传感器与检测技术第13章Smart传感器
传感器与检测技术ppt课件
22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
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现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
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自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
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误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
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分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。
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2
工业自动化
传感器实现自动化生产线和机器人的精准控制。
3
健康监测
传感器帮助监测心率、血压和步数，促进个人健康。
检测技术的发展趋势
1 微纳传感技术
越来越小型化，可实现更 高灵敏度和更低功耗的传 感器。
2 无线传感技术
通过无线通信技术，传感 器可以实现远程监测和数 据传输。
3 多模态传感技术
结合多个传感器的数据， 实现更全面和准确的检测 和监测。
应用案例
1
智能家居
传感器可以自动调节室内温度、灯光亮度和安防系统。
加速度传感器
测量物体的加速度和振动，用于运动控制和结 构健康监测。
传感器应用领域
工业领域
传感器在工厂自动化和生产过程控制中发挥关键作 用。
医疗领域
传感器用于监测患者的生命体征和医疗设备的运行 状态。
环境监测领域
传感器帮助监测大气污染、水质和噪音水平等环境 指标。
智能家居领域
传感器用于实现智能灯光、温度控制和安全监测等 功能。
传感器与检测技术课件
欢迎来到传感器与检测技术课件！通过本课程，您将了解传感器的定义和作 用，以及检测技术的概述。我们还将探讨传感器与检测技术之间的关系气体的压力变化，广泛应用于工业 和汽车领域。
光电传感器
检测光线，广泛应用于自动化和安全系统中。
温度传感器
测量温度变化，广泛用于气象、医疗和电子设 备等领域。
智能传感器(由来-分类-原理-前景)
现代传感器应用技术题目：关于智能传感器基本认识姓名：王鹏程学号：201410204066学院：信息工程学院班级：通信１４－1一、简介（由来）1.智能传感器（Intelligent sensor 或 Smart sensor）最初是由美国宇航局1978 年在开发出来的产品。
宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，要不丢失数据，并降低成本，必须有能实现传感器与计算机一体化的灵巧传感器。
智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能的传感器。
它不仅具有传统传感器的各种功能,而且还具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通讯等多种功能。
它是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物。
早期的智能传感器是将传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理机部分进行运算处理。
80年代智能传感器主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微电子计算机存贮器及接口电路集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。
90年代智能化测量技术有了进一步的提高,使传感器实现了微型化、结构一体化、阵列式、数字式,使用方便和操作简单、具有自诊断功能、记忆与信息处理功能、数据存贮功能、多参量测量功能、联网通信功能、逻辑思维以及判断功能。
2.随着微处理器技术的迅猛发展及测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。
传统的传感器已不能满足这样的要求。
另外，为制造高性能的传感器，光靠改进材料工艺也很困难，需要利用计算机技术与传感器技术相结合来弥补其性能的不足。
计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革，微处理器(或微计算机)和传感器相结合，产生了功能强大的智能式传感器。
二、定义1.所谓智能传感器(intelligent sensor或smart sensor)，就是一种带有微处理器的兼有检测、判断与信息处理功能的传感器。
