智能金屬探測器的設(shè)計(jì)(5.10)

1、畢業(yè)論文：智能金屬探測器的設(shè)計(jì)遼寧科技大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能型金屬探測器的設(shè)計(jì)摘 要金屬探測器是專門用來探測金屬的儀器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、安檢、娛樂等領(lǐng)域。這里我們?cè)O(shè)計(jì)的是一個(gè)基于單片機(jī)的手持金屬探測器。它可以檢測到人隨身攜帶的金屬物品，如小刀、鋼筆甚至可以檢測到香煙盒(內(nèi)部有鋁薄膜)?？呻S身攜帶，使用方便。金屬探測是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，將一金屬置于變化的磁場當(dāng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理就會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場反過來又影響原磁場，這種變化可以轉(zhuǎn)換為電壓幅值的變化，供相關(guān)電路進(jìn)行檢測。它也可以表現(xiàn)為振蕩電路頻率的變化，用檢測頻率的辦法進(jìn)行檢測，這里使用的是后者，振蕩部

2、分由電容三點(diǎn)式振蕩電路組成，產(chǎn)生的正弦波進(jìn)行放大和脈沖轉(zhuǎn)換電路，再送入單片機(jī)，由單片機(jī)探測它頻率的變化。當(dāng)遇見金屬時(shí)由于電磁感應(yīng)原理原先建立起來的振蕩將受到影響，頻率將發(fā)生變化，單片機(jī)探測到這種變化后進(jìn)行報(bào)警。本次金屬探測器的設(shè)計(jì)還給它添加了接口可以和外圍的系統(tǒng)進(jìn)行通訊，這里實(shí)現(xiàn)了與液晶顯示，鍵盤和AT89S52組成的外圍數(shù)據(jù)處理與顯示模塊的通信，對(duì)前端探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理和分析，并將結(jié)果顯示在液晶屏幕上，并可以通過鍵盤對(duì)前端的探測進(jìn)度進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵字：金屬探測；電磁感應(yīng)原理；單片機(jī)；渦流；振蕩電路ABSTRACTMetal detector is an instrument which u

3、se for detecting metal specially. it has been extensively used in produce ,Safety inspection, entertainment and so on. Here we designed a handheld metal detectors which based on the MCU. It can detect people carrying metal items such as knives pens and even boxes of cigarettes (within the aluminum f

4、ilm). Portable,easy to use.It is made according to principle of electromagnetism induction. when we put an metal object around magnetic field with changing series. there will produce vortex inner metal object. The vortex will create magnetic field too. The new magnetic field will affect the old. The

5、 change can be convert into voltage signal for detecting by relative electrocircuit . It can also convert into frequency signal and be detected by frequency detector. Here we use the second method. The oscillation circuit part is composed by Capacitance three-point oscillation circuit. The signal cr

6、eated by the part is magnified first and then convert into impulse signal. Then it can be processed by SCM. SCM detect its frequency ,compare with the base frequency and then determine whether to worn. We add an interface to the detector. So it can communicate with other SCM system which content a l

7、cd,a keyboard,a SCM. The SCM system can process the data more precisely and then display the result through lcd.the keyboard is used for user who want to set the detecting precision.Keyword : metaldetector ;the principle of electromagnetism induction;SCM;vortex;oscillation circuit目錄第一章 緒論1.1引言金屬探測器作

8、為一種最重要的安全檢查設(shè)備，己被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。比如在機(jī)場、大型運(yùn)動(dòng)會(huì)(如奧運(yùn)會(huì))、展覽會(huì)等都用金屬探測器來對(duì)過往人員進(jìn)行安全檢測，以排查行李、包裹及人體夾帶的刀具、槍支、彈藥等傷害性違禁金屬物品;工業(yè)部門(包括手表、眼鏡、金銀首飾、電子等生產(chǎn)含有金屬產(chǎn)品的工廠)也使用金屬探測器對(duì)出入人員進(jìn)行檢測，以防止貴重金屬材料的丟失;目前，就連考試也開始啟用金屬探測器來防止考生利用手機(jī)等工具進(jìn)行作弊。由此可見，金屬探測器對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及人身安全起著重要的作用。而為了能夠準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿的位置，就需要金屬探測器具有較高的靈敏度。目前。國外雖然已有較為完善的系列產(chǎn)品，但價(jià)格及其昂貴

