最新-第六章智能傳感器1-PPT課件

1、第六章 智能傳感器一、定義智能傳感器【intelligent sensor】具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。 7/19/20221需要指出，這里講的“帶微處理器”包含兩種情況： （1）將傳感器與微處理器集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成所謂的“單片智能傳感器” （2）傳感器能夠配微處理器。 顯然，后者的定義范圍更寬，但二者均屬于智能傳感器的范疇。 7/19/20222(1)具有自校零、自標(biāo)定、自校正功能；(2) 具有自動(dòng)補(bǔ)償功能；(3) 能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)， 并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；(4) 能夠自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)、 自選量程、 自尋

2、故障；(5) 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能；(6) 具有雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號(hào)輸出功能(7) 具有判斷、決策處理功能。 智能傳感器的功能7/19/20223 關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂，目前也尚未統(tǒng)一?！癐ntelligent Sensor”是英國(guó)人的稱謂， “Smart Sensor” 是美國(guó)人的俗稱。 對(duì)“Smart Sensor”的中文譯名有譯為“靈巧傳感器”的， 也有譯為“智能傳感器”的。7/19/20224智能傳感器實(shí)現(xiàn)的途徑 1、利用計(jì)算機(jī) 非集成化實(shí)現(xiàn) 集成化實(shí)現(xiàn)2、利用特殊材料3、利用功能化幾何結(jié)構(gòu)7/19/20225 非集成化實(shí)現(xiàn) 非集成式智能傳感器框圖 7/

3、19/20226 集成化實(shí)現(xiàn) 集成智能傳感器外形示意圖 7/19/202277/19/20228近幾年來(lái)，人們提出了智能結(jié)構(gòu)的概念，也就是將傳感元件、致動(dòng)元件以及微處理器集成于基底材料中，使材料或結(jié)構(gòu)具有自感知、自診斷、自適應(yīng)的智能能力。智能結(jié)構(gòu)涉及到傳感技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能、信息處理和材料學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)的跨世紀(jì)前沿科技。利用特殊材料利用功能化幾何結(jié)構(gòu)7/19/2022920世紀(jì)50年代提出智能結(jié)構(gòu)1974年美國(guó)首次提出將壓電陶瓷嵌入復(fù)合材料制成構(gòu)件進(jìn)入80年代末期以來(lái),智能結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展（日本日立公司的機(jī)械手）主要研究國(guó)家：美、日、德、英為代表的發(fā)達(dá)

4、國(guó)家107/19/202210航天航空工程 （威脅警報(bào)、智能機(jī)翼、噪聲控制）土木工程 （智能混凝土結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)災(zāi)害反應(yīng)控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)）機(jī)器人7/19/202211智能微塵傳感器 智能微塵（Smart Micro Dust）是一種具有電腦功能的超微型傳感器。從肉眼看來(lái)，它和一顆沙粒沒(méi)有多大區(qū)別。但內(nèi)部卻包含了從信息收集、信息處理到信息發(fā)送所必需的全部部件。 智能微塵還可以“永久”使用，因?yàn)樗粌H自帶微型薄膜電池，還有一個(gè)微型的太陽(yáng)能電池為它充電。最近，美國(guó)英特爾公司制定了基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展規(guī)劃，也將致力于研究智能微塵傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作。 7/19/202212 目

5、前，直徑約為5mm的智能微塵已經(jīng)問(wèn)世，智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。未來(lái)的智能微塵甚至可以懸浮在空中幾個(gè)小時(shí)，搜集、處理并無(wú)線發(fā)射信息。a）肉眼所看到的智能微塵 b）智能微塵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7/19/202213二、實(shí)現(xiàn)的功能 1. 復(fù)合敏感功能 周?chē)淖匀滑F(xiàn)象，常見(jiàn)的信號(hào)有聲、光、電、熱、力、化學(xué)等。智能傳感器具有復(fù)合功能，能夠同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息。美國(guó)加利弗尼亞大學(xué)研制的復(fù)合液體傳感器，可同時(shí)測(cè)量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。美國(guó)EG&G IC Sensors公司研制的復(fù)合力學(xué)傳感器，可同時(shí)測(cè)量物體某一點(diǎn)的三維振動(dòng)加速度、