传感器与检测技术(第2版)全套课件
传感器与检测技术（第2版）
（3）组合测量。若被测量必须经过求解联立方程组才能得 到最后结果，则这种测量方法称为组合测量。组合测量是一种 特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多用于科 学实验等特殊场合。 2．等精度测量与不等精度测量
用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量， 称为等精度测量。
用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差 很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。
传感器与检测技术（第2版）
3．偏差式测量、零位式测量和微差式测量
（1）偏差式测量。在测量过程中，用仪表指针的位移（即 偏差）决定被测量值，这种测量方法称为偏差式测量。仪表上 有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。在测量时，利用仪表 指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。偏差式测量简单、 迅速，但精度不高，这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.1 测量方法及检测系统的组成
1.1.1 测量的基本概念
在科学实验和工业生产中，为了及时了解实验进展情况、 生产过程情况以及它们的结果，人们需要经常对一些物理量， 如电流、电压、温度、压力、流量、液位等参数进行测量，这 时人们就要选择合适的测量装置，采用一定的检测方法进行测 量。
测量是人们借助于专门的设备，通过一定的方法，对被测 对象收集信息、取得数据概念的过程。为了确定某一物理量的 大小，就要进行比较，因此，有时也把测量定义为“将被测量 与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量倍数的过
传感器与检测技术（第2版）
1．直接测量、间接测量与组合测量
（1）直接测量。用事先分度或标定好的测量仪表，直接读 取被测量值的方法称为直接测量。例如，用电磁式电流表测量
电路的某一支路电流、用电压表测是工程技术中大量采用的方法， 其优点是测量过程简单而又迅速，但不易达到很高的测量精度。
传感器与检测技术（共5篇）
传感器与检测技术（共5篇）第一篇：传感器与检测技术第一章传感器与检测技术第一节：机电一体化系统常用传感器p11.传感器的组成由敏感元件、转换元件及其转换电路三部分组成①敏感元件是直接感受被测物理量，并确定元件及其基本转换电路②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电信号③基本转换电路则将该电信号转换成便于传输、处理的电量p12.传感器的分类p1①按被测量对象分类②按工作机理分类③按被测物理量分类④按工作原理分类⑤按传感器能量源分类⑥按输出信号的性质分类p2三、传感器的特性及主要性能指标p41、传感器的静态特性2、传感器的动态特性3、传感器的性能指标p4①高精度、低成本②高灵敏度③工作可靠④稳定性好⑤抗干扰能力强⑥动态特性良好⑦结构简单、小巧，使用维护方便，通用性强p4第二节：传感器检测技术的地位和作用p5第三节：1.测量范围及量程p62.灵敏度p63.线性度p74.重复性p75.稳定性：稳定性即在相同条件、相当长时间内，其输入/输出特性不发生变化的能力p76.精确度p77.动态特性：传感器的动态特性反映了传感器对于随时间变化的动态量的响应特性p88.环境参数p8第四节：传感器的标定与校准p91.传感器的静态标定p92.传感器的动态标定p10第五节：传感器与检测技术的发展方向。
1.开发新型传感器p112.传感检测技术的智能化p113.复合传感器：复合传感器是同时检测几种物理量具有复合检测功能的传感器p124.研究生物感官，开发仿生传感器p12第二章第一节：参量型位移传感器p131.电阻式位移传感器p132.电阻应应变式位移传感器p153.电容式位移传感器p154.电感式位移传感器p20第二节：发电型位移传感器—压电位移传感器p25第三节：大位移传感器p261.磁栅式位移传感器p262.光栅式位移传感器p273.感应同步器p294.激光式位移传感器p31第三章力、扭矩和压力传感器p34第一节：测力传感器p341.电阻应变式测力传感器p342.压电式力传感器p41①压电效应p41②压电晶体及材料③压电式传感器的等效电路和前置放大器p423.压磁式力传感器p44①效应p44②工作原理p45③结构p45第二节：扭矩传感器p461.电阻应变式扭矩传感器p462.压磁式扭矩仪p483.电容式扭矩测量仪p494.光电式扭矩测量仪p495.钢弦式扭矩传感器p50 第三节：压力传感器p501.液柱式压力转换原理p502.活塞式压力转换原理p513.弹性式压力传感元件p514.