9、；國內(nèi)傳統(tǒng)的金屬探測器則是利用模擬電路進(jìn)行檢測和控制的，其電路復(fù)雜，探測靈敏度低，且整個(gè)系統(tǒng)易受外界干擾。1.2探測器的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用金屬探測器因其功能和市場應(yīng)用領(lǐng)域的不同，分為以下幾種：通道式金屬探測器（又稱：金屬探測門；簡稱：安檢門）、手持式金屬探測器、便攜式金屬探測器、臺(tái)式金屬探測器、工業(yè)用金屬探測器和水下金屬探測器。全球第一臺(tái)金屬探測器誕生于1960年，步入工業(yè)時(shí)代最初的金屬探測器也主要應(yīng)用于工礦業(yè)，是檢查礦產(chǎn)純度、提高效益的得力幫手。隨著社會(huì)的發(fā)展，犯罪案件的上升，1970年金屬探測器被引入一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域安全檢查，也就是今天我們所使用的金屬探測門雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對(duì)安全的認(rèn)知

10、已步入一個(gè)新紀(jì)元。一個(gè)產(chǎn)品的出現(xiàn)帶動(dòng)了一個(gè)行業(yè)的發(fā)展，于是安檢這個(gè)既陌生又熟悉的行業(yè)開始進(jìn)入市場。40多年過去了，金屬探測器經(jīng)歷了幾代探測技術(shù)的變革，從最初的信號(hào)模擬技術(shù)到連續(xù)波技術(shù)直到今天所使用的數(shù)字脈沖技術(shù)，金屬探測器簡單的磁場切割原理被引入多種科學(xué)技成果。無論是靈敏度、分辨率、探測精確度還是工作性能上都有了質(zhì)的飛躍。應(yīng)用領(lǐng)域也隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高延伸到了多個(gè)行業(yè)。70年代隨著航空業(yè)迅速發(fā)展，劫機(jī)和危險(xiǎn)事件的發(fā)生使航空及機(jī)場安全逐漸受到重視，于是在機(jī)場眾多設(shè)備中金屬探測門扮演著排查違禁物品的重要角色。同樣在70年代，由于金屬探測門在機(jī)場安檢中的嶄露頭角，大型運(yùn)動(dòng)會(huì)（如奧運(yùn)會(huì)）展覽會(huì)及政府重要

11、部門的安全保衛(wèi)工作中開始啟用金屬探測門作為必不可少的安檢儀器。發(fā)展到80年代，監(jiān)獄暴力案件呈直線上升趨勢，如何及早有效預(yù)防并阻止暴力案件發(fā)生成了監(jiān)獄管理工作中的重中之重，在依靠警員對(duì)囚犯加強(qiáng)管理的同時(shí)，金屬探測門再次成為了美國、英國、比利時(shí)等發(fā)達(dá)國家監(jiān)獄管理機(jī)構(gòu)必備的安檢設(shè)備，形成平均每300個(gè)囚犯便使用一臺(tái)金屬探測門用于安檢；與此同時(shí)西方興起的“尋寶熱”，也使手持式、便攜式金屬探測器得到長足的發(fā)展。進(jìn)入90年代，迅速升溫的電子制造業(yè)成了這個(gè)時(shí)代的寵兒，大型的電子公司為了減少產(chǎn)品流失、結(jié)束員工與公司之間的尷尬局面，陸續(xù)采用金屬探測門和手持式金屬探測器作為管理員工行為、減少產(chǎn)品流失的利刃。于是金

12、屬探測器又有了它新的角色產(chǎn)品防盜。9.11事件以后,反恐成為國際社會(huì)一個(gè)重要議題。爆炸案、恐怖活動(dòng)的猖獗使恐怖分子成了各國安全部門誓要打擊的對(duì)象。此時(shí)國際社會(huì)對(duì)“安全防范”的認(rèn)知也被提到一個(gè)新的高度。受9.11事件影響，各行各業(yè)都加強(qiáng)了保安工作的部署，正是受此影響金屬探測器的應(yīng)用領(lǐng)域也成功地滲透到其他行業(yè)。如：娛樂場所。公共娛樂場所的治安問題歷來是社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是治安管理工作的難點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年娛樂場所惡性打架斗毆事件和刑事案件發(fā)案率占60%以上，其作案兇器均是消費(fèi)者隨身帶入娛樂場所。然而，此時(shí)簡單的通道式金屬探測門已不能完全滿足安檢的要求，安保人員需要的是一種能準(zhǔn)確判定金屬物品藏匿位