6、速度、位移，等等。7/19/2022142. 自補(bǔ)償和計(jì)算功能 傳統(tǒng)傳感器沒(méi)有從根本上解決傳感器的溫度漂移和輸出非線性的補(bǔ)償工作。智能傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開(kāi)辟了新的道路。放寬傳感器加工精密度要求，只要能保證傳感器的重復(fù)性好，利用微處理器對(duì)測(cè)試的信號(hào)通過(guò)軟件計(jì)算，采用多次擬合和差值計(jì)算方法對(duì)漂移和非線性進(jìn)行補(bǔ)償，從而能獲得較精確的測(cè)量結(jié)果。 7/19/2022153. 自檢、自校、自診斷功能 普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證它在正常使用時(shí)足夠的準(zhǔn)確度，常規(guī)傳感器-從使用現(xiàn)場(chǎng)拆卸送到實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門(mén)進(jìn)行。對(duì)于在線測(cè)量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時(shí)診斷。智能傳感器-首

7、先自診斷功能在電源接通時(shí)進(jìn)行自檢，診斷測(cè)試以確定組件有無(wú)故障。其次根據(jù)使用時(shí)間可以在線進(jìn)行校正，微處理器利用存在EPROM內(nèi)的計(jì)量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校對(duì)。 7/19/202216自校零、 自標(biāo)定、 自校正系統(tǒng)的自校零與自校準(zhǔn)功能充分利用了微控制器的功能，用軟件和少量硬件，在軟件程序的導(dǎo)引下進(jìn)行三步測(cè)量法，自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)以及自動(dòng)消除因零點(diǎn)、增益漂移而引入的系統(tǒng)誤差，從而提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度。采用這種智能化技術(shù)，可以使低精度、低穩(wěn)定度的測(cè)量系統(tǒng)獲得高精度的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量精度僅決定于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。 7/19/202217量程的自動(dòng)切換也就是增益的自動(dòng)選擇，要綜合考慮被測(cè)量的數(shù)值范圍，以及對(duì)測(cè)量精度、分辨率

8、的要求諸因素來(lái)確定增益(含衰減)檔數(shù)的設(shè)定和確定切換檔的準(zhǔn)則，這些都依具體問(wèn)題而定。我公司最近研制出高精度小外型壓力變送器，線路采用半導(dǎo)體薄膜工藝制作，量程自選：020KPa60MPa，輸出420mA，精度可達(dá)到0.1級(jí)，防爆等級(jí)：本安型，隔爆型。生產(chǎn)許可證，防爆等級(jí)證書(shū)齊全。本企業(yè)通過(guò)了ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證 7/19/2022184. 信息存儲(chǔ)和傳輸 智能集散控制系統(tǒng)(Smart Distributed System)的飛速發(fā)展，對(duì)智能單元要求具備通信功能，用通信網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字形式進(jìn)行雙向通信，這也是智能傳感器關(guān)鍵標(biāo)志之一。智能傳感器通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸或接收指令來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。如增益的設(shè)置、

9、補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置、內(nèi)檢參數(shù)設(shè)置、測(cè)試數(shù)據(jù)輸出等。 7/19/202219三、智能傳感器的發(fā)展1、最初是由美國(guó)宇航局1978年在開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。宇宙飛船上需要大量的傳感器不斷向地面發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息，用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)很難同時(shí)處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。 2、1983年美國(guó)Honeywell公司首次推出用于過(guò)程工業(yè)的智能壓力傳感器-ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數(shù)傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號(hào)調(diào)理功能 。7/19/2022203、半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，使微控制器的功能不斷升級(jí)，價(jià)格不斷下降，從而引起工業(yè)傳感器設(shè)計(jì)的革命。