电量式压力计p53①电容式压力传感器p53②应变式压力传感器p53③压阻式压力传感器p54④电感式压力传感器⑤涡流式压力传感器p55⑥霍尔式压力传感器p55⑦压电式压力传感器p55第四章速度、加速度传感器p57第一节：速度传感器p571.直流测速发电机p572.交流测速发电机p583.线振动速度传感器p594.变磁通式速度传感器p605.霍尔式和电涡流式转速传感器p616.陀螺式角速度传感器p627.流速风速传感器p64第二节：加速度传感器p661.压电式加速度传感器p672.应变式加速度传感器p693.磁致伸缩式振动加速度传感器p734.力平衡式伺服加速度传感器p735.单片微型平衡式伺服加速度传感器p756.惯性倾角加速度传感器p76第五章视觉、触觉传感器p77第一节：视觉传感器p771.光电式摄像机原理p77固体半导体摄像机原理p783.激光式视觉传感器原理p784.红外图像传感器原理p78第二节：人工视觉p801.人工视觉系统的硬件构成p802.物体识别p81第三节：触觉传感器p851.接触觉传感器p862.压觉传感器p873.滑动觉传感器p88第六章第一节：热电偶式传感器p901.基本原理p902.热电偶组成、分类及其特点p91第二节：电阻式温度传感器p931.金属热电阻温度传感器p932.热敏电阻温度传感器p94第三节：非接触式温度传感器p951.全辐射温度传感器p952.高度式温度传感器p963.比色温度传感器p97第四节：半导体温度传感器p98第七章气敏、温度、水份传感器p100第一节：气敏传感器p1001.气敏元件工作机理p1002.常用气敏元件的种类p101①烧结型气敏元件p101②薄膜型气敏元件p101③厚膜气敏元件p1023.气敏元件的几种应用实例p102第二节：温度传感器p1051.相对湿度与绝对湿度p1062.氯化锂湿敏元件p1063.半导体陶瓷湿敏元件p1074.热敏电阻式湿敏元件p1085.高分子膜湿敏元件p1096.金属氧化物陶瓷湿敏元件p1117.结露传感器p112第三节：水份传感器p1131.水份传感器的工作原理与结构p1132.直流电阻式水份计的结构原理p114 第八章传感检测系统的构成p116第一节：传感检测系统的组成p116第二节：电桥p1171.电桥工作原理p1172.电桥的分类与应用p1183.电桥的工作特性指标p1204.电桥调零p122第三节：调制与解调p1221.调制p1232.解调p124第四节：滤波器p1261.无源滤波器p1262.有源滤波器p1293.数字滤波p136第五节：数/模和模/数的转换p1371.数/模转换原理p1372.数/模转换器芯片介绍p1383.数/模转换器的技术指标p1394.模/数转换原理p1405.模/数转换器芯片介绍p1426.模/数转换器的技术指标p143第六节：传感器与模/数转换器的连接通道p1431.放大与滤波环节p1432.多路模拟开关环节p1453.采样保持环节p1464.模/数转换环节p148第七节：传感检测信号的细分与辨向原理p1491.四倍细分原理p1492.辨向原理p1513.细分、辨向常用电路p152第八节：传感检测系统中的抗干扰问题p1531.干扰与噪声p1532.抑制干扰的方法p1543.典型噪声干扰的抑制p156第九节：传感检测系统中的微机接口p1561.接口的基本方式p1572.A/D转换器与CPU连接需解决的技术问题p1573.数据转换接口的典型结构p1584.A/D转换器与CPU的接口示例p1595.传感检测系统的显示器及其接口p163第十节：传感器信号的温度补偿及线性化的计算机处理p1681.温度补偿的处理方法p1682.线性化处理方法p1683.线性化与温度补偿实例p170第九章信号分析及其在测试中的应用p173第一节：信号的分类p1731.确定性信号p1732.非确定性信号p1733.模拟信号与离散信号p174第二节：信号的幅值描述p1741.信号的均值u p1742.信号的方差p1753.信号的均方值p1754.信号的概率密度函数p（x）p175第三节：信号的相关描述p176第四节：信号的频域描述p1781.周期信号与离散频谱—傅里叶级数p1782.非周期信号与连续频谱—傅里叶变换p1823.傅里叶变换的基本性质p1834.非确定性信号的功率谱密度函数p184第五节：信号分析在振动测试中的应用p1881.振动的类型p1882.振动的激励方式p1893.激振器p190第十章传感器在机电一体化系统中的应用p200第一节：传感器在工业机器人中的应用p2001.零位和极限位置的检测p2002.位移量的检测p2013.速度加速度的检测p2014.外部信息传感器在电弧焊机器人中的应用p201第二节：传感器在CNC机床与加工中心的应用p2031.传感器在位置反馈系统中的应用p2032.传感器在速度反馈系统中应用p203第三节：传感器在三坐标测量机中的应用p204第四节：传感器在汽车机电一体化中应用p208第五节：传感器在家用电器中的应用p218第二篇：传感器与检测技术论文光电传感器--太阳能电池板太阳能电池板是利用光生伏特效应原理制造的。
《传感器与智能检测技术》教材简介