13、置的安檢產(chǎn)品。于是多區(qū)位金屬探測技術(shù)孕育而生，它的誕生是金屬探測器發(fā)展歷史上的又一次變革，原來單一的磁場分布變成了現(xiàn)在相互疊和而又相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)磁場，再根據(jù)人體工程學(xué)原理把門體分為多個(gè)區(qū)段使之與人體相對(duì)應(yīng)，相應(yīng)的區(qū)段在金屬探測門上形成相對(duì)的區(qū)域，這樣金屬探測門便擁有了報(bào)警定位功能。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文介紹的基于單片機(jī)的智能型金屬探測器，采用靈敏度極高的線性霍爾元件作為傳感器，感應(yīng)由于金屬出現(xiàn)引起的探測線圈周圍磁場的變化，提高了檢測精度:處理部件則采用AT89S52單片機(jī)作為檢測和控制核心，對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行分析判斷，有效地保證了檢側(cè)原理的實(shí)施；此外，利用軟件濾波的方法代替了傳統(tǒng)探測器復(fù)雜的

14、模擬電路器件，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、靈敏度和抗干擾性。適用于對(duì)郵件、行李、包裹及人體夾帶的傷害性金屬物品（如：刀具、槍械、武器部件、彈藥和金屬包裝的炸藥等）的檢測，可用于海關(guān)、機(jī)場、車站、碼頭的安全檢查。也可用于探測隱藏于墻內(nèi)、護(hù)墻板內(nèi)側(cè)、空洞和土壤的上述物品和金屬物。第一部分 金屬探測器核心元件傳感器第二章 傳感器2.1傳統(tǒng)傳感器2.1.1傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87），傳感器（Transducer/Sensor）的定義：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感原件和轉(zhuǎn)換器件組成?！?這一定義包含了以下幾個(gè)方面的含義：（1

15、） 能感受（或響應(yīng)）表示傳感器要對(duì)被測量敏感，能靈敏的反映被測量量的變化；（2） 傳感器的輸入、輸出之間滿足一定的規(guī)律，且具有一定的精度；（3） 可用輸出信號(hào)通常是指便于處理、轉(zhuǎn)換、傳輸、顯示和存儲(chǔ)的信號(hào)。目前主要是電信號(hào)，電信號(hào)有很多種形式，如電壓、電流、電阻、電容、頻率等，輸出信號(hào)的形式由傳感器的原理確定。隨著科學(xué)的發(fā)展，輸出信號(hào)將來也可能是光信號(hào)或其他信號(hào)；（4） 被測量可以是物理信號(hào)，也可以是化學(xué)量、生物量。2.1.2傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理電路和其他輔助元件組成。傳感器的組成如圖所示。 圖2-1 傳感器組成框圖 敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測

16、量的部分，它直接感受規(guī)定的被測量（一般為非電量）并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的其他量（一般仍為非電量）。當(dāng)然這里的其他量是比被測量更易轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的量，故敏感元件又稱為預(yù)變轉(zhuǎn)換器。 轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受（或響應(yīng)）的被測量轉(zhuǎn)化成適于傳輸和（或）測量的電信號(hào)部分，即將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的元件，又稱為變換器。 信號(hào)調(diào)理電路是將轉(zhuǎn)換元件輸出的可用信號(hào)作為輸入，將其進(jìn)行處理、放大、顯示和記錄的電路。信號(hào)調(diào)理電路的類型和被測量、測量原理及轉(zhuǎn)換元件有關(guān)。2.1.3傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢為了區(qū)分智能傳感器，本文把通常用的傳感器成為傳統(tǒng)傳感器。傳統(tǒng)傳感器技術(shù)未來的發(fā)展方向主

