《集成化智能传感器》PPT课件
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智能传感器
机器人系统 1920年捷克斯洛伐克作家雷尔 卡佩克发表了科幻 年捷克斯洛伐克作家雷尔.卡佩克发表了科幻 年捷克斯洛伐克作家雷尔 罗萨姆的万能机器人>>。在剧本中， 剧<<罗萨姆的万能机器人 。在剧本中，卡佩克把捷 罗萨姆的万能机器人 克语“ 克语“Robota（农奴）”写成了“Robot”，该剧预告 （农奴） 写成了“ ， 了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响， 了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，被当成了 机器人的起源。 机器人的起源。 到了近代 ，不同功能的机器人也相继出现并且活 跃在不同的领域，从天上到地下， 农业、 跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、 机器人的种类之多，应用之广， 林、牧、渔。机器人的种类之多，应用之广，影响之 是我们始料未及的。从机器人的用途来分， 深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以 分为两大类：军用机器人和民用机器人。 分为两大类：军用机器人和民用机器人。
指纹识别 指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。 指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。 每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样， 每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样，指纹识 别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。 别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。 指纹是每个人所特有的生物信息， 指纹是每个人所特有的生物信息，拥有一生都不 会变化的特性。 会变化的特性。指纹识别就是利用这些指纹信息进行 个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码， 个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码，卡中 发生的遗失，盗用等风险， 发生的遗失，盗用等风险，而且优秀的保安性和方便 性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。 性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。
智能传感器的结构框图 智能传感器根据敏感元件的不同具有不同的名称 和用途。 和用途。虽然各种智能传感器的硬件组合方式以及软 件分析过程不同，但是总体结构大致相同。 件分析过程不同，但是总体结构大致相同。 以智能压力传感器为例： 以智能压力传感器为例：
(2024年)智能传感器PPT课件
2024/3/26
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信号调理电路
信号调理电路定义
指将敏感元件输出的微弱信号进 行放大、滤波、转换等处理，以 便于后续电路或系统处理的电路
。
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信号调理电路功能
包括放大、滤波、隔离、转换等， 以提高信号的信噪比和抗干扰能力 ，保证信号的稳定性和可靠性。
信号调理电路类型
根据具体需求，可采用运算放大器 、仪表放大器、隔离放大器、滤波 器、模数转换器等不同类型的电路 。
接口技术标准
常见的接口标准包括I2C、SPI、UART等，这些标 准定义了数据传输的格式、速率、时序等参数， 以确保数据的可靠传输和设备的互操作性。
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03
典型智能传感器介绍
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温度智能传感器
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02
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工作原理
利用物质随温度变化而变 化的特性，将温度转换为 可测量的电信号。
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远程医疗
通过智能传感器采集患者的生理数据并远程传输给医生，实现远程 诊断和治疗，提高医疗服务的便捷性和效率。
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环境保护领域应用
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空气质量监测
智能传感器可以实时监测空气中的PM2.5、甲醛等有害物质的含 量，为环境保护和治理提供依据。
水质监测
利用智能传感器监测水体中的PH值、溶解氧、重金属等参数， 保障水资源的安全和可持续利用。
对采集到的数据进行预处理和分析
智能传感器应用实验
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实验内容和步骤
设计并实现一个基于 智能传感器的应用系 统
分析实验结果并撰写 实验报告
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对系统进行测试和调 试
智能传感技术
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第11章 智能传感技术