10、帶微控制器的智能激光傳感器可實(shí)現(xiàn)3mm的分辨率。 帶有16位微控制器的光纖傳感器可實(shí)現(xiàn)12比特的A/D分辨率 彩色條碼檢測(cè)裝置至少能檢測(cè)16個(gè)灰度等級(jí) 7/19/2022214、嵌入智能增加了設(shè)計(jì)的靈活性，縮短了完成周期，降低了開(kāi)發(fā)新應(yīng)用的成本。設(shè)計(jì)工程師只用一個(gè)傳感器通過(guò)改變或重新編程微控制器，或者通過(guò)升級(jí)軟件的方法就能滿足許多檢測(cè)的需要。 7/19/202222四、智能傳感器的特點(diǎn)性能指標(biāo)1. 精度高 2. 高可靠性與高穩(wěn)定性 3. 高信噪比與高的分辨力 4. 強(qiáng)的自適應(yīng)性 5. 低的價(jià)格性能比 7/19/202223現(xiàn)代智能傳感器技術(shù),是指以硅材料為基礎(chǔ)(優(yōu)良的電性能,又有極好的機(jī)械性能

11、),采用微米級(jí)的微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，特點(diǎn)是:1. 微型化微型壓力傳感器已經(jīng)可以小到放在注射針頭內(nèi)送進(jìn)血管測(cè)量血液流動(dòng)情況,裝在飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面用以測(cè)量氣體的流速和壓力. 美國(guó)最近研究成功的微型加速度計(jì)可以使火箭或飛船的制導(dǎo)系統(tǒng)質(zhì)量從幾公斤下降至幾克. 7/19/2022242. 結(jié)構(gòu)一體化壓阻式壓力(差)傳感器是最早實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)的.傳統(tǒng)在金屬杯的圓膜片上粘貼電阻變換器(應(yīng)變片)而構(gòu)成壓力(差)傳感器,這就不可避免地存在蠕變,遲滯,非線性特性.采用微機(jī)械加工和集成化工藝, 不僅硅杯一次整體成型,而且電阻變換器與硅杯是完全一體化的.進(jìn)而可在硅杯非受力區(qū)制作調(diào)理電路,微處

12、理器單元,甚至微執(zhí)行器, 從而實(shí)現(xiàn)不同程度的, 乃至整個(gè)系統(tǒng)的一體化. 7/19/2022253. 精度高比起分體結(jié)構(gòu),傳感器結(jié)構(gòu)本身一體化后,遲滯,重復(fù)性指標(biāo)將大大改善, 時(shí)間漂移大大減小,精度提高.后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路與敏感元件一體化后可以大大減小由引線長(zhǎng)度帶來(lái)的寄生參量的影響,這對(duì)電容式傳感器更有特別重要的意義. 7/19/2022264. 多功能微米級(jí)敏感元件結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)特別有利于在同一硅片上制作不同功能的多個(gè)傳感器,如,美國(guó)霍尼韋爾公司, 80 年代初期生產(chǎn)的ST-3000型智能壓力(差)和溫度變送器,就是在一塊硅片上制作了感受壓力, 壓差及溫度三個(gè)參量的,具有三種功能(可測(cè)壓力, 壓差

13、,溫度)的敏感元件結(jié)構(gòu)的傳感器.不僅增加了傳感器的功能, 而且可以通過(guò)采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)消除交叉靈敏度的影響, 提高傳感器的穩(wěn)定性與精度 7/19/2022275. 陣列式微米技術(shù)已經(jīng)可以在一平方厘米大小的硅芯片上制作含有幾千個(gè)壓力傳感器陣列,譬如,豐田中央研究所半導(dǎo)體研究室用微機(jī)械加工技術(shù)制作的集成化應(yīng)變計(jì)式面陣觸覺(jué)傳感器,在8 mm8 mm的硅片上制作了1 024個(gè)(3232)敏感觸點(diǎn)(橋), 基片四周還制作了信號(hào)處理電路,其元件總數(shù)約16 000個(gè). 7/19/202228五、新一代汽車(chē)智能傳感器 汽車(chē)智能傳感器也必然成為智能車(chē)先進(jìn)系統(tǒng)的“神經(jīng)末梢”，為中央處理器提供必需的感知信息，汽車(chē)動(dòng)

