传感器的简介:传感器介绍

2021/11/07 10:35 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器的简介:传感器介绍已关闭评论
摘要:

传感器的简介:传感器介绍传感器有哪些类型一、按用途压力敏和力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。二、按原理振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传

传感器的简介:传感器介绍

传感器有哪些类型  一、按用途
  压力敏和力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。
  二、按原理
  振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等;
  三、按输出信号
  1、模拟传感器:将被测量的非电学量转换成模拟电信号;
  2、数字传感器:将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换);
  3、膺数字传感器:将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换);
  4、开关传感器:当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
  四、按其制造工艺
  1、集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的,通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上;
  2、薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上;
  3、厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形;
  4、陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶、凝胶等)生产,完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。
  五、按测量目
  1、物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的;
  2、化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的敏感元件制成的;
  3、生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的,用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。
  六、按其构成
  1、基本型传感器:是一种最基本的单个变换装置;
  2、组合型传感器:是由不同单个变换装置组合而构成的传感器;
  3、应用型传感器:是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。
  七、按作用形式
  1、主动型传感器又有作用型和反作用型,此种传感器对被测对象能发出一定探测信号,能检测探测信号在被测对象中所产生的变化,或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号,检测探测信号变化方式的称为作用型,检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型,雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例,而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例;
  2、被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号,如红外辐射温度计、红外摄像装置等。
  三种传感器工作原理  1、压电压力传感器
  压电式压力传感器主要基于压电效应(Piezoelectric effect),利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量,再进行相关测量工作的测量精密仪器,比如很多压力变送器和压力传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中,原因是受到外力作用后的电荷,当回路有无限大的输入抗阻的时候,才可以得以保存下来。但是实际上并不是这样的。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料是:磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。压电效应就是在石英上发现的。
  当应力发生变化的时候,电场的变化很小很小,其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠,它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的,但是,它只可以使用在室内的湿度和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体,它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用,所以,它的应用是非常广泛的。随着技术的发展,压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如:压电陶瓷,铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。
  以压电效应为工作原理的传感器,是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是用压电的材料制作而成的,而当压电材料受到外力作用的时候,它的表面会形成电荷,电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后,就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量,例如:
  加速度和压力。它有很多优点:重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点:有部分电压材料忌潮湿,因此需要采取一系列的防潮措施,而输出电流的响应又比较差,那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点,让仪器更好地工作。
  2、压阻压力传感器
  压阻压力传感器主要基于压阻效应(Piezoresistive effect)。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上述压电效应,压阻效应只产生阻抗变化,并不会产生电荷。
  大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要,以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变,而且也来自材料本身与应力相关的电阻,这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布,进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中,此现象变得更复杂,而且也导致等效质量改变及电洞转换。
  压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用,电桥处于平衡状态(称为零位),当传感器受压后芯片电阻发生变化,电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源,电桥将输出与压力对应的电压信号,这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化,经过放大后,再经过电压电流的转换,变换成相应的电流信号,该电流信号通过非线性校正环路的补偿,即产生了输入电压成线性对应关系的4~20mA的标准输出信号。
  为减小温度变化对芯体电阻值的影响,提高测量精度,压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
  3、电容式压力传感器
  电容式压力传感器是一种利用电容作为敏感元件,将被测压力转换成电容值改变的压力传感器。这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极,当薄膜感受压力而变形时,薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化,通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器,可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。
  单电容式压力传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形,从而改变电容器的容量,其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状,膜片为周边固定的张紧平面,膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压,并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积,以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起,以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式(即话筒式)和听诊器式等型式。
  差动电容式压力传感器的受压膜片电极位于两个固定电极之间,构成两个电容器。在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小,测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感器比单电容式的灵敏度高、线性度好,但加工较困难(特别是难以保证对称性),而且不能实现对被测气体或液体的隔离,因此不宜于工作在有腐蚀性或杂质的流体中。
  传感器的七大应用  1.传感器与环境保护
  目前,地球的大气污染、水质污浊及噪声已严重地破坏了地球的生态平衡和我们赖以生存的环境,这一现状已引起了世界各国的重视。为保护环境,利用传感器制成的各种环境监测仪器正在发挥着积极的作用。
  2.传感器在机器人上的应用
  目前,在劳动强度大或危险作业的场所,已逐步使用机器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作,由机器人来承担也是非常合适的。但这些机器人多数是用来进行加工、组装、检验等工作,屑于生产用的自动机械式的单能机器人。在这些机器人身上仅采用了检测臂的位置和角度的传感器。
  3.传感器与家用电器
  现代家用电器中普遍应用着传感器。传感器在电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电樊斗、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、照像机、电冰箱、彩色及平板电视机、录像机、录音机、收音机、影碟机及家庭影院等方面得到了广泛的应用。
  4.传感器与物联网
  物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。
  物联网(Internet of Things)指的是将无处不在(Ubiquitous)的末端设备(Devices)和设施(Facilities),包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”(Enabled)的,如贴上RFID的各种资产(Assets)、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”(Mote),通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通(M2M)、应用大集成(Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式,提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能,实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。简单的讲,物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制,在物联网应用中有三项关键技术其中就包括传感器技术。
  5.传感器在医疗及人体医学上的应用
  随着医用电子学的发展,仅凭医生的经验和感觉进行诊断的时代将会结束。现在,应用医用传感器可以对人体的表面和内部温度、血压及腔内压力、血液及呼吸流量、肿瘤、血液的分析、脉波及心音、心脑电波等进行高难度的诊断。显然,传感器对促进医疗技术的高度发展起着非常重要的作用。
  6.传感器与遥感技术
  卫星遥感(satellite remote sensing)是航天遥感的组成部分,以人造地球卫星作为遥感平台,主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。即从远离地面的不同工作平台上(如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等)通过传感器,对地球表面的电磁波(辐射)信息进行探测,并经信息的传输、处理和判读分析,对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。
  7.传感器在军事上的应用
  现在的战场都是信息化战场,而信息化是绝对离不开传感器的。军事专家认为:一个国家军用传感器制造技术水平的高低,决定了该国武器制造水平的高低,决定了该国武器自动化程度的高低,最终决定了该国武器性能的优劣。当今,传感器在军事上的应用极为广泛,可以说无时不用、无处不用,大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、火炮等装备系统,小到单兵作战武器;从参战的武器系统到后勤保障;从军事科学试验到军事装备工程;从战场作战到战略、战术指挥;从战争准备、战略决策到战争实施,遍及整个作战系统及战争的全过程,而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、空域和频域更加扩大,更加影响和改变作战的方式和效率,大幅度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。
转自电子发烧友,不代表本机构观点。
传感器的简介:传感器介绍  第1张