（1） 网络传感器及其特点 网络传感器是指在现场级就实现了TCP/IP协议(这 里，TCP/IP协议是一个相对广泛的概念，还包括UDP、 HTTP、SMTP、POP3等协议)的传感器，这种传感器使 得现场测控数据可就近登临网络，在网络所能及的范围 内实时发布和共享。
敏感元件构成阵列后，配合相应图像处理软件，可 以实现图像显示，构成多维图像传感器。敏感元件组成 阵列后，通过计算机或微处理器解耦运算、模式识别、 神经网络技术的应用，有利于消除传感器的时变误差和 交叉灵敏度的不利影响，提高传感器的可靠性、稳定性 与分辨力。
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第11章 智能传感技术
⑥全数字化。通过微机械加工技术可以制作各种形 式的微结构。其固有谐振频率可以设计成某种物理量(如 温度或压力)的单值函数。因此，可以通过检测谐振频率 来检测被测物理量。这是一种谐振式传感器，直接输出 数字量(频率)。其的性能极为稳定，精度高，不需A/D 转换器便能与微处理器方便地接口，免去了A/D转换器， 对节省芯片面积、简化集成化工艺十分有利。
图11-2 非集成化智能传感器框图
2
第11章 智能传感技术
图10-2中信号调理电路用来调理传感器的输出信号， 即将传感器输出信号进行放大并转换为数字信号后送入 微处理器，再由微处理器通过数字总线接口挂接在现场 数字总线上。
3
第11章 智能传感技术
（2） 集成化结构 这种智能传感器系统采用微机加工技术和大规模集 成电路工艺技术，利用硅作为基本材料制作敏感元件、 信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯 片上而构成，故又可称为集成智能传感器(integrated smart/intelligent sensor)。其外形如图11-5所示。
第11章 智能传感技术
（1） 网络传感器及其特点 网络传感器是指在现场级就实现了TCP/IP协议(这 里，TCP/IP协议是一个相对广泛的概念，还包括UDP、 HTTP、SMTP、POP3等协议)的传感器，这种传感器使 得现场测控数据可就近登临网络，在网络所能及的范围 内实时发布和共享。
敏感元件构成阵列后，配合相应图像处理软件，可 以实现图像显示，构成多维图像传感器。敏感元件组成 阵列后，通过计算机或微处理器解耦运算、模式识别、 神经网络技术的应用，有利于消除传感器的时变误差和 交叉灵敏度的不利影响，提高传感器的可靠性、稳定性 与分辨力。
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第11章 智能传感技术
⑥全数字化。通过微机械加工技术可以制作各种形 式的微结构。其固有谐振频率可以设计成某种物理量(如 温度或压力)的单值函数。因此，可以通过检测谐振频率 来检测被测物理量。这是一种谐振式传感器，直接输出 数字量(频率)。其的性能极为稳定，精度高，不需A/D 转换器便能与微处理器方便地接口，免去了A/D转换器， 对节省芯片面积、简化集成化工艺十分有利。
图11-2 非集成化智能传感器框图
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第11章 智能传感技术
图10-2中信号调理电路用来调理传感器的输出信号， 即将传感器输出信号进行放大并转换为数字信号后送入 微处理器，再由微处理器通过数字总线接口挂接在现场 数字总线上。
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第11章 智能传感技术
（2） 集成化结构 这种智能传感器系统采用微机加工技术和大规模集 成电路工艺技术，利用硅作为基本材料制作敏感元件、 信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯 片上而构成，故又可称为集成智能传感器(integrated smart/intelligent sensor)。其外形如图11-5所示。
认识传感器ppt课件
分辨力越小，表明传感器检测非电量的能力越 强，分辨力的高低从某个侧面反映了传感器的 精度。
（4）迟滞 迟滞反映传感器正向特性与反向特性不一致的
程度。产生这种现象的原因是由于传感器的机 械部分不可避免地存在间隙、摩擦及松动。
图1-12 迟滞特性
（5）重复性
重复性是指传感器输入量按同一方向作全量程连续 多次测量时所得输出-输入特性曲线不重合的程度。 它是反映传感器精密度的一个指标，产生的原因与迟 滞性基本相同，重复性越好，误差越小。
（a） 雷达波探测器 外热成像生命探测仪
（b） 视频探测器 （c） 音频探测器 （d） 红 图1-6 生命探测设备
4．农业生产中使用的传感器
图1-7 塑料大棚
5．汽车中使用的传感器
图1-8 汽车中使用的部分传感器
二、传感器的概念与定义
1．传感器的概念 传感器是一种能把特定被测量的信息按
一定规律转换成某种可用信号并输出的器件或 装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示 和控制等要求。
2．传感器的动态特性
传感器要检测的输入信号是随时间而变化的。 传感器应能跟踪输入信号的变化，这样才能获 得正确的输出信号；如果输入信号变化太快， 传感器就可能跟踪不上，这种跟踪输入信号的 特性就是传感器的响应特性，即为动态特性。 表征传感器动态特性的主要参数有响应速度、 频率响应。
（1）响应速度
是将感受的被测的量转换成电信号的部分。
将电信号转换为便于显示、记录、处理和控制
的有用电信号。有用电信号有很多形式，如电
压、电流、频率等。随着科学技术的发展，输
出信号将来也可能是光信号或其他的信号。
传感器的特性有
和
之分。
主要有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞、重复
（4）迟滞 迟滞反映传感器正向特性与反向特性不一致的
程度。产生这种现象的原因是由于传感器的机 械部分不可避免地存在间隙、摩擦及松动。
图1-12 迟滞特性
（5）重复性
重复性是指传感器输入量按同一方向作全量程连续 多次测量时所得输出-输入特性曲线不重合的程度。 它是反映传感器精密度的一个指标，产生的原因与迟 滞性基本相同，重复性越好，误差越小。
（a） 雷达波探测器 外热成像生命探测仪
