智能傳感器的構(gòu)成及特點(diǎn)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，特別是在傳感技術(shù)經(jīng)歷了模擬量信息處理和數(shù)字量交換這兩個(gè)階段后，正朝著智能化、集成一體化、小型化方向發(fā)展，利用微處理機(jī)技術(shù)使傳感器智能化是20世紀(jì)80年代新型傳感器的--大進(jìn)展，通常稱之為智能傳感器，使傳感技術(shù)產(chǎn)生了一個(gè)飛躍，智能傳感器的出現(xiàn)，就是計(jì)算機(jī)、微電子等新技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。

　　(一)構(gòu)成

　　智能傳感器這一名稱至今未有確切含義，智能意味著這種傳感器具有一定人工智能，即使用電路代替一部分腦力勞動(dòng)。

　　近年來，傳感器越來越多地和微處理器相結(jié)合，使傳感器不僅有視、嗅、味和聽覺功能，還具有檢測(cè)、思維和邏輯判斷、信息處理、信息記憶存儲(chǔ)、自適應(yīng)能力、邏輯思維等功能，從而使傳感器技術(shù)提高到--個(gè)新水平。

　　智能傳感器主要由傳感器、微處理器(或微計(jì)算機(jī))及相關(guān)電路組成。微處理器能按照給定的程序?qū)鞲衅鲗?shí)施軟件控制，把傳感器從單功能變成多功能，包括自補(bǔ)償、自校正、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶等功能。

　　在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中若在同一殼體內(nèi)既有傳感元件，又有信號(hào)預(yù)處理電路和微處理器，其輸出方式可以是通信線RS-232或RS-422串行輸出，也可以是IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)總線的并行輸出，以上這些功能可以由n 塊輸出獨(dú)立的模板構(gòu)成，裝在同一殼體內(nèi)即構(gòu)成模塊智能傳感器。

也可以把上述模塊，集成化成為硅片為基礎(chǔ)的超大規(guī)模集成電路的高級(jí)智能傳感器，將傳感器、微處理器都集成在同一硅片上實(shí)現(xiàn)集成智能傳感器。由此看來，智能傳感器也可以說是一個(gè)微機(jī)小系統(tǒng)，其中作為系統(tǒng)“大腦”的微處理器通常是單片機(jī)。

　　(二)功能

　?、倬哂凶孕Ａ?、自標(biāo)定、自校正功能。

　?、诰哂凶詣?dòng)補(bǔ)償功能。

　　③能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

　?、苣軌蜃詣?dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)、自選量程、自尋故障。具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能。

　?、蘧哂须p向通信、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號(hào)輸出功能。

⑦具有判斷、決策處理功能。

　　(三)分類

　　智能傳感器按結(jié)構(gòu)可分為集成式、混合式和模塊式。

　　集成智能傳感器是將一個(gè)或多個(gè)敏感器件與微處理器、信號(hào)處理電路集成在同一硅片上而構(gòu)成的，其集成度高，體積小，但目前的技術(shù)水平還很難實(shí)現(xiàn)。

　　混合式智能傳感器是將傳感器與微處理器、信號(hào)處理電路做在不同芯片上而構(gòu)成的，目前這類結(jié)構(gòu)較多。

模塊式智能傳感器由許多互相獨(dú)立的模塊組成，如將微計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、輸出電路、顯示電路和傳感器裝配在同一結(jié)構(gòu)內(nèi)。這種傳感器集成度不高，體積較大，但在目前的技術(shù)水平上，仍不失為一種實(shí)用的結(jié)構(gòu)形式。

　　(四)特點(diǎn)

　　1.精度高

　　智能傳感器有多項(xiàng)功能來保證它的高精度，如通過自動(dòng)校零去除零點(diǎn)﹔有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可以自動(dòng)進(jìn)行整體系統(tǒng)標(biāo)定﹔可對(duì)檢測(cè)數(shù)值進(jìn)行分析、修正和誤差補(bǔ)償﹔通過對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理以消除偶然誤差的影響等。從而提高了智能傳感器的精度。

　　2.高可靠性與高穩(wěn)定性

　　智能傳感器能自動(dòng)補(bǔ)償因工作條件與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化后引起的系統(tǒng)特性的漂移，如溫度變化而產(chǎn)生的零點(diǎn)和靈敏度的漂移﹔在當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化后能自動(dòng)改換量程;能實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢驗(yàn)，分析、判斷所采集到數(shù)據(jù)的合理性，并給出異常情況的應(yīng)急處理(報(bào)警或故障提示)。因此，智能傳感器具有自診斷、自校準(zhǔn)功能，提高了可靠性與穩(wěn)定性。

　　3.高信噪比與高分辨率

　　由于智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能，通過軟件進(jìn)行數(shù)字濾波、相關(guān)分析等處理，可以去除輸入數(shù)據(jù)中的噪聲，將有用信號(hào)提取出來﹔通過數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，從而保證在多參數(shù)狀態(tài)下對(duì)特定參數(shù)測(cè)量的分辨率。故智能傳感器具有高的信噪比與高的分辨率。

　　4.自適應(yīng)性強(qiáng)

　　由于智能傳感器具有判斷、分析與處理功能，它能根據(jù)系統(tǒng)工作情況決策各部分的供電情況、與高/上位計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送速率，使系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)和優(yōu)化傳送速率。

　　5.性能價(jià)格比低

　　智能傳感器組態(tài)功能可實(shí)現(xiàn)多傳感器、多參數(shù)復(fù)合測(cè)量，擴(kuò)大了檢測(cè)和使用范圍。其存儲(chǔ)功能使檢測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)存取。具有數(shù)據(jù)通信接口，能與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，相互交換信息。

智能傳感器所具有的上述高性能，不是像傳統(tǒng)傳感器技術(shù)完全由硬件所組成，追求傳感器本身的完善、對(duì)傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與調(diào)試，研究對(duì)象主要局限在傳感機(jī)理、材料、結(jié)構(gòu)、工藝等物理方面。

而智能傳感器的智能性是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的，軟件在智能傳感器中占據(jù)了主要成分，智能傳感器通過各種軟件對(duì)測(cè)量過程進(jìn)行管理和調(diào)節(jié)，使之工作在最佳狀態(tài)，并對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，從而增強(qiáng)傳感器的功能，提高傳感器性能指標(biāo)。

利用軟件能夠?qū)崿F(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能，以軟件代替了部分硬件，降低了傳感器的制造難度。所以具有較高的性價(jià)比。相信在不久的將來，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)完全可以通過軟件開發(fā)的虛擬傳感器可起到十分重要的作用。

　　綜上所述，智能化設(shè)計(jì)是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一次革命，是世界傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。世界各國(guó)正在利用計(jì)算機(jī)和智能技術(shù)研究，開發(fā)各種其他類型的智能傳感器。