传感器的简介:传感器的介绍

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内容来自用户:闫艳红
目前,被人们所关注传感器的类型:压力传感器、光电传感器、位移传感器、超声波传感器、温度传感器、湿度传感器、光纤传感器。
一、压力传感器
压力传感器、压力变送器的种类及选用
压力传感器及压力变送器分为表压、绝压、差压等种类。常见0.1、0.2、0.5、1.0等精度等级。可测量的压力范围很宽,小到几十毫米水柱,大的可达上百兆帕。不同种类压力传感器及压力变送器的工作温度范围也不同,常分成0~70℃、-25~85℃、-40~125℃、-55~150℃几个等级,某些特种压力传感器的工作温度可达400~500℃。
压力传感器及压力变送器基于不同的材料及结构设计有着不同的防水性能及防爆等级,接液腔体由于材料、形状的差异可测量的流体介质种类也不同,常分为干燥气体、一般液体、酸碱腐蚀溶液、可燃性气液体、粘稠及特殊介质。压力传感器及压力变送器作为一次仪表需与二次仪表或计算机配合使用,压力传感器及压力变送器常见的供电方式为:DC 5V、12V、24V、±12V等,输出方式有:0~5V、1~5V、0.5~4.5V、0~10mA、0~20mA、4~20mA等及Rs232、Rs485等与计算机的接口。
用户在选择压力传感器及压力变送器时,应充分了解压力测量系统的工况,根据需要合理选择,使系统工作在最佳状态,并可降低工程造价。
压力传感器常见精度参数及试验设备压力传感器使用注意事项电阻应变片的工作原理:金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效