传感器与智能检测技术是当代科技领域中备受关注的热点话题。
传感器作为智能检测技术的核心组成部分，其在现代科技、工业生产、医疗健康、环境监测等领域都具有重要的应用价值。
本文将从传感器的基本概念、分类和原理出发，深入探讨传感器与智能检测技术的关系，分析其应用现状和未来发展趋势，并共享个人对这一主题的理解和见解。
一、传感器的基本概念传感器是一种能够对周围环境的物理量或化学量进行感知，并能够将感知到的信息转化为电信号或其他形式的输出信号的装置。
传感器的主要功能是将非电信号转换为电信号，以便进行采集、传输和处理。
传感器的工作原理一般包括敏感元件、信号处理电路和输出装置等部分。
传感器的种类繁多，涵盖了光学传感器、气体传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器等多个领域。
二、传感器的分类和原理根据传感器对物理量或化学量的感知方式以及工作原理的不同，可以将传感器分为接触式传感器和非接触式传感器，以及电学传感器、光学传感器和化学传感器等不同类型。
根据传感器的应用领域和感知物理量的不同，还可以将传感器分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器等多个子类别。
每种传感器都有其特定的工作原理和应用场景，例如光电传感器利用光敏元件对光信号进行感知，压力传感器利用应变片或压阻传感器对压力信号进行感知等。
三、传感器与智能检测技术的关系传感器是智能检测技术的关键组成部分，其通过感知周围环境的物理量或化学量，并将感知到的信息转化为电信号等输出信号，为智能检测技术提供了数据支持。
智能检测技术则通过对传感器输出信号的采集、传输和处理，实现对环境信息的智能感知、分析和判断，从而实现对目标物体的检测、识别和监测。
传感器与智能检测技术相互依存、相互促进，共同构成了智能化检测方案的核心。
四、传感器与智能检测技术的应用现状和未来发展趋势随着物联网、人工智能、大数据等新兴技术的快速发展，传感器与智能检测技术在工业生产、智能制造、智慧城市、医疗健康、环境保护等领域的应用不断拓展和深化。
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
传感器与检测技术课后习题答案全文
当 yt R 时 t 3ln 2 1.22
3
3
当 yt R 时 t 3ln 1 2.08
2
2
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第1章
1.5
解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似:
yt1090(1et/T)
由y550T 5 8.51
5
ln
9
1.6
解：
yt2520(1et/T)
T 0.5
y1 7.68 y2 5.36
图库
第3章
3.7
答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转 轴运动轨迹轨迹仪。
R x1100 ,R x2200 ,R x3300 ,R x4400 ,R x5500 , R x6600 ,R x7700 ,R x8800 ,R x9900 ,R x101000
r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5
r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0
Y111003,Y2
重写表格如下:
x 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 f 2.523 2.502 2.461 2.432 2.410 2.380 2.362 2.351 2.343 y -1.66 -1.78 -2.06 -2.31 -2.56 -3.06 -3.54 -4.02 -4.61
答：
① mR R m L ax m0.1 RL10Rm ax
② 1 2 11m 1 1100% 0.1
m 0.4 R m ax0 .4R L
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第2章
2.5 解：①图 2-32(c)
②圆桶截面积 A R 2 r 2 59.7 106
传感器与检测技术周杏鹏主编pdf
传感器与检测技术周杏鹏主编pdf 标题：传感器与检测技术周杏鹏主编PDF引言概述：传感器与检测技术是现代科技领域中的重要组成部分，它们在各个领域中发挥着重要的作用。
而作为该领域的权威专家，周杏鹏主编的《传感器与检测技术》PDF书籍无疑是学习和研究传感器与检测技术的重要参考资料。
本文将从五个大点出发，详细阐述该书籍的内容和价值。
