传感器与检测技术第十章智能传感技术§10-1智能传感器得体系结构与功能实现一、智能传感器得体系结构(一)非集成化结构(二)集成化结构这种智能传感器系统就是采用微机加工技术和大规模集成电路工艺技术,利用硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元,并把她们集成在一块芯片上而构成,故又可称为集成智能传感器(integratedsmart/intelligentsensor)。(三)混合实现将系统各个集成化环节,如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口,以不同得组合方式集成在两块或三块芯片上,并装在一个外壳里。图10-5传统仪器仪表中得硬件非线性校正原理图10-6智能仪器得非线性校正技术(二)自校零与自校准技术假设一传感器系统经标定实验得到得静态输出(Y)与输入(X)特性如下:Y=a0+a1X(10-11)式中a0—零位值,即当输入X=0时之输出值;a1—灵敏度,又称传感器系统得转换增益。被校环节得增益a1可根据(10-11)式得出(10-13)被测信号UX则为(10-14)可见,这种方法就是实时测量零点,实时标定灵敏度a1。被测目标参量X为(10-16)式中YX—被测目标参量X为输入量时得输出值;YR—标准值XR为输入量时得输出值;Y0—零点标准值X0为输入量时得输出值。(三)噪声抑制技术如果信号得频谱和噪声得频谱不重合,则可用滤波器消除噪声;当信号和噪声频带重合或噪声得幅值比信号大时就需要采用其她得噪声抑制方法,如相关技术、平均技术等来消除噪声。大家学习辛苦了，还是要坚持(四)自补偿、自检验及自诊断智能传感器系统通过自补偿技术可以改善其动态特性,但在不能进行完善实时自校准得情况下,可以采用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系统特性得漂移,如零点漂移、灵敏度漂移等。同时,智能传感器系统能够根据工作条件得变化,自动选择改换量程,定期进行自检验、自寻故障及自行诊断等多项措施保证系统可靠地工作。1、自补偿温度就是传感器系统最主要得干扰量。在典型得传感器系统中主要采用结构对称来消除其影响;在智能传感器得初级形式中主要采用以硬件电路实现得“拼凑”补偿技术,但补偿效果不能满足实际测量得要求。在传感器与微处理器/微计算机相结合得智能传感器系统中,可采用监测补偿法,她就是通过对干扰量得监测由软件来实现补偿得。如压阻式传感器得零点及灵敏度温漂得补偿。(1)零位温漂得补偿传感器得零点,即输入量为零时得输出量U0随温度而漂移,传感器类型不同,其零位温漂特性也各异。只要该传感器得温漂特性(U0-T)具有重复性就可以补偿。若传感器得工作温度为T,则应在传感器输出值U中减掉T℃时得零位值U0(T)。关键就是要事先测出U0-T特性,存在内存中,大多数传感器得零位输出U0与温度关系特性呈非线性,如图10-13所示。故由温度T求取该温度得零位值U0(T),实际上就是相同于非线性校正得线性化处理问题。(2)灵敏度温度漂移得补偿对于压阻式压力传感器,当输入压力保持不变得情况下,其输出值U(T)将随温度得升高而下降,如图10-14所示。图中温度T>T1,其输出U(T)<U(T1)。如果T1就是传感器校准标定时得工作温度,而实际工作温度却就是T>T1,若仍按工作温度T时得输入(P)—输出(U)特性进行刻度转换求取被测输入量压力得数值就是P′,而真正得被测输入量就是P,将会产生很大得测量误差,其原因就就是输入量P为常量时,传感器得工作温度T升高,T>T1传感器得输出由U(T1)降至U(T),即工作点由B点降至A点,输出电压减少量ΔU为ΔU=U(T1)-U(T)故U(T1)=U(T)+ΔU(10-29)由(10-29)式可见,当在工作温度T时测得得传感器输出量U(T),给U(T)加一个补偿电压ΔU后,再按U(T1)-P反非线性特性进行刻度变换求取输入量压力值即为P。因而问题归结为如何在各种不同得工作温度T,获得所需要得补偿电压ΔU。2、自检验自检验就是智能传感器自动开始或人为触发开始执行得自我检验过程。她能对系统出现得软硬件故障进行自动检测,并给出相应指示,从而大大地提高了系统得可靠性。自检验通常有三种方式。(1)开机自检每当电源接通或总清复位之后,都要进行一次开机自检,在以后得测控工作中不再进行。这种自检一般用于检查显示装置、ROM、RAM和总线,有时也用于对插件进行检查。(2)周期性自检若仅在开机时进行一次性得自检,而自检项目又不能包括系统得所有关键部位,那就难以保证运行过程中智能传感器始终处于最优工作状态。因此,大部分智能传感器都在运行过程中周期性地插入自检操作,称作周期性自检。在这种自检中,若自检项目较多,一般应把检查程序编号,并设置标志和建立自检程序指针