《机电一体化技术》课件_第四章 4.4 智能传感器.pptx

1、第第4 4章章 传感检测技术传感检测技术机电一体化技术机电一体化技术4.4 4.4 智能传感器智能传感器4.4.1 智能传感器的定义与特点智能传感器的定义与特点21 1、定义、定义 所谓智能传感器，就是带所谓智能传感器，就是带微处理器微处理器，兼有，兼有信息检测信息检测和和信息处理信息处理功能功能的传感器，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。理器的信息处理功能有机地融合在一起。2 2、特点、特点 高精度高精度、宽量程、宽量程、高信噪比与高分辨力高信噪比与高分辨力、自适应能力强、高可

2、靠性、自适应能力强、高可靠性与高稳定性、高性价比、超小型化与微型化、低功耗、扩展性好。与高稳定性、高性价比、超小型化与微型化、低功耗、扩展性好。4.4.2 智能传感器的基本组成与基本功能智能传感器的基本组成与基本功能31 1、基本组成、基本组成 智能传感器是具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能智能传感器是具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的多元件集成电路，是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序的多元件集成电路，是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品，主要由传感器、微处理器及相关辅、软件算法等于一体的系统级产品，主要由传感器、微处理

3、器及相关辅助电路组成，如图所示。其中助电路组成，如图所示。其中微处理器微处理器是智能传感器的核心，结合孔子是智能传感器的核心，结合孔子软件，赋予传感器以智能，大大提高了传感器的性能。软件，赋予传感器以智能，大大提高了传感器的性能。4.4.2 智能传感器的基本组成与基本功能智能传感器的基本组成与基本功能4 传感器将被测对象的非电量信号转化为电量信号，经信号调理电路传感器将被测对象的非电量信号转化为电量信号，经信号调理电路和和A/D转换电路，将采集的电量转换为数字信号。微处理器一方面将计转换电路，将采集的电量转换为数字信号。微处理器一方面将计算结果送到输出接口，并按指定信号形式输出；另一方面控制传

4、感器和算结果送到输出接口，并按指定信号形式输出；另一方面控制传感器和信号调理电路，实现对测量过程的调节。信号调理电路，实现对测量过程的调节。4.4.2 智能传感器的基本组成与基本功能智能传感器的基本组成与基本功能52 2、基本功能、基本功能（1）具有自校零、自标定、自校正功能，改善传感器的静态性能，提）具有自校零、自标定、自校正功能，改善传感器的静态性能，提高传感器的静态测量精度；具有自动补偿功能，对测量值进行修正和误高传感器的静态测量精度；具有自动补偿功能，对测量值进行修正和误差补偿。差补偿。（2）具有多参数测量功能，通过多路转换器和）具有多参数测量功能，通过多路转换器和A/D转换器，在微处

5、理器转换器，在微处理器控制下任意选择不同参数的测量通道，扩大了测量和适用范围。控制下任意选择不同参数的测量通道，扩大了测量和适用范围。（3）具有判断、决策处理功能，能够自动采集数据，并对数据进行预）具有判断、决策处理功能，能够自动采集数据，并对数据进行预处理；能够自动进行检验、自选量程、自寻故障。处理；能够自动进行检验、自选量程、自寻故障。（4）具有数据存储、记忆与信息处理功能，且具有双向通信、标准化）具有数据存储、记忆与信息处理功能，且具有双向通信、标准化数字输出或者符号输出功能。数字输出或者符号输出功能。4.4.3 智能传感器的分类智能传感器的分类6 按传感器与微处理器的合成方式，智能传感

6、器按其结构特点可分为按传感器与微处理器的合成方式，智能传感器按其结构特点可分为模块式模块式、集成式集成式和和混合式混合式三种实现方式。三种实现方式。模块式：将传感器、信号调理电路、模块式：将传感器、信号调理电路、A/D转换器、微处理器等互为独立转换器、微处理器等互为独立的模块装配在同一壳体形成的智能传感器系统。的模块装配在同一壳体形成的智能传感器系统。集成式：将敏感元件、信号调理电路以及微处理器单元集成在一块芯片集成式：将敏感元件、信号调理电路以及微处理器单元集成在一块芯片上或二次集成在同一壳体内。上或二次集成在同一壳体内。混合式：尽可能地将系统各个环节（如敏感单元、信号调理电路、微处混合式：

7、尽可能地将系统各个环节（如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口）以不同地组合方式集成在几块芯片上，构成理器单元、数字总线接口）以不同地组合方式集成在几块芯片上，构成不同的功能单元，并装配在同一壳体内。不同的功能单元，并装配在同一壳体内。4.4.4 传感器智能化实现方法传感器智能化实现方法71 1、非线性自校正技术、非线性自校正技术 非线性非线性是表征传感器输入是表征传感器输入/输出校准曲线与所选定的拟合直线（工作输出校准曲线与所选定的拟合直线（工作直线）之间的吻合程度的性能指标。智能传感器能够通过软件手段来校直线）之间的吻合程度的性能指标。智能传感器能够通过软件手段来校正由于输入

8、、输出的非线性导致的误差，进而提高系统精度。正由于输入、输出的非线性导致的误差，进而提高系统精度。4.4.4 传感器智能化实现方法传感器智能化实现方法82 2、自校准技术、自校准技术2）曲线拟合法）曲线拟合法（1）确定函数的类型，可根据测量点链接曲线的形状、特征以及变化）确定函数的类型，可根据测量点链接曲线的形状、特征以及变化趋势，给出它们的数学模型；趋势，给出它们的数学模型；（2）求解相关函数中的未知参数。）求解相关函数中的未知参数。智能传感器能够基于智能传感器能够基于实时校准实时校准（或标定）自动校正因零位漂移、灵（或标定）自动校正因零位漂移、灵敏度漂移而引入的误差。敏度漂移而引入的误差。

9、3 3、自补偿技术、自补偿技术（1）温度补偿）温度补偿（2）频域补偿）频域补偿4.4.4 传感器智能化实现方法传感器智能化实现方法94 4、自诊断技术、自诊断技术（1）硬件冗余方法。对容易失效的传感器设置一定的备份，然后通过表）硬件冗余方法。对容易失效的传感器设置一定的备份，然后通过表决器的方法进行管理。通过对冗余设备输出量进行相互比较，可以验证决器的方法进行管理。通过对冗余设备输出量进行相互比较，可以验证整个系统输出的一致性。整个系统输出的一致性。（2）解析冗余方法。建立被测对象（含传感器）的动态模型，通过对比）解析冗余方法。建立被测对象（含传感器）的动态模型，通过对比模型和实际输出之间的差异来判断传感器是否发生故障，其原理框图如模型和实际输出之间的差异来判断传感器是否发生故障，其原理框图如图所示。图所示。5 5、自适应技术、自适应技术