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”是英國人的稱謂， “Smart Sensor” 是美國人的俗稱。 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，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)今國內(nèi)外競相研究開發(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,智能結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了長足的進(jìn)展（日本日立公司的機(jī)械手）主要研究國家：美、日、德、英為代表的發(fā)達(dá)

4、國家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，它和一顆沙粒沒有多大區(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)微型的太陽能電池為它充電。最近，美國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)問世，智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。未來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 周圍的自然現(xiàn)象，常見的信號(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。美國加利弗尼亞大學(xué)研制的復(fù)合液體傳感器，可同時(shí)測量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。美國EG&G IC Sensors公司研制的復(fù)合力學(xué)傳感器，可同時(shí)測量物體某一點(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)測試的信號(hào)通過軟件計(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)場拆卸送到實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門進(jìn)行。對(duì)于在線測量傳感器出現(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，診斷測試以確定組件有無故障。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)定度的測量系統(tǒng)獲得高精度的測量結(jié)果。測量精度僅決定于測量標(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，要綜合考慮被測量的數(shù)值范圍，以及對(duì)測量精度、分辨率

8、的要求諸因素來確定增益(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)證書齊全。本企業(yè)通過了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。智能傳感器通過測試數(shù)據(jù)傳輸或接收指令來實(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、最初是由美國宇航局1978年在開發(fā)出來的產(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Honeywell公司首次推出用于過程工業(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 彩色條碼檢測裝置至少能檢測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)傳感器通過改變或重新編程微控制器，或者通過升級(jí)軟件的方法就能滿足許多檢測的需要。 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)葉片表面用以測量氣體的流速和壓力. 美國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度帶來的寄生參量的影響,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、新一代汽車智能傳感器 汽車智能傳感器也必然成為智能車先進(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)底盤與傳動(dòng)系統(tǒng)安全系統(tǒng)車身電子系統(tǒng)空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)7/19/202229汽車應(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，以及適合汽車總線的CAN總線式智能傳感器。應(yīng)用非接觸的位置測量、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)理念來提供切合市場需求的汽車傳感器。 7/19/202230新型智能安全方案 酒精檢測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。通過測定電阻值，便可檢測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內(nèi)，一旦檢測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；或透過紅外線電子雨量傳感器感應(yīng)雨量的多寡，并隨車速的變化自動(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)探測窗上雨滴數(shù)來控制雨刷的啟動(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)測控器； 5、紅外雨量傳感器； 7/19/2022337/19/202234車速信號(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)頭燈可透過車外的光線明暗感應(yīng)器自動(dòng)監(jiān)測外界的光線，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，減少駕駛?cè)瞬僮鞯臅r(shí)間，增加行車安全性。 胎壓監(jiān)測系統(tǒng)：在每個(gè)輪胎上安

17、裝高靈敏度的傳感器，于行車狀態(tài)下隨時(shí)監(jiān)測輪胎狀況，并透過傳感器以無線方式發(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，以確保汽車行駛中的安全，并延長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)汽車周圍以探測碰撞。通過加速度傳感器與SmartMOS技術(shù)集成，專門用于探測碰撞和觸發(fā)汽車正面和側(cè)面的安全氣囊。一個(gè)集成式器件提供加速度探測、電壓調(diào)節(jié)、MCU功能和

18、有線通訊協(xié)議。提供種類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、道路障礙傳感、智能氣囊部署、盲點(diǎn)探測等基于傳感器的智能系統(tǒng)將逐漸進(jìn)入新一代的汽車應(yīng)用中。采用 “電子穩(wěn)定控制(ESC)系統(tǒng)”。目前是高檔汽車的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置，但將繼續(xù)向更多的車款擴(kuò)散?！胺€(wěn)定控制系統(tǒng)尤其令SUV運(yùn)動(dòng)休閑車受益，因?yàn)檫@種車重心較高，更容易發(fā)生側(cè)翻?！?/19/202238汽車車體內(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。汽車傳感器在出廠之前要經(jīng)過高低溫存放。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)格測試，確保產(chǎn)品性能不受周圍環(huán)境的影響。7/19/2022391、船舶用傳感器的種類船舶系統(tǒng)中使用的傳感器種類繁多, 按照在船舶中的用途, 大致可分為以下幾類：通信導(dǎo)航類傳感器：主要是各類雷達(dá)、測程儀等。六、新一代船舶智能傳感器 7/19/202240消防系統(tǒng)類傳感器：主要是船舶消防系統(tǒng)中各種溫度、煙霧探測器, 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)類傳感器：此類傳感器的應(yīng)用較多, 大多是用于檢測溫度、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)化和無人機(jī)艙管理的基礎(chǔ)。7/19/202242航行報(bào)警系統(tǒng)類傳感器：此類傳感器監(jiān)控船舶艙底水位和各船舶之間水密門的狀態(tài), 在船艙底水位過高和水密門未關(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)來說是必須的,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?、氫氣或其它易爆、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量, 以及各種閥門的開啟行程檢測等。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、燃油油位檢測、艙底污水檢測、以及特殊船舶如散裝化學(xué)品運(yùn)輸船的液艙液位遙測與溢流控制、油船的油位檢測與溢流控制等。船舶上閥門則更是不計(jì)其數(shù)。隨著船舶自動(dòng)化程度的提高, 各種閥門的控制自動(dòng)化要求也越來越高。與之相應(yīng), 對(duì)檢測設(shè)備精度的要求也越來越高。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法相比的, 非常適合需要精確測量物體位移, 并須將測量數(shù)據(jù)輸入中心控制計(jì)算機(jī)的場合。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、通過無線局域網(wǎng)的陸地監(jiān)控（與結(jié)合）、通過衛(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、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NORIS公司1960年，開發(fā)了第一代船用自動(dòng)化系統(tǒng)，并于1966年成功運(yùn)用于德國第一艘商船，作為無人機(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）的開發(fā)和生產(chǎn)基地。2019年，開發(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；有的則能綜合來自各種導(dǎo)航設(shè)備（GPS、DGPS、陀螺儀、計(jì)程儀、測深儀等）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國外最新綜合船橋系統(tǒng)（IBS） 德國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”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、防火報(bào)警和船用黑厘子功能。7/19/202255無人值班機(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)智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywell）公司在1983年開發(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量已突破50萬只。 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)于被測變量的0-100%。“ 零”一信號(hào)用來給變送器饋電。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, 用來測量差壓、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)先給測量頭編了程序, 因而通過修正計(jì)算可以得到高精度的和再現(xiàn)性好的測量結(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量頭, 它們始終要與側(cè)量頭相匹配。校準(zhǔn)的測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 美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：PPT、PPTR系列智能精密壓力傳感器，測量精度為0.05，比傳統(tǒng)壓力傳