17、要有兩個(gè)方面：一是傳感器本身的研究，二是和電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)組合在一起的傳感器系統(tǒng)的研究。前者是研究新型傳感器，后者是研究新材料、新工藝及將檢測功能與此信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，向集成化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展2.2智能傳感器2.2.1智能傳感器的概念智能傳感器這一概念，最初是在美國宇航局開發(fā)宇宙飛船過程中提出的，因?yàn)槿藗儾粌H需要知道宇宙飛船在太空中飛行的速度、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，而且為使宇航員在宇宙飛船內(nèi)能夠正常工作、生活，還需要控制艙內(nèi)的溫度、濕度、氣壓、空氣成分等，因而需要安裝各式各樣的傳感器。而宇航員在太空中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)也需要大量的傳感器。這樣一來，需要處理眾多傳感器獲得的信息，即

18、便使用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)也很難處理如此龐大的數(shù)據(jù)，而且這在宇宙飛船上顯然是行不通的。因此，宇航局的專家們就希望傳感器本身就有信息處理的功能，于是把傳感器和微處理器結(jié)合在一起，這樣在20世紀(jì)70年代末就出現(xiàn)了智能傳感器。只能傳感器可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測、分析、處理、存儲(chǔ)和通信，具備了人類的記憶、分析、思考和交流能力，即具備了人類的智能，所以稱之為智能傳感器。智能傳感器是一種帶有微處理器，兼有信息檢測、信號(hào)處理、信息記憶、邏輯思維與判斷等智能化功能，是傳感器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。關(guān)于智能傳感器目前尚無統(tǒng)一的定義，早起人們簡單的認(rèn)為智能傳感器就是將傳統(tǒng)傳感器和微處理器集成在同一塊芯片上，隨著智能傳

19、感器技術(shù)的發(fā)展，比較多的學(xué)者認(rèn)為智能傳感器是將傳統(tǒng)傳感器和微處理器結(jié)合并賦予智能化功能的系統(tǒng)即智能傳感器系統(tǒng)。關(guān)于傳感器的中、英文稱謂，目前也尚未統(tǒng)一?！癐nteligent Sensor”是英國人對(duì)智能傳感器的稱謂，而“Smart Sensor”是美國人對(duì)智能傳感器的俗稱。2.2.2智能傳感器的基本功能智能傳感器有以下幾個(gè)基本功能。（1） 具有自校準(zhǔn)和故障自診斷的功能。智能傳感器不僅能自動(dòng)檢測各種被測參數(shù)，還能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)標(biāo)定校準(zhǔn)，某些智能傳感器還可進(jìn)行故障的自動(dòng)診斷和修復(fù)。（2） 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷和信息處理的功能。智能傳感器能對(duì)被測量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理或信號(hào)處理（包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理

20、、線性化，或?qū)囟?、靜壓力等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋＠?，在帶有溫度補(bǔ)償和靜壓力補(bǔ)償?shù)闹悄懿顗簜鞲衅髦?，?dāng)被測量的介質(zhì)溫度和靜壓力發(fā)生變化時(shí)，智能傳感器中的補(bǔ)償軟件自動(dòng)按照一定算法進(jìn)行補(bǔ)償，以保證測量精度。（3） 具有組態(tài)功能，使用靈活。在智能傳感器系統(tǒng)中可設(shè)置多種模塊的硬件和軟件，用戶可通過微處理器發(fā)出指令，改變智能傳感器的硬件模塊和軟件模塊的組合狀態(tài)，完成不同的測量功能，實(shí)現(xiàn)多傳感、多參數(shù)的符合測量。（4） 具有雙向通信和數(shù)字化輸出功能。智能傳感器系統(tǒng)具有數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信接口，通過RS-232、RS-485、USB、I2C等標(biāo)準(zhǔn)總線接口，能與計(jì)算機(jī)總線接口相連，相互交換信息。（5） 人機(jī)對(duì)

21、話功能。智能傳感器和儀表組合在一起，配合各種顯示裝置和輸入鍵盤，使系統(tǒng)具有靈活的人機(jī)對(duì)話功能。2.2.3智能傳感器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器具有如下特點(diǎn)。（1） 靈敏度和測量精度高。智能傳感器有多項(xiàng)功能來保證它的精度。例如，通過自校零去除零點(diǎn)；與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實(shí)時(shí)對(duì)比以自動(dòng)進(jìn)行整體系統(tǒng)標(biāo)定；自動(dòng)進(jìn)行整體系統(tǒng)的非線性等系統(tǒng)誤差的校正；通過對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)的同濟(jì)處理以消除偶然誤差的影響等，從而保證了智能傳感器有高的靈敏度和測量精度，可進(jìn)行微弱信號(hào)測量，并能進(jìn)行各種校正和補(bǔ)償。（2） 寬量程。智能傳感器的測量范圍很寬，具有很強(qiáng)的過載能力。例如，沒過ADI公司推出的ADXRS300型單片偏航覺速

