http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 09:28:36 來源:機電商情網
目前,國際傳感器領域已對'SmartSensor'定義形成了基本共識,但中文譯法尚未形成定論,本文所用的'智能傳感器'一詞屬個人引用。智能傳感器從其功能來說是具有一種或多種敏感功能,能夠完成信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通訊,內部可實現自檢、自校、自補償、自診斷、具備以上部分功能或全部功能的器件。
從使用的角度,傳感器的準確度、穩wen定ding性xing和he可ke靠kao性xing是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。長chang期qi以yi來lai研yan究jiu工gong作zuo大da都dou集ji中zhong在zai硬ying件jian方fang麵mian,雖sui然ran人ren們men不bu斷duan利li用yong新xin材cai料liao研yan製zhi敏min感gan器qi件jian,改gai進jin傳chuan感gan器qi芯xin片pian的de製zhi造zao工gong藝yi方fang法fa來lai提ti高gao芯xin片pian的de質zhi量liang以yi及ji通tong過guo外wai電dian路lu補bu償chang方fang法fa來lai改gai善shan傳chuan感gan器qi的de線xian性xing度du、穩定性和輸出漂移,但都沒有根本性的突破。
七十年代,微處理器舉世矚目的成就帶來了數字化的革命,對儀器儀表的發展起了巨大的推動作用。如九十年代的虛擬儀器(VXI)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan),使(shi)以(yi)微(wei)型(xing)計(ji)算(suan)機(ji)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)測(ce)控(kong)係(xi)統(tong)都(dou)需(xu)要(yao)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)提(ti)供(gong)賴(lai)以(yi)作(zuo)出(chu)實(shi)時(shi)決(jue)策(ce)的(de)數(shu)據(ju)。隨(sui)著(zhe)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)提(ti)高(gao)和(he)複(fu)雜(za)性(xing)的(de)增(zeng)加(jia),對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)綜(zong)合(he)精(jing)度(du)、穩定可靠性和響應要求越來越高。傳統的傳感器因其功能單一、性能不適應、bunengmanzuduozhongceshiyaoqiu,weicirenmenliyongweichuliqizhinengjishuyongyuchuanganqi。bashiniandaimoqi,renmenyoujiangweijixiejiagongjishuyingyongdaochuanganqi,congerchanshengxingainianchuanganqi'SmartSensor'--智能傳感器。
可實現的功能
zhinengchuanganqidegongnengshitongguomonirendeganguanhedanaodexietiaodongzuo,jiehechangqiyilaiceshijishudeyanjiuheshijijingyanertichulaide。shiyigexiangduidulidezhinengdanyuan,tadechuxianduiyuanlaiyingjianxingnengkekeyaoqiuyousuojianqing,erkaoruanjianbangzhukeyishichuanganqidexingnengdafudutigao。
1.複合敏感功能----我們觀察周圍的自然現象,常見的信號有聲、光、電、熱、力、化學等。敏感元件測量一般通過兩種方式:zhijiehejianjiedeceliang。erzhinengchuanganqijuyoufuhegongneng,nenggoutongshiceliangduozhongwulilianghehuaxueliang,geichunenggoujiaoquanmianfanyingwuzhiyundongguilvdexinxi。rumeiguojialifuniyadaxueyanzhidefuheyetichuanganqi,ketongshiceliangjiezhidewendu、流速、壓力和密度。美國EG&GICSensors公司研製的複合力學傳感器,可同時測量物體某一點的三維振動加速度、速度、位移,等等。
2.自補償和計算功能----duonianlaicongshichuanganqiyanzhidegongchengjishurenyuanyizhiweichuanganqidewendupiaoyiheshuchufeixianxingzuodaliangdebuchanggongzuo,dandoumeiyouconggenbenshangjiejuewenti。erzhinengchuanganqidezibuchanghejisuangongnengweichuanganqidewendupiaoyihefeixianxingbuchangkaipilexindedaolu。zheyang,fangkuanchuanganqijiagongjingmiduyaoqiu,zhiyaonengbaozhengchuanganqidezhongfuxinghao,liyongweichuliqiduiceshidexinhaotongguoruanjianjisuan,caiyongduocinihehechazhijisuanfangfaduipiaoyihefeixianxingjinxingbuchang,congernenghuodejiaojingquedeceliangjieguo。
