也就无从谈起。

     03 在机器人中的应用

     如今的机器人已具有类似人一样的肢体及感官功能,有一定程度的智能,动作程序灵活,在工作时可以不依赖人的操纵,而这一切都少不了传感器的功劳,传感器是机器人感知外界的重要帮手。

      04  智慧医疗中的应用

      随着智能传感器的发展,医学智能传感器作为拾取生命体征信息的五官,它的作用日益显著,并得到广泛应用。如:在图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与治疗等方面,智能传感器的作用不可替代,未来它在现代医学仪器设备中几乎无所不在。

     05 在智能家电中的应用

      智能家居是未来的一大趋势,而智能家电将是很多家庭的必备产品,智能传感器未来在很多家电中均可应用,如电视剧、风扇、空调、洗衣机、晾衣机、冰箱、衣柜等,它是实现人与家电交流的基本器件,也是构成家居物联网的基础。

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