智能傳感器的功能及應(yīng)用領(lǐng)域分析
最近幾年,隨著系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高和復(fù)雜性的增加,對(duì)傳感器的綜合精度、穩(wěn)定可靠性和響應(yīng)要求越來越高。傳統(tǒng)的傳感器因其功能單一、性能不適應(yīng)、不能滿足多種測(cè)試要求,為此人們利用微處理器智能技術(shù)用于傳感器。人們又將微機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用到傳感器,從而產(chǎn)生新概念傳感器——智能傳感器。智能傳感器從其功能來說是具有一種或多種敏感功能,能夠完成信號(hào)探測(cè)、變換處理、邏輯判斷、功能計(jì)算、雙向通訊,內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷、具備以上部分功能或全部功能的器件。
智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作,結(jié)合長期以來測(cè)試技術(shù)的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而提出來的。是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元,它的出現(xiàn)對(duì)原來硬件性能苛刻要求有所減輕,而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。
智能傳感器具有復(fù)合功能,能夠同時(shí)測(cè)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。如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(cè)量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。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。這樣,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(cè)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(cè)量結(jié)果。
智能傳感器具有自檢、自校、自診斷功能,首先自診斷功能在電源接通時(shí)進(jìn)行自檢,診斷測(cè)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)。智能傳感器通過測(cè)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、補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置、內(nèi)檢參數(shù)設(shè)置、測(cè)試數(shù)據(jù)輸出等。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。
目前,我國智能傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué),始于八十年代中期,八十年代末中國國防科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)等大專院校相繼報(bào)道了研究成果。九十年代初,國內(nèi)幾家研究機(jī)構(gòu)采用混合集成技術(shù)成功的研制出實(shí)用的智能傳感器,標(biāo)志著我國智能傳感器的研究進(jìn)入了國際行列,但是與國外的先進(jìn)技術(shù)相比,我們還有較大差距。
目前智能傳感器多使用于壓力、振動(dòng)沖擊加速度、流量、溫濕度的測(cè)量。主要在:先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法,先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備,先進(jìn)的封裝技術(shù)于設(shè)備和可靠性技術(shù)研究等方面。今后幾年中,智能傳感器將擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等領(lǐng)域,可以預(yù)見,越來越多的智能傳感器將會(huì)在我國國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。