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智能壓力傳感器主要由傳感器、微處理器及其相關電路組成。傳感器將被測的物理量轉換成相應的電信號,送到信號調理電路中,進行濾波、放大、模-數轉換後,送到微計算機中。計算機是智能傳感器的核心,它不但可以對傳感器測量數據進行計算、存儲、數據處理,還可以通過反饋回路對傳感器進行調節。由於計算機充分發揮各種軟件的功能,可以完成硬件難以完成的任務,從而大大降低傳感器製造的難度,提高傳感器的性能,降低成本。
如果從結構上劃分,智能傳感器可以分為集成式、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矽片上,集成集成度高,體積小。
但目前的技術水平還很難實現;將傳感器和微處理器、信號處理電路做在不同芯片上,則構成混合式智能傳感器,目前這類結構較多;初級的智能傳感器也可以由許多互相獨立的模塊組成,如將微計算機、信號調理電路模塊、數據電路模塊、顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼結構內則組成模塊式智能傳感器。
下麵以智能式壓力傳感器為例來說明智能傳感器的典型結構和各部分的功能。
在DTP型(xing)智(zhi)能(neng)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong),主(zhu)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi),它(ta)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)用(yong)來(lai)測(ce)量(liang)被(bei)測(ce)壓(ya)力(li)參(can)數(shu)的(de)。輔(fu)助(zhu)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)環(huan)境(jing)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)。溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)主(zhu)傳(chuan)感(gan)器(qi)工(gong)作(zuo)時(shi),由(you)於(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)或(huo)被(bei)測(ce)介(jie)質(zhi)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)而(er)使(shi)其(qi)壓(ya)力(li)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua),以(yi)便(bian)根(gen)據(ju)其(qi)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)修(xiu)正(zheng)與(yu)補(bu)償(chang)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)對(dui)測(ce)量(liang)帶(dai)來(lai)的(de)誤(wu)差(cha)。
erhuanjingyalichuanganqidezuoyongshicelianggongzuohuanjingdaqiyabianhua,yibianxiuzhengdaqiyabianhuaduiceliangdeyingxiang。youcikejian,zhinengshichuanganqijuyoujiaoqiangdezishiyingnengli,takeyipanduangongzuohuanjingyinsudebianhua,jinxingbiyaodexiuzheng,baozhengceliangdezhunquexing。
微機硬件係統,用於對傳感器輸出的微弱信號進行放大、處理、存儲和計算機通信。係統構成情況由其應具備的功能而定。DTP就有一個串行輸出口,以RS-232指令格式傳輸數據。
上(shang)麵(mian)以(yi)智(zhi)能(neng)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)例(li)給(gei)了(le)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)一(yi)個(ge)形(xing)象(xiang)直(zhi)觀(guan)的(de)說(shuo)明(ming)。下(xia)麵(mian)具(ju)體(ti)談(tan)談(tan)具(ju)體(ti)設(she)計(ji)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)所(suo)采(cai)用(yong)的(de)兩(liang)種(zhong)主(zhu)要(yao)結(jie)構(gou),一(yi)種(zhong)是(shi)數(shu)值(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)(DSSP),另一種是數字控製的模擬信號處理(DCASP)。
DCASP結(jie)構(gou)是(shi)一(yi)種(zhong)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)結(jie)構(gou),它(ta)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)模(mo)擬(ni)輸(shu)出(chu)之(zhi)間(jian)直(zhi)接(jie)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)模(mo)擬(ni)通(tong)道(dao),因(yin)此(ci),被(bei)測(ce)量(liang)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)相(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)不(bu)受(shou)影(ying)響(xiang)。溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)和(he)校(xiao)正(zheng)都(dou)在(zai)並(bing)聯(lian)賄(hui)賂(lu)實(shi)現(xian),並(bing)聯(lian)回(hui)路(lu)能(neng)改(gai)變(bian)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)器(qi)的(de)失(shi)調(tiao)和(he)增(zeng)益(yi)。要(yao)獲(huo)得(de)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao),可(ke)加(jia)一(yi)個(ge)A/D變換器。
精確的設計都采用DSSP結構。它通常包括兩個傳感器:被測量傳感器(例如壓力)和溫度(補償)傳感器。在矽器件中,溫度信號可直接從被測量傳感器提取出來。
傳感器信號經多路調製器送到A/D變換器,然後再送到微控器進行信號的補償和校正。測量的穩定性隻由A/Dbianhuanqidewendingxingjueding。keyongchuanganqishuchudesuanfaqujinhuoduobiaomianbijinfajinxingxinhaochuli。meigegeidingchuanganqidexiaozhengxishudoubeidanduchucunzaiyongjiujicunqizhong。ruguoxuyaomonishuchu,kelingwaijiayigeD/A變換器。
具有DSSP結構智能傳感器一個突出的優點在於,它可以與其他任一數字接口的儀器連接,采用點點之間通信總線,多點通信總線以及局域網絡Mininet進行通信。但是,DSSP結構的分辨率受輸入A/D變換的分辨率和補償/校正處理分辨率的限製。響應時間受A/D變換時間和補償處理時間限製。
集成式智能傳感器
壓力傳感器的集成化是指將多個功能相同或不同的敏感器件製作在同一個芯片上構成傳感器陣列,主要有三個方麵的含義:
一是將多個功能完全相同的敏感單元集成製造在同一個芯片上,用來測量被測量的空間分布信息,例如壓力傳感器陣列或我們熟知的CCD器件。
二是對多個結構相同、功能相近的敏感單元進行集成,例如將不同氣敏傳感元集成在一起組成“電子鼻”,利用各種敏感元對不同氣體的交叉敏感效應,采用神經網絡模式識別等先進數據處理技術,可以對混合氣體的各種組分同時監測,得到混合氣體的組成信息,同時提高氣敏傳感器的測量精度;這層含義上的集成還有一種情況是將不同量程的傳感元集成在一起,可以根據待測量的大小在各個傳感元之間切換,在保證測量精度的同時,擴大傳感器的測量範圍。
第三層含義是指對不同類型的傳感器進行集成,例如集成有壓力、溫度、濕度、流量、加速度、化學等敏感單元的傳感器,能同時測到環境中的物理特性或化學參量,用來對環境進行監測。
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