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    一文看懂智能傳感器智能在哪里

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    隨著測控系統自動化、智能化的發展,傳統的傳感器已經不能滿足一定的數據處理能力以及自檢、自校、自補償的功能,智能傳感器和多功能傳感器的研發和應用已經走向市場。本文從結構特點、應用領域、行業發展、技術趨勢全面闡述智能傳感器。

    一 智能傳感器的結構及特點


    傳感器像人的五官一樣,是獲取信息的重要工具。它在工業生產、國防建設和科學技術領域發揮著巨大的作用。但與飛速發展的計算機相比較,作為“五官”的傳感器遠遠趕不上作為“大腦”的計算機的發展速度。

    隨著測控系統自動化、智能化的發展,要求傳感器準確度高、可靠性高、穩定性好,而且具備一定的數據處理能力,并能夠自檢、自校、自補償。傳統的傳感器已不能滿足這樣的要求。

    另外,為制造高性能的傳感器,光靠改進材料工藝也很困難,需要利用計算機技術與傳感器技術相結合,彌補其性能的不足,計算機技術使傳感器技術發生了巨大的變革,微處理器(或微計算機)和傳感器相結合,產生功能強大的智能傳感器。國外稱為Intelligentsensor(智能傳感器)或Smartsensor(靈巧的、機敏的、智能傳感器)。另外,傳統的傳感器一般只能測量一個參數,有些場合需要同時測量多個參數的體積小的多功能傳感器,F在多國科學家已重視這一方向的開拓,并已研制出一些多功能傳感器。

    01

    智能傳感器

    智能傳感器是當今國際科技界研究的熱點,尚無統一的、確切的定義。本文不討論(Intelligentsensor或Smartsensor)兩個術語的區別,統稱為智能傳感器。

    目前國內外學者普遍認為,智能傳感器是由傳統的傳感器和微處理器(或微計算機)相結合而構成的,它充分利用計算機的計算和存儲能力,對傳感器的數據進行處理,并能對它的內部行為進行調節,使采集的數據最佳。智能傳感器的功能如下:

    (1) 自補償能力:

    通過軟件對傳感器的非線性、溫度漂移、時間漂移、響應時間等進行自動補償。

    (2) 自校準功能

    操作者輸入零值或某一標準量值后,自校準軟件可以自動地對傳感器進行在線校準。

    (3) 自診斷功能

    接通電源后,可對傳感器進行自檢,檢查傳感器各部分是否正常,并可診斷發生故障的部件。

    (4) 數值處理功能

    可以根據智能傳感器內部的程序,自動處理數據,如進行統計處理,剔除異常值等。

    (5) 雙向通信功能

    微處理器和基本傳感器之間構成閉環,微處理機不但接收、處理傳感器的數據,還可將信息反饋至傳感器,對測量過程進行調節和控制。

    (6) 信息存儲和記憶功能

    (7) 數字量輸出功能

    輸出數字信號,可方便的和計算機或接口總線相連。

    目前研制的智能傳感器只具有上述功能中的一部分。傳統的傳感器只能作為敏感元件,檢測物理量的變化,而智能傳感器則包括測量信號調理(如濾波、放大、A/D轉換等)、數據處理以及數據顯示等。它幾乎包括了儀器儀表的全部功能?梢娭悄軅鞲衅鞯墓δ芤蜒由斓絻x器的領域。

    早期的智能傳感器是將傳感器的輸出信號經處理和轉化后由接口送到微處理機進行運算處理。80年代智能傳感器主要以微處理器為核心,把傳感器信號調節電路、微電子計算機存貯器及接口電路集成到一塊芯片上,使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測量技術有了進一步的提高,使傳感器實現了微型化、結構一體化、陣列式、數字式,使用方便、操作簡單,并具有自診斷功能、記憶與信息處理功能、數據存貯功能、多參量測量功能、聯網通信功能、邏輯思維以及判斷功能。

    智能傳感器大體上可以分三種類型:即具有判斷能力的傳感器;具有學習能力的傳感器;具有創造能力的傳感器。

    02

    智能傳感器的結構


    智能傳感器主要由傳感器、微處理器(或微計算機)及相關電路組成。

    傳感器將被測的物理量轉換成相應的電信號,送到信號調理電路中,進行濾波、放大、模-數轉換后,送到微計算機中。計算機是智能傳感器的核心,它不但可以對傳感器測量數據進行計算、存儲、數據處理,還可以通過反饋回路對傳感器進行調節。由于計算機充分發揮各種軟件的功能,可以完成硬件難以完成的任務,從而大大降低傳感器制造的難度,提高傳感器的性能,降低成本。


    智能傳感器的結構可以是集成的,也可以是分離式,按結構可以分為集成式、混合式和模塊式三種形式。集成智能傳感器是將一個或多個敏感器件與微處理器、信號處理電路集成在同一硅片上,集成度高,體積小。這種集成的傳感器在目前的技術水平下還很難實現。將傳感器和微處理器、信號處理電路在不同的芯片上,則構成混合式的智能傳感器(HybridSmart2Sensor)。

    目前這類結構較多。初級的智能傳感器也可以有許多互相獨立的模塊組成,如將微計算機、信號調理電路模塊、輸出電路模塊、顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼體內,則組高,體積較大,但在目前的技術水平下,仍不失為一種實用的結構形式。

    二 智能傳感器的應用領域廣泛

    01

    在智慧農業中的運用

    由于環境的特殊性,農業項目大多都在田間進行,校正操作非常的不方便,人工成本也非常高,因此對傳感器數據穩定性的要求非常高,智能傳感器是最有效的一種傳感器。

    02

    在工業自動化中的應用

    在現代工業生產尤其是自動化生產過程中,要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或最佳狀態,并使產品達到最好的質量?梢哉f,沒有了優良的智能傳感器,工業自動化也就無從談起。

    03

    在機器人中的應用

    如今的機器人已具有類似人一樣的肢體及感官功能,有一定程度的智能,動作程序靈活,在工作時可以不依賴人的操縱,而這一切都少不了傳感器的功勞,傳感器是機器人感知外界的重要幫手。

    04

    智慧醫療中的應用

    隨著智能傳感器的發展,醫學智能傳感器作為拾取生命體征信息的五官,它的作用日益顯著,并得到廣泛應用。如:在圖像處理、臨床化學檢驗、生命體征參數的監護監測、呼吸、神經、心血管疾病的診斷與治療等方面,智能傳感器的作用不可替代,未來它在現代醫學儀器設備中幾乎無所不在。

    05

    在智能家電中的應用

    智能家居是未來的一大趨勢,而智能家電將是很多家庭的必備產品,智能傳感器未來在很多家電中均可應用,如電視劇、風扇、空調、洗衣機、晾衣機、冰箱、衣柜等,它是實現人與家電交流的基本器件,也是構成家居物聯網的基礎。


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