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智能化是傳感器發(fā)展的必然趨勢(shì)

 更新時(shí)間:2009-06-03 點(diǎn)擊量:2027
現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿產(chǎn)品,近百年來(lái),傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段;(1)傳統(tǒng)的分立式傳感器(含敏感元件);(2)模擬集成傳感器;(3)智能傳感器。目前,上新型傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

1 傳感器的分類
1.1傳統(tǒng)的分立式傳感器 該類傳感器是用非集成化工藝制造的,僅具有獲取信號(hào)的功能。
1.2 模擬集成化傳感器 集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的,因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的,它是將傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的IC。模擬集成傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量某一物理量)、測(cè)量誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等,適合遠(yuǎn)距離測(cè)量、控制,不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn),外圍電路簡(jiǎn)單。

1.3 智能傳感器(Inligent Sensor) 智能傳感器(亦稱數(shù)字傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前,上已開(kāi)發(fā)出多種智能傳感器系列產(chǎn)品。智能傳感器內(nèi)部都包含傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能傳感器的特點(diǎn)是能輸出測(cè)量數(shù)據(jù)及相關(guān)的控制量,適配各種微控制器(MCU);并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的,其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。

2 智能傳感器的功能和特點(diǎn)
2.1 智能傳感器的功能 智能傳感器一般都有下列全部或部分功能:
a.具有自校零、自標(biāo)定、自校正;
b.具有自動(dòng)補(bǔ)償功能;
c.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;
d.能夠自行進(jìn)行檢驗(yàn)、自選量程、自尋故障;
e.具有數(shù)字存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能;
f.具有雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或符號(hào)輸出功能;
g.具有判斷、決策處理能力。

2.2 智能傳感器的特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的傳感器相比,智能傳感器的特點(diǎn)是:
a.精度高 智能傳感器有多項(xiàng)功能來(lái)保證它的高精度,如;通過(guò)自動(dòng)校零去除零點(diǎn)誤差;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)行整體非線形等系統(tǒng)誤差的校正;通過(guò)對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理以消除偶然誤差的影響;從而保證了智能傳感器具有高精度。
b.高可靠性與高穩(wěn)定性 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)特性的漂移,比如:溫度變化而產(chǎn)生的零點(diǎn)和靈敏度的漂移;在當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化后能自動(dòng)改換量程;能實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢驗(yàn),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。
c.高信噪比與高分辨率 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(guò)軟件進(jìn)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,將有用的信號(hào)提取出來(lái);通過(guò)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,故智能傳感器具有高的信噪比與分辨率。
d.強(qiáng)的自適應(yīng)性 由于智能傳感器具有判斷、分析和處理功能,它能根據(jù)系統(tǒng)工作情況決策各部分的供電情況、與上位計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速率,使系統(tǒng)工作在*低功耗狀態(tài)和優(yōu)化的傳輸速率。
e.高的性能價(jià)格比 智能傳感器所具有的上述高性能,不是象傳統(tǒng)傳感器技術(shù)那樣為追求傳感器本身的完善,對(duì)傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與調(diào)試、進(jìn)行“手工藝品”式的精雕細(xì)琢來(lái)獲得,而是通過(guò)與微處理器/計(jì)算機(jī)相結(jié)合,采用廉價(jià)的集成電路工藝和芯片以及強(qiáng)大的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以具有高的性價(jià)比。

3. 智能化設(shè)計(jì)是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念中的一次革命,是世界傳感器的發(fā)展趨勢(shì).傳感器的智能化和任何其他事物一樣有它的必然性,傳感器:作為信息系統(tǒng)的zui前端,它的特性好壞、輸出信息的可靠性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量至關(guān)重要,但是長(zhǎng)期以來(lái)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展相比傳感器技術(shù)前進(jìn)的步伐明顯落后,由于采用傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn),使得傳感器的性價(jià)比很低,據(jù)有關(guān)資料介紹,從1970年到1990年計(jì)算機(jī)的性價(jià)比提高了1000倍,而傳感器的性價(jià)比只提高了3倍。然而,傳統(tǒng)傳感器技術(shù)已達(dá)到了技術(shù)極限,它的性價(jià)比不可能再有大幅度的提高。另外它在以下幾個(gè)方面存在著嚴(yán)重的不足:
△ 輸入輸出特性存在非線性,且隨時(shí)間漂移;
△ 參數(shù)易受環(huán)境條件變化的影響;
△ 信噪比低,易受噪聲干擾;
△ 存在交叉靈敏度,選擇性、分辨率不高。
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科技事業(yè)的發(fā)展不僅對(duì)傳感器的性能要求越來(lái)越高,而且對(duì)它的數(shù)量要求也越來(lái)越大,再用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)和用作坊式的手工操作為主的生產(chǎn),質(zhì)與量均滿足不了需求。一方面?zhèn)鞲衅鞔罅康氖褂靡蟀褌鞲衅鞯某杀窘迪聛?lái),另一方面?zhèn)鞲衅髟诟鱾€(gè)領(lǐng)域的使用又要求把性能提上新臺(tái)階。只有智能傳感器才能滿足上述兩方面的要求。