正文内容：1. 传感器与检测技术概述1.1 传感器的定义与分类1.2 检测技术的基本原理1.3 传感器与检测技术在现代社会中的应用2. 《传感器与检测技术》PDF书籍的内容2.1 传感器原理与设计2.2 传感器的制造与工艺2.3 传感器与检测技术的应用案例2.4 传感器与检测技术的发展趋势3. 该书籍的优势与特点3.1 作者背景与专业性3.2 内容全面详实3.3 配图与实例丰富3.4 研究与实践的结合4. 该书籍的学习与应用价值4.1 学术研究的参考资料4.2 工程技术人员的实践指南4.3 学生学习与科研的必备工具5. 该书籍的推荐与总结5.1 推荐给传感器与检测技术领域的从业者5.2 推荐给相关专业的学生与研究者5.3 总结：《传感器与检测技术》PDF书籍是一本内容详实、专业性强、实用性极高的权威参考资料，无论是从事传感器与检测技术工作的专业人士，还是学习与研究该领域的学生与研究者，都值得拥有和阅读。
总结：通过本文的阐述，我们了解到《传感器与检测技术》周杏鹏主编的PDF书籍是一本内容详实、专业性强、实用性极高的权威参考资料。
该书籍涵盖了传感器与检测技术的基本概念、原理、制造工艺、应用案例以及未来发展趋势等方面的内容。
无论是从事相关工作的专业人士，还是学习与研究该领域的学生与研究者，都可以从该书籍中获得丰富的知识和实践指南。
因此，推荐该书籍给所有对传感器与检测技术感兴趣的人士。
传感器与检测技术课件全文
1.1.3传感器的分类
1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
(4) 分贝误差 在电子学和声学等计量中，常用对数形式来表示相对误差， 称为分贝误差，它实质上是相对误差的另一种表示方式。
2、按性质分类
(1)系统误差(systematic error) 定义：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得 结果的平均值与被测量的真值之差。 特征：在相同条件下，多次测量同一量值时，此此的绝对值和 符号保持不变，或者在条件改变时，按某一确定规律变化。 分类（变化规律不同）：恒定系统误差包括恒正系统误差和恒 负系统误差，可变系统误差包括线性系统误差、周期性系统误 差和复杂规律系统误差等。
1、线性度 也称为非线性误差，是指在全量程范围内实际
特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值 之
比。反映了实际特性曲线与拟合直线的不吻合度或偏离程
度。
L
Lmax YFS
100 %
2.迟滞。传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程） 变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。即，对于同一大小的 输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值或最大的迟滞差值的一半与满量程输 出值之比称为迟滞误差，又称为回差或变差（最大滞环率）。
在仪表准确度等级及其测量标称范围或量程选择方面应注意 如下原则： ①不应单纯追求测量仪表准确度越高越好，而应根据被测量 的大小，兼顾仪表的级别和标称范围或量程上限全理进行选 择。 ②选择被测量的值应大于均匀刻度测量仪表量程上限的三分 之 二 ， 即 x>(2xm/3) ， 此 时 测 量 的 最 大 相 对 误 差 不 超 过 rx=±[xm/(2xm/3)]×s%=±1.5s%，即测量误差不会超过测量 仪表等级的1.5倍。
传感器原理及工程应用(第五版)智能式传感器
觉仅在一点上进行自校正还不能说明问题，可以设置2～3个 自校正点，如可设置其零点、中点及满刻度点为自校正点，
并分三次比较。通过比较和判断，确定输入、输出以及接口
智能式传感器
13
在数据处理功能方面，智能式传感器须具备标度变换功
能、函数运算功能、系统误差消除功能、随机误差处理功能
以及信号合理性判断功能。在数据传输功能方面，智能式传
智能式传感器
24
多传感器系统的融合中心接收各传感器的输入信息，得
到一个基于多传感器决策的联合概率密度函数，然后按一定
智能式传感器
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②具有自诊断、自校准功能。可在接通电源时进行开机
自检，可在工作中进行运行自检，并可实时自行诊断测试，
③具有自适应、自调整功能。可根据待测物理量的数值 大小及变化情况自动选择检测量程和测量方式，提高了检测
④具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量，
⑤具有记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取，
为产品投入市场，如美国Honeywell公司推出的DSTJ－3000 型硅压阻式智能传感器，ParScientific公司的1000系列数字 式石英智能传感器。我国也着手智能传感器的开发与研究，
主要是在现有使用的传感器中，采用先进的微处理机和微型
智能传感器因其在功能、精度、可靠性上较普通传感器 有很大提高，已经成为传感器研究开发的热点。近年来，随 着传感器技术和微电子技术的发展，智能传感器技术也发展 很快。发展高性能的以硅材料为主的各种智能传感器已成为