22、度陀螺儀，能精確測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的偏航角速度，測量范圍是/s。用戶只需并聯(lián)一只合適的設(shè)定電阻，即可將測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體測量范圍擴(kuò)張到 。該傳感器還能承受1000g的運(yùn)動(dòng)加速度或者2000g的靜力加速度。（3） 可靠性與穩(wěn)定性高。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)生變化后引起系統(tǒng)特性的飄移，如溫度變化而產(chǎn)生的零點(diǎn)和靈敏度的漂移；當(dāng)被測參數(shù)變化后能自動(dòng)改變量程；能實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢測，分析、判斷所采集的數(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，有多項(xiàng)功能保證了智能傳感器的高可靠性與高穩(wěn)定性。美國Atemel公司推出的FCD4814、AT77C101B型單片硅晶體指紋傳感器集成

23、電路，抗磨損性強(qiáng)，在指紋傳感器的表面有專門的保護(hù)層，手指接觸磨損的次數(shù)課超過百萬次。（4） 信噪比與分辨力高。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，可以去除相關(guān)數(shù)據(jù)中的噪聲將有用信號(hào)圖區(qū)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)測量的分辨能力，因此智能傳感器具有較高的信噪比和高的分辨力。（5） 自適應(yīng)性強(qiáng)。智能傳感器具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，美國Microsemi公司相繼推出能實(shí)現(xiàn)人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器，能代替人眼去感受環(huán)境亮度的明暗程度，自動(dòng)控制LCD顯示器背光源的亮度，以充分

24、滿足用戶在不同時(shí)間、不同環(huán)境中對(duì)顯示器亮度的取藥。（6） 性價(jià)比高。智能傳感器所具有的上述高性能，不想傳統(tǒng)傳感器技術(shù)追求傳感器獲得，而是通過與微處理器/微計(jì)算機(jī)相結(jié)合，采用廉價(jià)的集成電路工藝和芯片及強(qiáng)大的軟件來實(shí)現(xiàn)的，所以具有高的性價(jià)比。2.2.4智能傳感器的分類智能傳感器有以下較常用的幾種分類形式。（1） 按被測物理量的類型來分，有溫度、壓力、濕度 、角速度、液位、磁場、生物、化學(xué)等智能傳感器。（2） 按智能化程度來分，有初級(jí)形式、中級(jí)形式和高級(jí)形式三種。智能傳感器的初級(jí)形式。初級(jí)智能傳感器不含有微處理單元，僅僅包含敏感元件、補(bǔ)償電路（如溫度補(bǔ)償、線性補(bǔ)償?shù)龋?、校正電路、信?hào)調(diào)理電路。這類傳

25、感器具有簡單的信號(hào)處理能力，提高了傳統(tǒng)傳感器的精度和性能。但其智能含量較少，這類傳感器屬于智能傳感器的初級(jí)階段（形式）。智能傳感器的中級(jí)形式。這類傳感器除包含初級(jí)智能傳感器的功能外，還具有自診斷、自校準(zhǔn)功能，并且?guī)в袛?shù)據(jù)通信接口和微處理器等。這類傳感器以微處理器為核心，自成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，智能化主要有強(qiáng)大的軟件來實(shí)現(xiàn)。借助微處理器，該類傳感器系統(tǒng)功能大大增加，性能進(jìn)一步提高，自適應(yīng)性加強(qiáng)，本身已是一個(gè)基本完善的傳感器系統(tǒng)。智能傳感器的高級(jí)形式。這類傳感器除具有上述兩種形式的所有功能外，還具有多維檢測、圖像識(shí)別、分析理解、模式識(shí)別、自學(xué)習(xí)和邏輯推理等功能。因此它涉及的理論領(lǐng)域也包括模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)