14、力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個(gè)方面 。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)底盤(pán)與傳動(dòng)系統(tǒng)安全系統(tǒng)車(chē)身電子系統(tǒng)空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)7/19/202229汽車(chē)應(yīng)用相關(guān)的傳感器除光照度、圖像傳感器和主動(dòng)探測(cè)的超聲波、微波、毫米波雷達(dá)外，還包括壓力、液位、流量、位置、高度、距離、速度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、加速度、溫度、濕度、氣體濃度等傳感器，以及適合汽車(chē)總線的CAN總線式智能傳感器。應(yīng)用非接觸的位置測(cè)量、磁阻、磁變、霍爾效應(yīng)、顯微加工的硅芯片、熱覆膜、Piezo陶瓷等技術(shù)方式，采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)理念來(lái)提供切合市場(chǎng)需求的汽車(chē)傳感器。 7/19/202230新型智能安全方案 酒精檢測(cè)MEMS系統(tǒng)：采用二氧化錫MEMS元件，正

15、常狀況下，元件在吸附空氣中的氧氣后會(huì)保持某個(gè)電阻值不發(fā)生變化，而一旦空氣中含有酒精，元件表面的氧元素便會(huì)與酒精發(fā)生反應(yīng)，使電阻值下降。通過(guò)測(cè)定電阻值，便可檢測(cè)出呼氣中含有的酒精濃度。傳感器植入在直徑8mm的密封外殼內(nèi)、連同信號(hào)處理電路等一起嵌入方向盤(pán)內(nèi)，一旦檢測(cè)出駕駛員呼出的氣體含有酒精，便發(fā)出安全警報(bào)。 7/19/202231自動(dòng)雨刷系統(tǒng)：以發(fā)光二極管對(duì)前擋風(fēng)玻璃發(fā)出光束，當(dāng)雨滴打在感應(yīng)區(qū)的玻璃上時(shí)，光束所反射的光線強(qiáng)度，會(huì)因玻璃上的雨量或濕氣含量而有所變化，改變雨刷的刷動(dòng)頻率；或透過(guò)紅外線電子雨量傳感器感應(yīng)雨量的多寡，并隨車(chē)速的變化自動(dòng)調(diào)整雨刷速度，增進(jìn)駕駛?cè)说鸟{駛方便性，讓駕駛更有安全性

16、。 7/19/2022321、采用激光斑多點(diǎn)探測(cè)窗上雨滴數(shù)來(lái)控制雨刷的啟動(dòng)； 2、光電式自動(dòng)雨刷感控器； 3、平面電容式汽車(chē)玻璃自動(dòng)雨刷系統(tǒng)智能傳感器 4、光柵數(shù)字式自動(dòng)雨刷系統(tǒng)測(cè)控器； 5、紅外雨量傳感器； 7/19/2022337/19/202234車(chē)速信號(hào)儀表板電腦左側(cè)SAM電腦雨刷電機(jī)雨滴傳感器頭頂控制電腦室外溫度傳感器雨水傳感器雨刷馬達(dá)左側(cè)SAM電腦頭頂控制電腦7/19/202235電子式自動(dòng)照明系統(tǒng)：電子式感應(yīng)頭燈可透過(guò)車(chē)外的光線明暗感應(yīng)器自動(dòng)監(jiān)測(cè)外界的光線，在天色有變化或是進(jìn)入山洞時(shí)，電子式感應(yīng)器將頭燈自動(dòng)打開(kāi)，減少駕駛?cè)瞬僮鞯臅r(shí)間，增加行車(chē)安全性。 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：在每個(gè)輪胎上安

17、裝高靈敏度的傳感器，于行車(chē)狀態(tài)下隨時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎狀況，并透過(guò)傳感器以無(wú)線方式發(fā)射到接收器，讓駕駛?cè)四茈S時(shí)掌握漏氣與溫度升高等輪胎狀況，以確保汽車(chē)行駛中的安全，并延長(zhǎng)輪胎的使用壽命與降低燃油的消耗。最先進(jìn)的直接輪胎壓力監(jiān)測(cè)解決方案的特點(diǎn)包括高級(jí)預(yù)警系統(tǒng)和壓力、溫度、電壓和動(dòng)作探測(cè)等。7/19/202236安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)：現(xiàn)代安全氣囊系統(tǒng)由碰撞傳感器、緩沖氣囊、氣體發(fā)生器及控制塊（電腦）等組成。 如飛思卡爾推出的加速度傳感器，可擴(kuò)展到整個(gè)汽車(chē)周?chē)蕴綔y(cè)碰撞。通過(guò)加速度傳感器與SmartMOS技術(shù)集成，專門(mén)用于探測(cè)碰撞和觸發(fā)汽車(chē)正面和側(cè)面的安全氣囊。一個(gè)集成式器件提供加速度探測(cè)、電壓調(diào)節(jié)、MCU功能和