智能式传感器
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微型计算机或微处理机是智能式传感器的核心。传感器
的信号经一定的硬件电路处理后，以数字信号的形式进入计
算机，于是计算机即可根据其内存中驻留的软件实现对测量
传感器与检测技术第13章 新型传感器
13.1.3 智能传感器的实现
• 集成化实现
– 采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺 技术，利用半导体材料硅作为基本材料来制 作敏感元件，将信号调理电路、微处理器单 元等集成在一块芯片上构成的
非集成化实现
• 将传统传感器(采用非集成化工艺制作的 传感器，仅具有获取信号的功能)、信号 调理电路、带数字总线接口的微处理器 组合为一整体而构成的一个智能传感器 系统
STIM
基于IEEE1451.2和蓝牙标准 的无线网络传感器体系结构
13.4.4 网络传感器测控系 统体系结构
13.4.5 网络传感器的应用 前景
• 分布式测控：将网络传感器布置在测控现场，处于控 制网络中的最低级，其采集到的信息传输到控制网络 中的分布智能节点，由它处理，然后传感器数据散发 到网络中。网络中其他节点利用信息做出适当的决策， 如操作执行器、执行算法。 • 嵌入式网络：现有的嵌入式系统虽然已得到广泛的应 用，但大多数还处在单独应用的阶段，独立于因特网 之外。如果能够将嵌入式系统连接到因特网上，则可 方便、低廉地将信息传送到任何需要的地方。嵌入式 网络的主要优点：不需要专用的通信线路；速度快； 协议是公开的，适用于任何一种WEB浏览器；信息反 映的形式是多样化的等
智能传感器基本结构
13.1.1 智能传感器的特点
• • • • • 精度高 高可靠性与高稳定性 高信噪比与高分辨率 自适应性强 性能价格比高
13.1.2 智能传感器的作用
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • （1）提高测量精度 1）利用微型计算机进行多次测量和求平均值的办法可削弱随机误差的影响； 2）利用微型计算机进行系统误差补偿； 3）利用辅助温度传感器和微型计算机进行温度补偿； 4）利用微型计算机实现线性化，可以减少非线性误差； 5）利用微型计算机进行测量前的零点调整、放大系数调整和工作中周期调整 零点、放大系数。 （2）增加功能 1）利用记忆功能获取被测量的最大值和最小值； 2）利用计算功能对原始信号进行数据处理，可获得新的量值； 3）用软件的办法完成硬件功能，经济并减小体积； 4）对数字显示可有译码功能； 5）可用微型计算机对周期信号特征参数进行测量； 6）对诸多被测量可有记忆存储功能。 （3）提高自动化程度 1）可实现误差自动补偿； 2）可实现检测程序自动化操作； 3）可实现越限自动报警和故障自动诊断； 4）可实现量程自动变换； 5）可实现自动巡回检测。
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2．Smart差压传感器
图13-4所示为Smart差压传感器，由基本传感 器、微处理器和现场通信器组成。传感器采用扩 散硅力敏元件，它是一个多功能器件，即在同一 单晶硅芯片上扩散有可测差压、静压和温度的多 功能传感器[图13-4（a）]。该传感器输出的差 压、静压和温度三个信号经前置放大、A/D变换， 送入微处理器中。其中静压和温度信号用于对差 压进行补偿，处理后的差压数字信号再经D/A变 成4～20mA的标准信号输出，也可经由数字接 口直接输出数字信号[图13-4（b）]。
第13章 Smart传感器
13.1 Smart传感器的概念 和特点 ① 智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析 和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿， 而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助 于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于 软件滤波器对数字信号滤波。此外，还能够利用 软件实现非线性补偿或其他更复杂的环境补偿， 以改进测量精度。 ② 智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以 用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件 时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入 信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于 某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其 内部检测链路找出异常现象或出现故障的部件。
