智能傳感器的構(gòu)成及特點

近年來，隨著計算機、微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，特別是在傳感技術(shù)經(jīng)歷了模擬量信息處理和數(shù)字量交換這兩個階段后，正朝著智能化、集成一體化、小型化方向發(fā)展，利用微處理機技術(shù)使傳感器智能化是20世紀80年代新型傳感器的--大進展，通常稱之為智能傳感器，使傳感技術(shù)產(chǎn)生了一個飛躍，智能傳感器的出現(xiàn)，就是計算機、微電子等新技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果。

　　(一)構(gòu)成

　　智能傳感器這一名稱至今未有確切含義，智能意味著這種傳感器具有一定人工智能，即使用電路代替一部分腦力勞動。

　　近年來，傳感器越來越多地和微處理器相結(jié)合，使傳感器不僅有視、嗅、味和聽覺功能，還具有檢測、思維和邏輯判斷、信息處理、信息記憶存儲、自適應能力、邏輯思維等功能，從而使傳感器技術(shù)提高到--個新水平。

　　智能傳感器主要由傳感器、微處理器(或微計算機)及相關(guān)電路組成。微處理器能按照給定的程序?qū)鞲衅鲗嵤┸浖刂?，把傳感器從單功能變成多功能，包括自補償、自校正、自診斷、遠程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶等功能。

　　在自動檢測技術(shù)中若在同一殼體內(nèi)既有傳感元件，又有信號預處理電路和微處理器，其輸出方式可以是通信線RS-232或RS-422串行輸出，也可以是IEEE-488標準總線的并行輸出，以上這些功能可以由n 塊輸出獨立的模板構(gòu)成，裝在同一殼體內(nèi)即構(gòu)成模塊智能傳感器。

也可以把上述模塊，集成化成為硅片為基礎(chǔ)的超大規(guī)模集成電路的高級智能傳感器，將傳感器、微處理器都集成在同一硅片上實現(xiàn)集成智能傳感器。由此看來，智能傳感器也可以說是一個微機小系統(tǒng)，其中作為系統(tǒng)“大腦”的微處理器通常是單片機。

　　(二)功能

　　①具有自校零、自標定、自校正功能。

　　②具有自動補償功能。

　?、勰軌蜃詣硬杉瘮?shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行預處理。

　?、苣軌蜃詣舆M行檢驗、自選量程、自尋故障。具有數(shù)據(jù)存儲、記憶與信息處理功能。

　?、蘧哂须p向通信、標準化數(shù)字輸出或者符號輸出功能。

⑦具有判斷、決策處理功能。

　　(三)分類

　　智能傳感器按結(jié)構(gòu)可分為集成式、混合式和模塊式。

　　集成智能傳感器是將一個或多個敏感器件與微處理器、信號處理電路集成在同一硅片上而構(gòu)成的，其集成度高，體積小，但目前的技術(shù)水平還很難實現(xiàn)。

　　混合式智能傳感器是將傳感器與微處理器、信號處理電路做在不同芯片上而構(gòu)成的，目前這類結(jié)構(gòu)較多。

模塊式智能傳感器由許多互相獨立的模塊組成，如將微計算機、信號調(diào)理電路、輸出電路、顯示電路和傳感器裝配在同一結(jié)構(gòu)內(nèi)。這種傳感器集成度不高，體積較大，但在目前的技術(shù)水平上，仍不失為一種實用的結(jié)構(gòu)形式。

　　(四)特點

　　1.精度高

　　智能傳感器有多項功能來保證它的高精度，如通過自動校零去除零點﹔有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可以自動進行整體系統(tǒng)標定﹔可對檢測數(shù)值進行分析、修正和誤差補償﹔通過對采集的大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理以消除偶然誤差的影響等。從而提高了智能傳感器的精度。

　　2.高可靠性與高穩(wěn)定性

　　智能傳感器能自動補償因工作條件與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化后引起的系統(tǒng)特性的漂移，如溫度變化而產(chǎn)生的零點和靈敏度的漂移﹔在當被測參數(shù)變化后能自動改換量程;能實時自動進行系統(tǒng)的自我檢驗，分析、判斷所采集到數(shù)據(jù)的合理性，并給出異常情況的應急處理(報警或故障提示)。因此，智能傳感器具有自診斷、自校準功能，提高了可靠性與穩(wěn)定性。

　　3.高信噪比與高分辨率

　　由于智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲、記憶與信息處理功能，通過軟件進行數(shù)字濾波、相關(guān)分析等處理，可以去除輸入數(shù)據(jù)中的噪聲，將有用信號提取出來﹔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)下對特定參數(shù)測量的分辨率。故智能傳感器具有高的信噪比與高的分辨率。

　　4.自適應性強

　　由于智能傳感器具有判斷、分析與處理功能，它能根據(jù)系統(tǒng)工作情況決策各部分的供電情況、與高/上位計算機的數(shù)據(jù)傳送速率，使系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)和優(yōu)化傳送速率。

　　5.性能價格比低

　　智能傳感器組態(tài)功能可實現(xiàn)多傳感器、多參數(shù)復合測量，擴大了檢測和使用范圍。其存儲功能使檢測數(shù)據(jù)隨時存取。具有數(shù)據(jù)通信接口，能與計算機直接聯(lián)機，相互交換信息。

智能傳感器所具有的上述高性能，不是像傳統(tǒng)傳感器技術(shù)完全由硬件所組成，追求傳感器本身的完善、對傳感器的各個環(huán)節(jié)進行精心設(shè)計與調(diào)試，研究對象主要局限在傳感機理、材料、結(jié)構(gòu)、工藝等物理方面。

而智能傳感器的智能性是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件實現(xiàn)其價值的，軟件在智能傳感器中占據(jù)了主要成分，智能傳感器通過各種軟件對測量過程進行管理和調(diào)節(jié)，使之工作在最佳狀態(tài)，并對傳感器數(shù)據(jù)進行各種處理，從而增強傳感器的功能，提高傳感器性能指標。

利用軟件能夠?qū)崿F(xiàn)硬件難以實現(xiàn)的功能，以軟件代替了部分硬件，降低了傳感器的制造難度。所以具有較高的性價比。相信在不久的將來，基于計算機平臺完全可以通過軟件開發(fā)的虛擬傳感器可起到十分重要的作用。

　　綜上所述，智能化設(shè)計是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計中的一次革命，是世界傳感器的發(fā)展趨勢。世界各國正在利用計算機和智能技術(shù)研究，開發(fā)各種其他類型的智能傳感器。