本书读者对象为高校本科测控技术与仪器专业师生,亦可供相关领域工程技术和研究人员及相近专业研究生参考。

传感器的简介:常用的7种传感器介绍

  ① 机械传感器
  机械传感器具有许多测量原理,但是可以将机械变化以及应变或应力(例如压力,流速,振动,距离,速度,加速度和力)检测为电信号。例如,通过将压力转换为电信号来检测压力的压力传感器也称为压力变送器或压力传感器,但它被称为测量原理,例如应变仪型,半导体压阻型,电容型和硅共振型。感测原理是在与被测物接触的薄弹性膜片上形成诸如电阻元件或谐振器之类的传感器元件。它的传感器元件检测物理变化,例如由于接收到的压力而引起的位移和应力,如电阻,电容或频率等电学变化。
  
  ② 温度传感器
  热传感器是检测被测物的温度,热量,热通量/容量和热导率的传感器。我们一生中最熟悉的热传感器类型是温度计,用于测量固体,液体和气体的温度。尽管存在各种类型的热传感器,并且它们根据应用范围具有检测能力,但它们主要是工业热电偶或热敏电阻。热电偶基于热电效应原理。热敏电阻是氧化物半导体,其电阻随温度变化。
  ③ 电气传感器
  电气传感器用于测量工艺流程中电气性能的变化。测量的典型电性能包括电压,电流,电场强度,电荷存在,电阻和电容。
  ④ 磁传感器
  磁传感器检测磁场的变化和干扰,例如通量,强度和方向。旋转,角度,方向,存在和电流都可以被监控。磁传感器分为两类,即测量整个磁场的传感器和测量磁场矢量分量的传感器。向量分量是磁场的各个点。除了纯磁场测量外,应用程序还扩展到与电流,电力,电子设备和移动物体检测器结合使用的各种传感器。
  
  电磁流量计的操作基于法拉第定律,该定律指出,当导电流体通过磁场时,它们会产生与流速成比例的电动势。根据弗莱明的右手定则,电动势是在垂直于流体运动和磁场方向的方向上产生的。
  ⑤ 光和辐射传感器
  光和辐射传感器检测光或辐射的各种波长和频率。它们用于测量过程工业中的X射线,红外线,超声波,无线电波和声频。近年来,从放射线除去的观点出发,使用光波长的原理的测定有所增加。例如,光谱分析可以通过测量和分析从物质发射,吸收和散射的光谱来识别物质的成分。利用分子与光之间相互作用的原理,还可以获得分子的形式和结构及其化学信息。因此,可以对被测件进行非破坏性和非接触式的测量和分析,
  ⑥ 化学传感器
  化学传感器将化学信息(例如成分,特定元素或离子的存在,浓度或化学活性)转换并检测为人类可读的信号。化学信息可能源自分析物的化学反应或所研究系统的物理性质。尽管它们对某些组件具有很高的灵敏度,但有些组件却没有灵敏度。物质通常由多种成分组成,化学传感器用于检测仅要测量的目标成分的浓度和组成比。化学传感器要求对物质成分具有高灵敏度和高选择性。
  
  ⑦ 生物传感器
  生物传感器利用发出电和光信号的生物特性检测状态或物质。它们被认为是化学传感器的一部分,并利用电化学方法来检测由于酶和抗体的作用而发生变化的化学物质的浓度和组成。这些酶,抗体,微生物,DNA和细胞被用作传感器的一部分,并且通过结合源自活生物体的功能,生物传感器提供了可以在被测分子水平上鉴定的高选择性。