18、有線通訊協(xié)議。提供種類(lèi)眾多的加速度傳感器，從1.5g到250g,覆蓋X.XY.XYZ和Z軸方向。磁電式傳感器的采用 7/19/202237此外，隨著圖像傳感和處理技術(shù)的發(fā)展，還有更多的用于道路分離報(bào)警和引導(dǎo)、司機(jī)睡意探測(cè)、道路障礙傳感、智能氣囊部署、盲點(diǎn)探測(cè)等基于傳感器的智能系統(tǒng)將逐漸進(jìn)入新一代的汽車(chē)應(yīng)用中。采用 “電子穩(wěn)定控制(ESC)系統(tǒng)”。目前是高檔汽車(chē)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置，但將繼續(xù)向更多的車(chē)款擴(kuò)散。“穩(wěn)定控制系統(tǒng)尤其令SUV運(yùn)動(dòng)休閑車(chē)受益，因?yàn)檫@種車(chē)重心較高，更容易發(fā)生側(cè)翻。”7/19/202238汽車(chē)車(chē)體內(nèi)的空間有限：傳感器件和控制電路盡可能微型化。集成化。運(yùn)行環(huán)境非常惡劣：諸如工作狀態(tài)時(shí)

19、的高溫，靜止待命時(shí)的低溫，高濃度的油蒸汽和活性(毒性)氣體，以及高速運(yùn)動(dòng)和高強(qiáng)度的沖擊和振動(dòng)等。傳感器和電路必須要有高穩(wěn)定?？弓h(huán)境干擾和自適應(yīng)。自補(bǔ)償調(diào)整的能力。汽車(chē)傳感器在出廠之前要經(jīng)過(guò)高低溫存放。恒定濕熱。熱沖擊。泥漿噴濺。鹽水噴濺。振動(dòng)和電磁干擾等嚴(yán)格測(cè)試，確保產(chǎn)品性能不受周?chē)h(huán)境的影響。7/19/2022391、船舶用傳感器的種類(lèi)船舶系統(tǒng)中使用的傳感器種類(lèi)繁多, 按照在船舶中的用途, 大致可分為以下幾類(lèi)：通信導(dǎo)航類(lèi)傳感器：主要是各類(lèi)雷達(dá)、測(cè)程儀等。六、新一代船舶智能傳感器 7/19/202240消防系統(tǒng)類(lèi)傳感器：主要是船舶消防系統(tǒng)中各種溫度、煙霧探測(cè)器, 隨時(shí)監(jiān)控著船舶的消防情況。包含

20、一個(gè)光電感煙傳感器，和一個(gè)熱敏電阻溫度傳感器 7/19/202241主、副機(jī)系統(tǒng)類(lèi)傳感器：此類(lèi)傳感器的應(yīng)用較多, 大多是用于檢測(cè)溫度、壓力、速度等指標(biāo)的傳感器,它們對(duì)主、副機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)控起了重大作用, 為機(jī)艙的遙控管理提供便利, 是實(shí)現(xiàn)機(jī)艙工作自動(dòng)化和無(wú)人機(jī)艙管理的基礎(chǔ)。7/19/202242航行報(bào)警系統(tǒng)類(lèi)傳感器：此類(lèi)傳感器監(jiān)控船舶艙底水位和各船舶之間水密門(mén)的狀態(tài), 在船艙底水位過(guò)高和水密門(mén)未關(guān)嚴(yán)時(shí)發(fā)出警報(bào), 以便船上人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理, 消除安全隱患。7/19/2022432、光纖傳感器的應(yīng)用急劇增加的監(jiān)視和計(jì)算機(jī)控制對(duì)大多數(shù)船舶系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必須的,商船上的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)要求有高分辨率的顯示器

