智能金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)(5.10)

畢業(yè)論文：智能金屬探測(cè)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(cè)器的設(shè)計(jì)摘要金屬探測(cè)器是專門用來探測(cè)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(cè)器。它可以檢測(cè)到人隨身攜帶的金屬物品，如小刀、鋼筆甚至可以檢測(cè)到香煙盒(內(nèi)部有鋁薄膜)?？呻S身攜帶，使用方便。金屬探測(cè)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(chǎng)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(chǎng)反過來又影響原磁場(chǎng)，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(cè)。它也可以表現(xiàn)為振蕩電路頻率的變化，用檢測(cè)頻率的辦法進(jìn)行檢測(cè)，這里使用的是后者，振蕩部分由電容三點(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(cè)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(cè)到這種變化后進(jìn)行報(bào)警。本次金屬探測(cè)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(cè)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(cè)進(jìn)度進(jìn)行設(shè)置。關(guān)鍵字：金屬探測(cè)；電磁感應(yīng)原理；單片機(jī)；渦流；振蕩電路

ABSTRACTMetaldetectorisaninstrumentwhichusefordetectingmetalspecially.ithasbeenextensivelyusedinproduce,Safetyinspection,entertainmentandsoon.HerewedesignedahandheldmetaldetectorswhichbasedontheMCU.Itcandetectpeoplecarryingmetalitemssuchasknivespensandevenboxesofcigarettes(withinthealuminumfilm).Portable,easytouse.Itismadeaccordingtoprincipleofelectromagnetisminduction.whenweputanmetalobjectaroundmagneticfieldwithchangingseries.therewillproducevortexinnermetalobject.Thevortexwillcreatemagneticfieldtoo.Thenewmagneticfieldwillaffecttheold.Thechangecanbeconvertintovoltagesignalfordetectingbyrelativeelectrocircuit.Itcanalsoconvertintofrequencysignalandbedetectedbyfrequencydetector.Hereweusethesecondmethod.TheoscillationcircuitpartiscomposedbyCapacitancethree-pointoscillationcircuit.Thesignalcreatedbythepartismagnifiedfirstandthenconvertintoimpulsesignal.ThenitcanbeprocessedbySCM.SCMdetectitsfrequency,comparewiththebasefrequencyandthendeterminewhethertoworn.Weaddaninterfacetothedetector.SoitcancommunicatewithotherSCMsystemwhichcontentalcd,akeyboard,aSCM.TheSCMsystemcanprocessthedatamorepreciselyandthendisplaytheresultthroughlcd.thekeyboardisusedforuserwhowanttosetthedetectingprecision.Keyword:metaldetector;theprincipleofelectromagnetisminduction;SCM;vortex;oscillationcircuit