传感器的简介:传感器介绍  第2张

传感器的简介:智能传感器

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智能传感器
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智能传感器(intelligent sensor)是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。与一般传感器相比,智能传感器具有以下三个优点:通过软件技术可实现高精度的信息采集,而且成本低;具有一定的编程自动化能力;功能多样化。一个良好的‘智能传感器’是由微处理器驱动的传感器与仪表套装,并且具有通信与板载诊断等功能。智能传感器能将检测到的各种物理量储存起来,并按照指令处理这些数据,从而创造出新数据。智能传感器之间能进行信息交流,并能自我决定应该传送的数据,舍弃异常数据,完成分析和统计计算等。
[1]
中文名
智能传感器
外文名
intelligent sensor
定 义
具有信息处理功能的传感器
特 点
高精度的信息采集,成本低
目录
1
简介
2
通信
3
诊断程序
4
定义
5
功能
6
特点
7
发展进步
?
应用与方向
?
应用产业
8
注意事项
9
推动产业升级
智能传感器简介
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语音
自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是“智能”传感器?下面,来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。据Honeywell工业测量与控制部产品经理Tom Griffiths的定义:“一个良好的‘智能传感器’是由微处理器驱动的传感器与仪表套装,并且具有通信与板载诊断等功能,为监控系统和/或操作员提供相关信息,以提高工作效率及减少维护成本。”智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能,具有很高的线性度和低的温度漂移,降低了系统的复杂性、简化了系统结构。
智能传感器通信
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无故障通信“智能传感器的优势,”GE Fanuc自动化公司控制器产品经理Bill Black说,“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。”MTS传感器公司Temposonics(磁致伸缩位移传感器)产品经理David Edeal对此补充说:“分布式智能的基本前提是,在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识,以进行‘最优的’过程控制决策。”Cognex公司Checker机器视觉部产品营销经理John Keating继续补充说,“对于一种真正的‘智能’(机器视觉)传感器,它应该不需要使用者懂得机器视觉。”
智能传感器
智能传感器必须具备通信功能。“最起码,除了满足最基本应用的反馈信号,‘智能’传感器必须能传输其它信息。”Edeal表示。这可以是叠加在标准4-20 mA过程输出、总线系统或无线安排上的HART(可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议)信号。该领域正在增长的因素是IEEE 1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。
智能传感器诊断程序
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智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控,包括“摄像头的污浊,超容忍限或不能开关等,”GE Fanuc自动化公司的Black说。Pepperl+Fuchs公司智能系统经理Helge Hornis补充说,“(除此之外),还有线圈监控功能,目标超出范围或太近。”它也可以对工况的变化进行补偿。“‘智能’传感器,”Omron电子有限公司战略创意总监Dan Armentrout表示,“必须首先能监视自身及周围的环境,然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。”很多智能传感器都能重装到控制现场,通过提供“可设置参数,使用户能替换一些‘标准’传感器,”Hornis说道,“例如,典型的传感器一般都设置为常开(NO)或常关(NC),而智能传感器则能设置为以上任何一种状态。”智能传感器拥有很多优势。随着嵌入式计算功能的成本继续减少,“智能”器件将被更多地应用。独立的内部诊断功能可避免代价高昂的宕机,从而迅速收回投资
智能传感器定义
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智能传感器系统是一门现代综合技术,是当今世界正在迅速发展的高科技新技术,但还没有形成规范化的定义。早期,人们简单、 机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合, 认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”。关于智能传感器的中、英文称谓,尚未有统一的说法。John Brignell和Nell White认为“Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器的称谓, 而“Smart Sensor” 是美国人对智能传感器的俗称。 而Johan H.Huijsing在“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化程度的不同,分别称为“Smart Sensor”、 “Integrated Smart Sensor”。 