21、, 以及在衛(wèi)星、雷達(dá)和底測(cè)聲納導(dǎo)航分系統(tǒng)之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞。這些應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)和傳感器上都要求使用光纖技術(shù)。在船舶上可應(yīng)用光纖傳感器的系統(tǒng)有：機(jī)械故障診斷、機(jī)艙監(jiān)控、航行系統(tǒng)、貨艙液位監(jiān)控、破損控制系統(tǒng)、通風(fēng)加熱空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）等。7/19/202244一方面不受電磁干擾, 又不產(chǎn)生電子干擾 二是光纖傳感器是本質(zhì)安全型的, 可應(yīng)用在含有碳?xì)浠衔镎魵狻錃饣蚱渌妆?、易燃物質(zhì)的環(huán)境中三是可以方便地進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。貨艙液位監(jiān)控7/19/2022453、智能式磁致伸縮位移傳感器磁致伸縮位移傳感器應(yīng)用于船舶的各種液位測(cè)量, 以及各種閥門(mén)的開(kāi)啟行程檢測(cè)等。船舶上有許多地方需要運(yùn)用液位傳感

22、器, 例如普通船舶上的船用鍋爐水位檢測(cè)、燃油油位檢測(cè)、艙底污水檢測(cè)、以及特殊船舶如散裝化學(xué)品運(yùn)輸船的液艙液位遙測(cè)與溢流控制、油船的油位檢測(cè)與溢流控制等。船舶上閥門(mén)則更是不計(jì)其數(shù)。隨著船舶自動(dòng)化程度的提高, 各種閥門(mén)的控制自動(dòng)化要求也越來(lái)越高。與之相應(yīng), 對(duì)檢測(cè)設(shè)備精度的要求也越來(lái)越高。7/19/202246特點(diǎn)：它是一種非接觸式位移傳感器, 不存在磨擦和磨損, 操作簡(jiǎn)單,互換性好, 有效傳遞距離達(dá)1KM以上。該傳感器能直接與計(jì)算機(jī)、中央控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù), 其綜合指標(biāo)目前較為領(lǐng)先, 是其它任何位移傳感器都無(wú)法相比的, 非常適合需要精確測(cè)量物體位移, 并須將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入中心控制計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合。7/1

23、9/202247智能船舶機(jī)艙信息管理系統(tǒng) 船舶智能導(dǎo)航儀 船舶智能航跡儀 船舶智能通信控制系統(tǒng) 船舶智能推進(jìn)系統(tǒng) 船舶智能避碰決策支持系統(tǒng)船舶智能火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)船舶智能化系統(tǒng)：駕駛、機(jī)艙和貨運(yùn)監(jiān)控等子系統(tǒng)機(jī)艙集中監(jiān)控系統(tǒng)和綜合船橋系統(tǒng)是船舶機(jī)艙和駕駛導(dǎo)航新技術(shù)的代表，相對(duì)獨(dú)立，也可采用現(xiàn)場(chǎng)總線相連進(jìn)行信息傳輸。 7/19/202248多功能船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)該項(xiàng)目研制的多功能船舶機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)，包含三個(gè)功能：船舶上智能監(jiān)控、通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)的陸地監(jiān)控（與結(jié)合）、通過(guò)衛(wèi)星通信的陸地監(jiān)控（與結(jié)合），可根據(jù)需要進(jìn)行選擇組合。該項(xiàng)目將控制、檢測(cè)、計(jì)算機(jī)、多媒體、數(shù)字通信、故障診斷和衛(wèi)星通信等技術(shù)集