26、絡(luò)和人工智能等。該傳感器具有人類“五官”的功能，能從復(fù)雜背景中提取有用信息，進(jìn)行智能化處理，是真正意義上的智能傳感器。（3） 按其結(jié)構(gòu)可分為模塊式智能傳感器、混合式智能傳感器和集成式智能傳感器3種。模塊式智能傳感器有許多相互獨(dú)立的模塊組成。將微型計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理模塊、輸出電路模塊、顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼體內(nèi)，組成模塊式智能傳感器。這種傳感器的集成度不高、體積較大，但它是一種比較實(shí)用的智能傳感器?；旌鲜街悄軅鞲衅鲗鞲衅?、微處理器和信號(hào)處理器電路等各個(gè)部分以不同的組合方式集成在幾個(gè)芯片上，然后裝配在同一殼體內(nèi)。目前，混合式智能傳感器作為智能傳感器的主要類型而被廣泛應(yīng)用。 21集成式之恩

27、呢該傳感器。集成式智能傳感器主要是指利用集成電路工藝和微機(jī)械技術(shù)將傳感器敏感元件與功能強(qiáng)大的嗲主線路集成在同一芯片上（或二次集成在同一外殼內(nèi)）。通常具有信號(hào)提取、信號(hào)處理、邏輯判斷、雙向通信、決策、量程切換、功耗小、速度快、可靠性高、精度高及功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。集成智能傳感器的優(yōu)點(diǎn)使它成為目前傳感器研究的熱點(diǎn)和傳感器發(fā)展的主要方向。2.2.5 智能傳感器系統(tǒng)的基本組成智能傳感器系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器（或計(jì)算機(jī)）及相關(guān)電路組成，其原理框圖如圖2-5所示。傳感器將被測的物理量、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)放大后送到信號(hào)調(diào)理電路中，進(jìn)行濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到數(shù)據(jù)采集電路中，經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路處理后再送

28、到微處理器中。微處理器是智能傳感器的核心，它不但可以對(duì)傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于微處理器充分發(fā)揮各種軟件的功能，賦予傳感器智能化，大大提高了傳感器性能。圖2-5 智能傳感器原理框圖2.3 電渦流式傳感器2.3.1電渦流式傳感器概述電渦流式傳感器是利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行工作的，它實(shí)質(zhì)上也是通過改變電磁場強(qiáng)度來感受被測量的。由于結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、頻響范圍寬、不受油污等介質(zhì)的影響，并能進(jìn)行非接觸測量，適用范圍廣。目前，這種傳感器已廣泛用來測量位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度、硬度等參數(shù)，以及用于無損探傷領(lǐng)域。2.3.2電渦流式傳感器的基本原理金屬導(dǎo)體置

29、于變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，這種電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉，合通常稱電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而使激勵(lì)線圈的阻抗發(fā)生變化。電渦流式傳感器是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流式傳感器的基本原理示意圖如圖3-1所示。有一通以交變電流I1的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場H1.若被測導(dǎo)體置于該磁場范圍內(nèi)，到體內(nèi)便產(chǎn)生電=渦I2，I2也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場H2,H2與H1方向相反，力圖削弱原磁場H1，從而導(dǎo)致線圈的電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這些參數(shù)變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、線圈的幾何參數(shù)、電流的頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間得距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中一個(gè)參數(shù)改

30、變其余參數(shù)不變，就能構(gòu)成測量該參數(shù)的傳感器。圖3-1電渦流式傳感器基本原理示意圖將被測導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)中的電流。這樣，線圈與被測導(dǎo)體變等效為相互耦合的兩個(gè)線圈，如圖3-3所示。設(shè)線圈的電阻為R1,電感為L2，阻抗為Z1=R1+jL1；短路環(huán)的電阻為R2，電感為L2；線圈與短路環(huán)之間的互感系數(shù)為M，M隨它們之間的距離X減小而增大。經(jīng)推導(dǎo)，電渦流線圈受被測金屬導(dǎo)體影響后的等效阻抗可表示為式（3-1）：圖3-2等效電路Z=U1/I1+R22M2/R22+(L2)2+jL1-3L2M2/(R2+2L22)=R +jL (式3-1)式中 R電渦流線圈工作時(shí)的等效電阻； L電渦流線圈工作是的等效電感。 從公式3-1中可知，等效電阻、等效電感都是此系統(tǒng)互感系數(shù)的平方的函數(shù)，因此只有當(dāng)測距范圍較小時(shí)，才能保證一定的線性度。2.3.3電渦流式傳感器的特點(diǎn)電渦流式傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度