对“Smart Sensor”的中文译名有译为“灵巧传感器”的, 也有译为“智能传感器”的。《智能传感器系统》书上的定义: “传感器与微处理器赋予智能的结合,兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器(系统)”;模糊传感器也是一种智能传感器(系统),将传感器与微处理器集成在一块芯片上是构成智能传感器(系统)的一种方式。(《智能传感器系统》,刘君华,西安电子科技大学出版社)《现代新型传感器原理与应用》书上的定义:所渭智能式传感器就是一种带行微处理机的,兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。( 《现代新型传感器原理与应用》 ,刘迎春,叶湘滨等,国防工业出版社,2000.5)
智能传感器功能
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概括而言, 智能传感器的主要功能是:(1) 具有自校零、 自标定、 自校正功能;(2) 具有自动补偿功能;(3) 能够自动采集数据, 并对数据进行预处理;(4) 能够自动进行检验、 自选量程、 自寻故障;(5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能;(6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能;(7) 具有判断、决策处理功能。可实现的功能智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统(SmartDistributedSystem)的飞速发展,对智能单元要求具备通信功能,用通信网络以数字形式进行双向通信,这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作,但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样,放宽传感器加工精密度要求,只要能保证传感器的重复性好,利用微处理器对测试的信号通过软件计算,采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿,从而能获得较精确的测量结果压力传感器。3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定,以保证它在正常使用时足够的准确度,这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观,首先自诊断功能在电源接通时进行自检,诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正,微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。4、复合敏感功能——我们观察周围的自然现象,常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式:直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能,能够同时测量多种物理量和化学量,给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器,可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。复合力学传感器,可同时测量物体某一点的三维振动加速度(加速度传感器)、速度(速度传感器)、位移(位移传感器),等等。
[2]
5、智能传感器的集成化----由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路都集成到同一芯片上,而这种具有某些智能功能的传感器叫作集成智能传感器集成智能传感器的功能有三个方面的优点:较高信噪比:传感器的弱信号先经集成电路信号放大后再远距离传送,就可大大改进信噪比。改善性能:由于传感器与电路集成于同一芯片上,对于传感器的零漂、温漂和零位可以通过自校单元定期自动校准,又可以采用适当的反馈方式改善传感器的频响。信号规一化:传感器的模拟信号通过程控放大器进行规一化,又通过模数转换成数字信号,微处理器按数字传输的几种形式进行数字规一化,如串行、并行、频率、相位和脉冲等。
智能传感器特点
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智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器,智能式传感器有如下显著特点:1.提高了传感器的精度智能式传感器具有信息处理功能,通过软件不仅可修正各种确定性系统误差(如传感器输入输出的非线性误差、服度误差、零点误差、正反行程误并等)而且还可适当地补偿随机误差、降低噪声,大大提高了传感器精度。2.提高了传感器的可靠性集成传感器系统小型化,消除了传统结构的某些不可靠因素,改善整个系统的抗干扰件能;同时它还有诊断、校准和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能),具有良好的稳定性。3.提高了传感器的性能价格比在相同精度的需求下,多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比,性能价格比明显提高,尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。4.促成了传感器多功能化智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量,通过编程扩大测量与使用范围;有一定的自适应能力,根据检测对象或条件的改变,相应地改变量程反输出数据的形式;具有数字通信接口功能,直接送入远地计算机进行处理;具有多种数据输出形式(如Rs232串行输批,PIO并行输出,IEE-488总线输出以及经D/A转换后的模拟量输出等),适配各种应用系统。