24、于一體，具有下列特點(diǎn)：（1）有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立了基于B/S(Brower/Server，瀏覽器/服務(wù)器)、無(wú)線收發(fā)器和海事衛(wèi)星的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化機(jī)艙智能監(jiān)控系統(tǒng)；（2）實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)艙各部件實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障報(bào)警功能。（3）利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、支持向量機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了船舶機(jī)艙設(shè)備的智能故障診斷功能。7/19/202249德國(guó)NORIS公司1960年，開(kāi)發(fā)了第一代船用自動(dòng)化系統(tǒng)，并于1966年成功運(yùn)用于德國(guó)第一艘商船，作為無(wú)人機(jī)艙監(jiān)控（獲得GL認(rèn)證）。1980年，又推出了第一套采用微處理器的機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)（NORIMOS 1000）。1922年，在羅斯托克成立了德國(guó)諾力士自動(dòng)化（羅斯托克）公司，現(xiàn)已成為主

25、機(jī)遙控系統(tǒng)（NORISTAR）的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)基地。2019年，開(kāi)發(fā)的基于CAN總線技術(shù)的機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)（NORICAN）獲得GL批準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用在世界各地的新造船舶上。 7/19/202250綜合船橋系統(tǒng) integrated bridge system 置于船舶橋樓駕駛室里具有多種功能的集成電子系統(tǒng)，又稱一人船橋（one-man bridge）。理想的綜合船橋應(yīng)能將導(dǎo)航、通信、機(jī)艙自動(dòng)控制、貨物裝卸作業(yè)操縱等各種功能集于一體，一名值班駕駛員便可完成上述各種任務(wù)。 目前綜合船橋系統(tǒng)還只能做到有限功能之綜合，或叫半綜合，例如：有的是將雷達(dá)與自動(dòng)駕駛儀集成一體，或者再加上1個(gè)電子海圖顯示信息系統(tǒng)，由1

26、個(gè)多功能顯示控制臺(tái)進(jìn)行操縱；有的采取模塊化結(jié)構(gòu)，即分別制備海圖及標(biāo)繪、驅(qū)動(dòng)、控制、通信等多種標(biāo)準(zhǔn)模塊，銷(xiāo)售時(shí)根據(jù)不同用戶要求組裝成一系列略有差異的系統(tǒng)；7/19/202251有的主要兼?zhèn)鋵?dǎo)航和推進(jìn)控制兩方面的功能，既能顯示與控制船舶位置、航向、航速、航線、目標(biāo)和水深，也能顯示和控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、推進(jìn)器狀態(tài)、舵角、風(fēng)速、風(fēng)向等；有的則能綜合來(lái)自各種導(dǎo)航設(shè)備（GPS、DGPS、陀螺儀、計(jì)程儀、測(cè)深儀等）的信息并在電子海圖上顯示本船的位置。采用綜合船橋的突出優(yōu)點(diǎn)是能節(jié)省人力和燃油以及有利于保證航行安全（其電子海圖和自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀起避碰作用）。7/19/202252國(guó)外最新綜合船橋系統(tǒng)（IBS） 德國(guó)R

27、AYTHEON 公司Bridge Controll型綜合船橋系統(tǒng)主要特性：駕駛員一直處于視野無(wú)阻的中心工作位置，方便地獲得羅經(jīng)指向、航速、舵角、避碰雷達(dá)及電子海圖等信息。從羅經(jīng)到雷達(dá)、電子海圖、手動(dòng)舵和自動(dòng)舵所有設(shè)備單元都采用統(tǒng)一的鍵紐、顯示及視窗菜單。信息綜合顯示器可顯示出軌跡偏離航向、轉(zhuǎn)向速率、向前速度、向側(cè)速度、舵角、水深、至下個(gè)航標(biāo)的距離和航向、風(fēng)速、風(fēng)向、水流流速等。具有全面的報(bào)警功能，所有的系統(tǒng)功能和各單元的操作是否正常都在監(jiān)控范圍內(nèi)。如航向偏離、軌道偏離、危險(xiǎn)物標(biāo)、淺灘、航標(biāo)、航路點(diǎn)等。雷達(dá)、陀螺羅經(jīng)、DGPS、自動(dòng)舵和電子海圖等都是雙套配置，可自動(dòng)切換。提高系統(tǒng)的安全性。7/1

