學(xué)科輔導(dǎo)傳感器課件第13章

1、第13章新型傳感器知識單元與知識點(diǎn)智能傳感器的定義、特點(diǎn)、作用、設(shè)計與實(shí)現(xiàn)；模糊傳感器的概念、基本功能、結(jié)構(gòu)；MEMS與微加工、微傳感器的特點(diǎn)、典型微傳感器介紹；網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念、類型、體系結(jié)構(gòu)。能力點(diǎn)理解新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡(luò)傳感器）的概念、特點(diǎn)；理解新型傳感器的結(jié)構(gòu)、作用；了解新型傳感器涉及的主要技術(shù)；了解典型新型傳感器的特性與應(yīng)用。重難點(diǎn)重點(diǎn)：新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡(luò)傳感器）的概念、特點(diǎn)。難點(diǎn)：新型傳感器涉及的主要技術(shù)。學(xué)習(xí)要求了解新型傳感器（智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器與網(wǎng)絡(luò)傳感器）的概念、特點(diǎn)；了解新型傳感器的結(jié)構(gòu)、作用；了解

2、新型傳感器涉及的主要技術(shù)；了解典型新型傳感器的特性與應(yīng)用。13.1 智能傳感器 智能傳感器是基于人工智能、信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具有分析、判斷，量程自動轉(zhuǎn)換，漂移、非線性和頻率響應(yīng)等自動補(bǔ)償，對環(huán)境影響量的自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)以及超限報警、故障診斷等功能的傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能傳感器將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地結(jié)合在一起，充分利用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并能對內(nèi)部工作過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而具有了一定的人工智能，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)傳感器性能的不足，使采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量得以提高?！拔⑻幚砥鳌卑瑑煞N情況：一種是將傳感器與微處理器集成在一個芯片上構(gòu)成所謂的“單片智能傳感器”；另一種

3、是指傳感器能夠配微處理器（分離方式）。 智能傳感器基本結(jié)構(gòu)13.1.1 智能傳感器的特點(diǎn)精度高 高可靠性與高穩(wěn)定性 高信噪比與高分辨率 自適應(yīng)性強(qiáng) 性能價格比高 13.1.2 智能傳感器的作用（1）提高測量精度1）利用微型計算機(jī)進(jìn)行多次測量和求平均值的辦法可削弱隨機(jī)誤差的影響；2）利用微型計算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)誤差補(bǔ)償；3）利用輔助溫度傳感器和微型計算機(jī)進(jìn)行溫度補(bǔ)償；4）利用微型計算機(jī)實(shí)現(xiàn)線性化，可以減少非線性誤差；5）利用微型計算機(jī)進(jìn)行測量前的零點(diǎn)調(diào)整、放大系數(shù)調(diào)整和工作中周期調(diào)整零點(diǎn)、放大系數(shù)。（2）增加功能1）利用記憶功能獲取被測量的最大值和最小值；2）利用計算功能對原始信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可獲得

4、新的量值；3）用軟件的辦法完成硬件功能，經(jīng)濟(jì)并減小體積；4）對數(shù)字顯示可有譯碼功能；5）可用微型計算機(jī)對周期信號特征參數(shù)進(jìn)行測量；6）對諸多被測量可有記憶存儲功能。（3）提高自動化程度1）可實(shí)現(xiàn)誤差自動補(bǔ)償；2）可實(shí)現(xiàn)檢測程序自動化操作；3）可實(shí)現(xiàn)越限自動報警和故障自動診斷；4）可實(shí)現(xiàn)量程自動變換；5）可實(shí)現(xiàn)自動巡回檢測。13.2 模糊傳感器 模糊傳感器是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測的基礎(chǔ)上，經(jīng)過模糊推理和知識合成，以模擬人類自然語言符號描述的形式輸出測量結(jié)果的一類智能傳感器。模糊傳感器的核心部分就是模擬人類自然語言符號的產(chǎn)生及其處理。 模糊傳感器的“智能”之處在于：它可以模擬人類感知的全過程，核心在于知識

5、性，知識的最大特點(diǎn)在于其模糊性 模糊傳感器由硬件和軟件兩部分構(gòu)成 13.2.1 模糊傳感器概述模糊傳感器是以數(shù)值測量為基礎(chǔ)，并能產(chǎn)生和處理與其相關(guān)的測量符號信息的裝置，即模糊傳感器是在經(jīng)典傳感器數(shù)值測量的基礎(chǔ)上經(jīng)過模糊推理與知識集成，以自然語言符號的描述形式輸出的傳感器。將被測量值范圍劃分為若干個區(qū)間，利用模糊集理論判斷被測量值的區(qū)間，并用區(qū)間中值或相應(yīng)符號進(jìn)行表示，這一過程稱為模糊化。對多參數(shù)進(jìn)行綜合評價測試時，需要將多個被測量值的相應(yīng)符號進(jìn)行組合模糊判斷，最終得出測量結(jié)果信息的符號表示與符號信息系統(tǒng)是研究模糊傳感器的核心與基石 模糊傳感器的一般結(jié)構(gòu) 模糊傳感器的基本功能 學(xué)習(xí)功能 推理聯(lián)想

6、功能 感知功能 通信功能 13.2.2 模糊傳感器的結(jié)構(gòu)13.3 微傳感器 完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。 MEMS系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是其微型化，涉及電子、機(jī)械、材料、制造、控制、物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科技術(shù)，其中大量應(yīng)用的各種材料的特性和加工制作方法在微米或納米尺度下具有特殊性 MEMS芯片測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) MEMS器件制造中的四種主流技術(shù) 超精密加工及特種加工 表面微加工 體微加工 LI

7、GA技術(shù) 常用微加工工藝及設(shè)備微傳感器的特點(diǎn)：空間占有率小靈敏度高，響應(yīng)速度快便于集成化和多功能化可靠性提高消耗電力小，節(jié)省資源和能量價格低廉13.4 網(wǎng)絡(luò)傳感器13.4.1 網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念 網(wǎng)絡(luò)傳感器是指傳感器在現(xiàn)場級實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使現(xiàn)場測控數(shù)據(jù)就近登陸網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)實(shí)時發(fā)布和共享。簡單地說，網(wǎng)絡(luò)傳感器就是能與網(wǎng)絡(luò)連接或通過網(wǎng)絡(luò)使其與微處理器、計算機(jī)或儀器系統(tǒng)連接的傳感器。 網(wǎng)絡(luò)傳感器基本結(jié)構(gòu)敏感元件調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換微處理器網(wǎng)絡(luò)接口信號采集單元數(shù)據(jù)處理單元網(wǎng)絡(luò)接口單元13.4.2 網(wǎng)絡(luò)傳感器的類型基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)傳感器 基于以太網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)傳感器 13.4.5 網(wǎng)絡(luò)傳感器的應(yīng)用前景分布式測控：將網(wǎng)絡(luò)傳感器布置在測控現(xiàn)場，處于控制網(wǎng)絡(luò)中的最低級，其采集到的信息傳輸?shù)娇刂凭W(wǎng)絡(luò)中的分布智能節(jié)點(diǎn)，由它處理，然后傳感器數(shù)據(jù)散發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)利用信息做出適當(dāng)?shù)臎Q策，如操