[3]
智能传感器发展进步
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电子自动化产业的迅速发展与进步促使传感器技术、特别是集成智能传感器技术日趋活跃发展,随着半导体技术的迅猛发展,国外一些著名的公司和高等院校正在大力开展有关集成智能传感器的研制,国内一些著名的高校和研究所以及公司也积极跟进,集成智能传感器技术取得了令人瞩目的发展。国产智能传感器逐渐在智能传感器领域迈开步伐,运用军工产品的生产线和工艺,精度高,稳定性好,成本低,采用高性能微控制器(MCU),同时具备数字和模拟两种输出方式,同时针对用户的特定需求(如组网式测量,自定义通讯协议),均可在原产品基础上进行二次开发,周期极短,为用户节省时间,提高效率。已广泛应用于航空、航天、石油、化工、矿山、机械、大坝、地质、水文等行业中测量各种气体和流体的压力、压差、流量和流体的高度和重量。
智能传感器应用与方向
智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等),利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算,可推断出产品的质量。
智能传感器
在医学领域中,糖尿病患者需要随时掌握血糖水平,以便调整饮食和注射胰岛素,防止其它并发症。通常测血糖时必须刺破手指采血,再将血样放到葡萄糖试纸上,最后把试纸放到电子血糖计上进行测量。这是一种既麻烦又痛苦的方法。而“葡萄糖手表”,其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。“葡萄糖手表”上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。
智能传感器应用产业
1、应用于电池拓展阅读基于智能传感器的弹药库温/湿度监控系统设计
智能传感器注意事项
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好的传感器的设计是经验加技术的结晶。一般理解传感器是将一种物理量经过电路转换成一种能以另外一种直观的可表达的物理量的描述。比如转换成仅依赖于此测物理量的较高的电压电流等信号,再显示出来。因此需要注意几点:1、一般所测得的物理量是非常小的,通常还带有作为传感器物理转换元件固有的转换噪声。比如传感器在1被放大倍率下的信号强度为0.1~1uV,此时的背景噪声信号也有这么大的水平,甚至于将其湮灭。如何将有用信号尽量取出并且压低噪声是传感器设计的首要解决的问题。2、传感器电路一定要简单精炼。设想具有3级放大电路的,带有2级有源滤波器的放大回路,放大了信号的同时也将噪声放大了,如果噪声不是明显偏离有用信号频谱,则无论怎样滤波两者同时放大,结果信噪比没有提高。因此传感器电路一定要精炼简约。能省1只电阻或电容就一定要将它去掉。这一点是许多设计传感器的工程师们容易忽略的问题。已知的情况是,传感器电路随着噪声的问题困扰,电路越修改越复杂,成为怪圈。
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3、功耗问题。传感器通常在后续电路的前端,有可能需要较长的引线连接。当传感器功耗较大时引线的连接将会所有的无谓噪声以及电源噪声引入使得后续电路愈发难以设计。在够用的情况小如何降低功耗也是一个不小的考验。4、元器件的选用和电源回路。元器件的选用一定要够用为好,只要器件指标在需要的范围之内就可以了,余下的就是电路设计问题。电源是传感器电路设计过程一定要遇到的难题,不要追求无法达到的电源指标,而选择一款带有较好的共模抑制比的运放,采用差分放大电路设计可能最普通的开关电源以及器件就能满足你的要求。电源的退偶一定要可靠设计,并且遵循器件手册的要求,宁多勿少。
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智能传感器推动产业升级
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智能传感器作为广泛地系统前端感知器件,既可以助推传统产业的升级,例如,传统工业的升级、传统家电的智能化升级;又可以对创新应用进行推动,比如机器人、VR/AR(虚拟现实/增强现实)、无人机、智慧家庭、智慧医疗和养老等领域。在工业领域,传统企业面临人力成本提高、市场需求下降等问题,传统企业开始从劳动密集型转向自动化、智能化。在整个转型中,智能传感器发挥着至关重要的作用,推动传统工业的转型升级。2015年我国传感器市场规模达1100亿元,预计到2020年将达到2115亿元,年复合增长率达到14%。但是由于国内传感器企业技术水平、生产工艺、规模和盈利能力等方面的差距导致国内传感器市场高度依赖进口。特别是高端传感器方面,由于种类多、跨学科研发技术水平高、开发成本大,企业不愿承担开发风险,造成我国高端传感器基本依靠进口。2015 年,我国中高端传感器进口比例达到80%。智能传感技术是智能制造和物联网的先行技术,作为前端感知工具,具有非常重要的意义。
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参考资料
1.

张福学.传感器电子学及其应用:国防工业出版社,1990年
2.

智能传感器系统
.超星发现.2010[引用日期2017-11-27]
3.

走向智能传感器时代
.超星发现.2015[引用日期2017-11-27]
4.

智能传感器
.电子发烧友网[引用日期2017-11-27]
5.

智能传感器技术综述
.超星发现.2014[引用日期2017-11-27]

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