13.2.1 Smart传感器基本 传感器 基本传感器是构成Smart传感器的基础，它在很 大程度上决定着Smart传感器的性能。因此，基 本传感器的选用、设计至关重要。近十余年来， 随着微机械加工工艺的逐步成熟，相继加工出许 多实用的高性能微结构传感器，不仅有单参数测 量的，还开发了多参数测量的。 硅材料的许多物理效应适于制作多种敏感机理的 固态传感器，这不仅因为硅具有优良的物理性质， 也因为它与硅集成电路工艺有很好的相容性。与 其他敏感材料相比，硅材料更方便制作多种集成 传感器。当然，石英、陶瓷等材料也是制作先进 传感器的优良材料。这些先进传感器为设计 Smart传感器提供了基 １．标度变换 在被测信号变换成数字量后，往往还要变换成人 们所熟悉的测量值，如压力、温度、流量等。 2．数字调零 在实际应用中，常常采用各种程序来实现偏差校 准，称为数字调零。 3．非线性补偿 传感器的输入-输出特性往往有一定的非线性，为 此必须对其进行补偿和校正。 4．温度补偿
③ 智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从 而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使 得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。 此外，其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现 最佳的工作性能，也能够使它们适合于各不相同的工作环 境。 ④ 智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大 量数据，也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息 的目的主要是以备事后查询，这一类信息包括设备的历史 信息以及有关探测分析结果的索引等。 ⑤ 智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口 可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。此外， 智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便，譬如，可 以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作，也 可以将所测的数据发送给远程用户等。
环境温度的变化会给测量结果带来不可忽视的误 差。在Smart传感器的检测系统中，要实现传感 器的温度补偿，只要能建立起表达温度变化的数 学模型（如多项式），用插值或查表的数据处理 方法，便可有效地实现温度补偿。
5．数字滤波 当传感器信号经过A/D变换输入微处理器时，经 常混进如尖脉冲之类的随机噪声干扰，尤其在传 感器输出电压低的情况下，这种干扰更不可忽视， 必须予以削弱或滤除。对于周期性的工频 （50Hz）干扰，采用积分时间等于20ms的整 数倍的双积分A/D变换器，可以有效地消除其影 响。对于随机干扰信号，利用软件数字滤波技术 有助于解决这个问题。
13.2 Smart传感器的基本结构
Smart传感器依其功能可划分为两个部分，即基 本传感器部分和它的信号处理单元，如图13-1 所示。这两部分可以集成在一起设置，形成一个 整体，封装在一个表壳内；也可以远离设置，特 别在测量现场的环境比较差的情况下，分开并远 离设置有利于电子元器件和微处理器的保护，也 便于远程控制和操作。采用整体封装式还是远离 分装式，应由使用场合和条件而定。
13.3 Smart传感器的应用 1．光电式Smart压力传感器
图13-3所示为一种光电式Smart压力传感器， 它使用了一个红外发光二极管和两个光敏二极管， 通过光学方法来测量压力敏感元件（膜片）的位 移[图13-3(a)]。提供参考信号基准的光敏二极 管和提供被测压力信号的光敏二极管制作在同一 芯片上，因而受温度和老化变化的影响相同，可 以消除温漂和老化带来的误差。
本章小结
为了满足测量和控制系统日益自动化的需求，仪器仪表界提 出了研制以微处理器控制的新型传感器系统，把传感器的发 展推到一个更高的层次上。人们把这种与专用微处理器相结 合组成的新概念传感器称为Smart传感器。与传统的传感器 相比，智能化传感器功能强大，而且其精度更高、价格更便 宜、处理质量也更好。 Smart传感器依其功能可划分为两个部分，即基本传感器部 分和它的信号处理单元，这两部分可以集成在一起设置，形 成一个整体，封装在一个表壳内；也可以远离设置，特别在 测量现场的环境比较差的情况下，分开并远离设置有利于电 子元器件和微处理器的保护，也便于远程控制和操作。 今后的Smart传感器必然走向全数字化，未来传感器系统很 可能全部集成在一个芯片上（或多片模块上），其中包括微 传感器、微处理器和微执行器，它们构成一个闭环工作微系 统。那时的Smart传感器，功能会更多，精度和可靠性会更 高，智能化的程度也将不断提高，优点会越来越明显。