目錄

第一章緒論1.1引言金屬探測(cè)器作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(chǎng)、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(cè)器來對(duì)過往人員進(jìn)行安全檢測(cè)，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(cè)器對(duì)出入人員進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)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(cè)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(cè)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；國內(nèi)傳統(tǒng)的金屬探測(cè)器則是利用模擬電路進(jìn)行檢測(cè)和控制的，其電路復(fù)雜，探測(cè)靈敏度低，且整個(gè)系統(tǒng)易受外界干擾。1.2探測(cè)器的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用金屬探測(cè)器因其功能和市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，分為以下幾種：通道式金屬探測(cè)器（又稱：金屬探測(cè)門；簡(jiǎn)稱：安檢門）、手持式金屬探測(cè)器、便攜式金屬探測(cè)器、臺(tái)式金屬探測(cè)器、工業(yè)用金屬探測(cè)器和水下金屬探測(cè)器。全球第一臺(tái)金屬探測(cè)器誕生于1960年，步入工業(yè)時(shí)代最初的金屬探測(cè)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(cè)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(cè)門雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對(duì)安全的認(rèn)知已步入一個(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(chǎng)。40多年過去了，金屬探測(cè)器經(jīng)歷了幾代探測(cè)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(cè)器簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)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(cè)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(chǎng)安全逐漸受到重視，于是在機(jī)場(chǎng)眾多設(shè)備中金屬探測(cè)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(cè)門在機(jī)場(chǎng)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)及政府重要部門的安全保衛(wèi)工作中開始啟用金屬探測(cè)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(shì)，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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)門和手持式金屬探測(cè)器作為管理員工行為、減少產(chǎn)品流失的利刃。于是金屬探測(cè)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(cè)器的應(yīng)用領(lǐng)域也成功地滲透到其他行業(yè)。如：娛樂場(chǎng)所。公共娛樂場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)所。然而，此時(shí)簡(jiǎn)單的通道式金屬探測(cè)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置的安檢產(chǎn)品。于是多區(qū)位金屬探測(cè)技術(shù)孕育而生，它的誕生是金屬探測(cè)器發(fā)展歷史上的又一次變革，原來單一的磁場(chǎng)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(chǎng)，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(cè)門上形成相對(duì)的區(qū)域，這樣金屬探測(cè)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(cè)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(cè)線圈周圍磁場(chǎng)的變化，提高了檢測(cè)精度:處理部件則采用AT89S52單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心，對(duì)檢測(cè)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(cè)器復(fù)雜的模擬電路器件，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(cè)，可用于海關(guān)、機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭的安全檢查。也可用于探測(cè)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(cè)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(cè)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?！边@一定義包含了以下幾個(gè)方面的含義：能感受（或響應(yīng)）表示傳感器要對(duì)被測(cè)量敏感，能靈敏的反映被測(cè)量量的變化；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；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)；被測(cè)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?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺埽ɑ蝽憫?yīng)）被測(cè)量的部分，它直接感受規(guī)定的被測(cè)量（一般為非電量）并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測(cè)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(cè)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?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺埽ɑ蝽憫?yīng)）的被測(cè)量轉(zhuǎn)化成適于傳輸和（或）測(cè)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(cè)量、測(cè)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(shì)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)QUOTE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(cè)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(cè)、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(cè)、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(jiǎn)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nteligentSensor”是英國人對(duì)智能傳感器的稱謂，而“SmartSensor”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。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(cè)各種被測(cè)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)。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(cè)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、線性化，或?qū)囟取㈧o壓力等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋?。例如，在帶有溫度補(bǔ)償和靜壓力補(bǔ)償?shù)闹悄懿顗簜鞲衅髦校?dāng)被測(cè)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(cè)量精度。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(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)多傳感、多參數(shù)的符合測(cè)量。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。人—機(jī)對(duì)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)。靈敏度和測(cè)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(cè)量精度，可進(jìn)行微弱信號(hào)測(cè)量，并能進(jìn)行各種校正和補(bǔ)償。寬量程。智能傳感器的測(cè)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型單片偏航覺速度陀螺儀，能精確測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的偏航角速度，測(cè)量范圍是QUOTE/s。用戶只需并聯(lián)一只合適的設(shè)定電阻，即可將測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體測(cè)量范圍擴(kuò)張到QUOTE。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?？煽啃耘c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(cè)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(cè)，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。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(cè)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。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。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。按被測(cè)物理量的類型來分，有溫度、壓力、濕度、角速度、液位、磁場(chǎng)、生物、化學(xué)等智能傳感器。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。eq\o\ac(○,1)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。這類傳感器具有簡(jiǎn)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）。eq\o\ac(○,2)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)。eq\o\ac(○,3)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(cè)、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)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。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。eq\o\ac(○,1)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。eq\o\ac(○,2)混合式智能傳感器將傳感器、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。eq\o\ac(○,3)集成式之恩呢該傳感器。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)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(cè)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(cè)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(chǎng)強(qiáng)度來感受被測(cè)量的。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)量，適用范圍廣。目前，這種傳感器已廣泛用來測(cè)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)體置于變化的磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)H1.若被測(cè)導(dǎo)體置于該磁場(chǎng)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(chǎng)H2,H2與H1方向相反，力圖削弱原磁場(chǎng)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(cè)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)改變其余參數(shù)不變，就能構(gòu)成測(cè)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(cè)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(cè)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+jQUOTEL1；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(cè)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+R2ω2M2/[R22+(ωL2)2]+j[ωL1-ω3L2M2/(R2+ω2L22)]=R+jωL(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(cè)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)