28、9/202253通過(guò)在船橋系統(tǒng)中航行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)配置的新的分布式開(kāi)發(fā)，操作安全得到了大大的提高。新的“一致共同參考系統(tǒng)”(CCRS)連續(xù)不斷監(jiān)測(cè)船上關(guān)于傳感器數(shù)據(jù)的正確性、一致性和準(zhǔn)確性，利用質(zhì)量指示器評(píng)估數(shù)據(jù)。從這些信息中編輯了一系列最好的傳感器數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分布在綜合船橋系統(tǒng)中。另外，新的“健康狀況監(jiān)測(cè)”系統(tǒng)會(huì)檢查每個(gè)獨(dú)立操作臺(tái)的狀態(tài)，并且如果有必要，可以調(diào)節(jié)在另一個(gè)船橋工作站接管航行任務(wù)，或重啟該控制臺(tái)。用這種方法，數(shù)據(jù)變得最可靠有效，并且船橋功能也能得到保證。 7/19/202254日本JRC公司JRC綜合船橋系統(tǒng)主要特性：由高性能的雷達(dá)、ARPA、ECDIS（電子海圖及信息顯示系統(tǒng)）、

29、綜合無(wú)線電通信系統(tǒng)以及DGPS/GPS、陀螺羅經(jīng)、計(jì)程儀、自動(dòng)舵、機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)等組成，具有極佳的航行安全性和經(jīng)濟(jì)性。荷蘭IMTECHUnMACS3000型綜合船橋系統(tǒng)主要特性：整艘船的監(jiān)控和操縱集中在一個(gè)中央船橋指令站，通過(guò)具有高度一致性的用戶接口連接整個(gè)綜合系統(tǒng)。具有電源管理、推進(jìn)器控制、壓舵控制、油艙檢測(cè)、防火報(bào)警和船用黑厘子功能。7/19/202255無(wú)人值班機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)：主機(jī)遙控、安全保護(hù)、機(jī)艙集中監(jiān)控報(bào)警、電站自動(dòng)化、柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度自動(dòng)控制、燃油粘度自動(dòng)控制、鍋爐、焚燒爐、泵系、空壓機(jī)、分油機(jī)等自動(dòng)控制、油霧探測(cè)7/19/2022567/19/2022577/19/202258

30、7/19/2022597/19/202260 世界上第一個(gè)智能傳感器是美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司在1983年開(kāi)發(fā)的ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數(shù)傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號(hào)調(diào)理功能 。 最近，該公司還相繼開(kāi)發(fā)出ST3000900/2000等系列的新產(chǎn)品，使之功能進(jìn)一步完善。目前，ST3000系列智能壓力傳感器在全世界的銷(xiāo)量已突破50萬(wàn)只。 7/19/202261高精度 ST3000智能壓力傳感器7/19/202262常規(guī)壓力變送器采用兩線制, 輸出為4-20mA,這相當(dāng)于被測(cè)變量的0-100%?！?零”一信號(hào)用來(lái)給變送器饋電。變送器量程只能在有限的范圍內(nèi)適

31、應(yīng)不同的壓力范圍。指示精度隨著溫度、時(shí)間和靜壓的變化而變化。為保證精度, 變送器需要定期地進(jìn)行再標(biāo)定。再標(biāo)定不但費(fèi)時(shí)間, 而且通常不能在有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中進(jìn)行。7/19/202263ST3000變送器殼體內(nèi)裝有一個(gè)三變量傳感器, 用來(lái)測(cè)量差壓、靜壓和溫度的影響值。在制造時(shí),按照線性度的特性值、靜壓和溫度影響的特性值預(yù)先給測(cè)量頭編了程序, 因而通過(guò)修正計(jì)算可以得到高精度的和再現(xiàn)性好的測(cè)量結(jié)果。線性度、靜壓和溫度的特性值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。這些特性值屬于一定的測(cè)量頭, 它們始終要與側(cè)量頭相匹配。校準(zhǔn)的測(cè)量頭與微處理器相結(jié)合, 使變送器的性能大大提高, 應(yīng)用范圍更加廣泛。7/19/202264 美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司：PPT、PPTR系列智能精密壓力傳感器，測(cè)量精度為0.05，比傳統(tǒng)壓力傳