3.1 智能化傳感器改變了生產(chǎn)方式 傳統(tǒng)傳感器的生產(chǎn)決定了作坊式的手工操作為主的生產(chǎn)方式,由于智能化傳感器具有數(shù)字存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能、雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或符號(hào)輸出功能,因此可用與上位計(jì)算機(jī)通信的方法來(lái)組織批量生產(chǎn),比如對(duì)某種傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償,只要通過(guò)上位計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)與其相連接的在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中的智能傳感器發(fā)出讀寫(xiě)指令,這些被處理的傳感器就會(huì)在各個(gè)設(shè)定的溫度將適應(yīng)各自的補(bǔ)償值存入記憶體內(nèi),在上位計(jì)算機(jī)的控制下,整個(gè)一批傳感器經(jīng)歷了一個(gè)“學(xué)習(xí)”過(guò)程,這一工序也告完成。當(dāng)然這樣的生產(chǎn)方式,是在傳感器設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)安排好的。這種生產(chǎn)方式極大的提高生產(chǎn)率,也降低了生產(chǎn)成本,同時(shí)由于采用了智能元件,傳感器的補(bǔ)償可以應(yīng)體而異,由各個(gè)傳感器自行解決,它對(duì)于敏感元件的要求就不是很高了,從理論上講,只要敏感元件具有重復(fù)性,不管它其他指標(biāo)怎樣,采用智能傳感器的設(shè)計(jì)方法,都能造出高性能的傳感器。這樣又進(jìn)一步降低了傳感器的制造成本。

3.2 智能化傳感器改變了使用方式 智能傳感器具有自校零、自標(biāo)定、自校正;能夠自行進(jìn)行檢驗(yàn)、自選量程、自尋故障。這些性能給使用者帶來(lái)了極大的方便,智能傳感器在每次測(cè)量前都進(jìn)行自校零、自選量程、自尋故障。改變了使用原來(lái)使用傳統(tǒng)傳感器的習(xí)慣,數(shù)碼相機(jī)就是一個(gè)很好的例子,我們把照相機(jī)看成是一個(gè)圖象傳感器,要記錄一張清晰圖象,如果用傳統(tǒng)的相機(jī),先要調(diào)好光圈、速度和距離才行。用傻瓜相機(jī)就不同了,你只要對(duì)著對(duì)象照就行了。
我國(guó)的傳感器行業(yè)經(jīng)過(guò)近十年的引進(jìn)、消化、吸收,現(xiàn)已形成一定規(guī)模的傳感器生產(chǎn)能力。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)全國(guó)敏感元件與傳感器產(chǎn)品生產(chǎn)能力已超過(guò)4億只,總產(chǎn)量約1.5億只,總產(chǎn)值約4億元,總銷售額3億元左右。但是,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距,主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、銷售等方面。我國(guó)敏感元件與傳感器的科研開(kāi)發(fā)水平約落后發(fā)達(dá)國(guó)家5~10年;生產(chǎn)技術(shù)約落后10~15年。進(jìn)入21世紀(jì),世界傳感器市場(chǎng)將迅速發(fā)展。由1993年的130億美元,發(fā)展到2000年后,市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)343億美元。其中,以半導(dǎo)體傳感器為主流的各類固態(tài)傳感器增長(zhǎng)幅度很大,年增長(zhǎng)率高達(dá)20%以上;微傳感器、微執(zhí)行器約占總市場(chǎng)的40%。據(jù)估計(jì)到2010年,我國(guó)敏感元件與傳感器的科研生產(chǎn)綜合實(shí)力將得到大幅度增強(qiáng),傳感器的總體研究水平將達(dá)到21世紀(jì)初水平,與國(guó)外差距縮短為3~5年。我們必須抓住機(jī)遇大幅度增強(qiáng)我國(guó)傳感器研制和生產(chǎn)的綜合實(shí)力,建立智能傳感器高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),跟蹤上發(fā)展的前沿技術(shù),加強(qiáng)預(yù)研,突破關(guān)鍵技術(shù),使產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格達(dá)到或接近同類產(chǎn)品水平。
上一條:井場(chǎng)綜合信息平臺(tái)
下一條: 沒(méi)有了

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