3.自檢、自校、自診斷功能----putongchuanganqixuyaodingqijianyanhebiaoding,yibaozhengtazaizhengchangshiyongshizugoudezhunquedu,zhexiegongzuoyibanyaoqiujiangchuanganqicongshiyongxianchangchaixiesongdaoshiyanshihuojianyanbumenjinxing。duiyuzaixianceliangchuanganqichuxianyichangzebunengjishizhenduan。caiyongzhinengchuanganqiqingkuangzedayougaiguan,shouxianzizhenduangongnengzaidianyuanjietongshijinxingzijian,zhenduanceshiyiquedingzujianyouwuguzhang。qicigenjushiyongshijiankeyizaixianjinxingxiaozheng,weichuliqiliyongcunzaiEPROM內的計量特性數據進行對比校對。
4.信息存儲和傳輸----隨著全智能集散控製係統(SmartDistributedSystem)defeisufazhan,duizhinengdanyuanyaoqiujubeitongxingongneng,yongtongxinwangluoyishuzixingshijinxingshuangxiangtongxin,zheyeshizhinengchuanganqiguanjianbiaozhizhiyi。zhinengchuanganqitongguoceshishujuchuanshuhuojieshouzhilinglaishixiangexianggongneng。ruzengyideshezhi、補償參數的設置、內檢參數設置、測試數據輸出等。
智能傳感器的集成化
由(you)於(yu)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)發(fa)展(zhan)使(shi)得(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)路(lu)都(dou)集(ji)成(cheng)到(dao)同(tong)一(yi)芯(xin)片(pian)上(shang),而(er)這(zhe)種(zhong)具(ju)有(you)某(mou)些(xie)智(zhi)能(neng)功(gong)能(neng)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)叫(jiao)作(zuo)集(ji)成(cheng)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)集(ji)成(cheng)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)有(you)三(san)個(ge)方(fang)麵(mian)的(de)優(you)點(dian):較高信噪比:傳感器的弱信號先經集成電路信號放大後再遠距離傳送,就可大大改進信噪比。改善性能:由於傳感器與電路集成於同一芯片上,對於傳感器的零漂、溫漂和零位可以通過自校單元定期自動校準,又可以采用適當的反饋方式改善傳感器的頻響。信號規一化:傳感器的模擬信號通過程控放大器進行規一化,又通過模數轉換成數字信號,微處理器按數字傳輸的幾種形式進行數字規一化,如串行、並行、頻率、相位和脈衝等。
微機械加工技術與軟件
智能傳感器的製造基礎是微機械加工技術,將矽進行機械、化學、焊接加工,再采用不同的封裝技術來封裝,近幾年又發展了一種LIGA工藝(深層X射線光刻電鍍成敏膜)用於製造傳感器。
智能傳感器一般具有實時性很強的功能,尤其動態測量時常要求在幾微秒內完成數據采集、計算、處理和輸出。智能傳感器的一係列功能都是在程序支持下進行。如功能多少、基本性能、方便使用、工作可靠,大都在一定程度上依賴於軟件設計和其質量,這些軟件主要有五大類。包括標度換算、數字調零、非線性補償、溫度補償、數字濾波技術。國內外的應用狀況
十幾年前,美國Honeywell公司研製第一隻智能傳感器。它是將矽敏感元件技術與微處理器的計算、控製能力結合在一起,建立了新的傳感器概念。目前智能傳感器多使用於壓力、力、振動衝擊加速度、流量、溫濕度的測量。如美國Honeywell公司的ST3000係列全智能變送器,德國Strohrmann公司的二維加速度傳感器等。
目前智能傳感器係統本身都是數字式的,但其通信規定仍采用4~20mA的標準模擬信號。國際上有關標準化研究機構正在積極推出國際規格的數字標準(現場總線)。在現在的過渡階段采用了HART協議(HighwayAddressableRemoteTransducer,尋址遠程傳感器數據線)。這是一種智能傳感器的通信協議,與現有的4~20mA的係統兼容,模擬與數字可以同時進行通信。這樣使不同生產廠家的產品具有通用性。
我國智能傳感器的研究主要集中在專業研究所和大學,始於八十年代中期,八十年代末中國國防科技大學、北京航空航天大學、zhejiangdaxuedengdazhuanyuanxiaoxiangjibaodaoleyanjiuchengguo。jiushiniandaichu,guoneijijiayanjiujigoucaiyonghunhejichengjishuchenggongdeyanzhichushiyongdezhinengchuanganqi,biaozhizhewoguozhinengchuanganqideyanjiujinruleguojixinglie,danshiyuguowaidexianjinjishuxiangbi,womenhaiyoujiaodachaju。zhuyaozai:1、先進的計算、模擬和設計方法,2、先進的微機械加工技術與設備,3、先進的封裝技術於設備,4、可靠性技術研究等方麵。所以加強技術的研究和引進先進設備,提高整體水平是我們今後努力的方向。
今後幾年中,智能傳感器將擴展到化學、電磁、光學和核物理等領域,可以預見,越來越多的智能傳感器將會在我國國民經濟的各個領域發揮作用。