（b） 视频探测器 （c） 音频探测器 （d） 红 图1-6 生命探测设备
4．农业生产中使用的传感器
图1-7 塑料大棚
5．汽车中使用的传感器
图1-8 汽车中使用的部分传感器
二、传感器的概念与定义
1．传感器的概念 传感器是一种能把特定被测量的信息按
一定规律转换成某种可用信号并输出的器件或 装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示 和控制等要求。
2．传感器的动态特性
传感器要检测的输入信号是随时间而变化的。 传感器应能跟踪输入信号的变化，这样才能获 得正确的输出信号；如果输入信号变化太快， 传感器就可能跟踪不上，这种跟踪输入信号的 特性就是传感器的响应特性，即为动态特性。 表征传感器动态特性的主要参数有响应速度、 频率响应。
（1）响应速度
是将感受的被测的量转换成电信号的部分。
将电信号转换为便于显示、记录、处理和控制
的有用电信号。有用电信号有很多形式，如电
压、电流、频率等。随着科学技术的发展，输
出信号将来也可能是光信号或其他的信号。
传感器的特性有
和
之分。
主要有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞、重复
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目前，由于传感器智能化和集成化的要求，使得固体图像传感器有三 维集成的发展趋势。例如，在同一硅片上，用超大规模集成电路工艺 制作三维结构的智能传感器，下图为这种三维结构智能化传感器的一 种形式。
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右图为具有三层结构的三维集成智能图 像传感器的结构图。它用以提取待测物 体的轮廓图，它的第一层为光电转换面 阵，由第一层输出的信号并行进入第二 层电流型MOS模拟信号调理电路，输 出的模拟信号再进入第三层，转换成二 进制数并存储在存储器中，与第三层相 连的是信号读出（放大）单元。信号读 出单元的作用是通过地址译码读取存储 器中的信号信息。
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（2）可靠性与高稳定性强
1.自动补偿因工作条件与环境参数发生变化所引起的系统 特性的漂移，如温度变化而产生的零点和灵敏度漂移；
2.当被测参数变化后能自动改换量程； 3.能实时自动进行系统的自我检验，分析、判断所采集到 的数据的合理性，并给出异常情况的应急处理（报警或故障提 示）。
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（4）自适应能力强
由于智能传感器具有判断、分析与处理功能，它能根据系 统工作情况决策各部分的供电情况，优化与上位计算机的数据 传送速率，并保证系统工作在最优低功耗状态。
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（5）性格价格比高
智能传感器所具有的上述高性能，不是像传统传感器技术 追求传感器本身的完善，对传感器的各个环节进行精心设计与 调试来获得，而是通过与微处理器/计算机相结合，即是采用低 价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的。
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2
现代信息技术的三大基础： 传感器技术：信息的采集 通 信 技 术 ：信息的传输 计算机技术：信息的处理
“感官” “神经” “大脑”
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（11-7） （11-8）
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11.5.3 非线性补偿技术
二次曲线差值法
若传感器的输入和输出之间的特性曲线的斜率变化很大， 则两插值点之间的曲线将很弯曲，如图11-14所示。这时 若仍采用线性插值法，误差就很大。可以采用二次曲线插 值法，这是通过曲线上的三个点作一抛物线（图中的实 线），用此曲线代替原来的曲线。
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9
11.2.1 非集成化实现
非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（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。其框图如图11-4所示。
图11-4 非集成式智能传感器外壳
这种非集成化智能传感器是在现场总线控制系统发展形势的
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11.5.3 非线性补偿技术 （二）对分搜索法
在实际应用中，很多表格都很长，且难以用计算查表法进行查找， 但是这种表格一般都满足从大到小（或从小到大）的顺序。对于这 种表格可以采用对分搜索法进行查找。
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11.4.3 A/D转换器的选择 A/D转换器的种类很多，主要有比较型和积分型两大类，其 中常用的是逐次逼近型、双积分型和V-F转换器。 虽然芯片繁多，性能各异，但从使用角度看，其外特性不外乎 有以下四点：
模拟信号输入端 数字量的并行输出端； 启动转换的外部控制信号； 转换完毕同转换器发出的转换结束信号。
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11.2.4 集成化智能传感器的几种模式
中级形式/自立形式
中级形式是在组成环节中除敏感单元与信号调理电路外， 必须含有微处理器单元，即一个完整的传感器系统封装在 一个外壳里的形式。
传感器简介PPT课件
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目录
• 传感器基本概念与原理 • 常见类型传感器介绍 • 传感器性能指标评价方法 • 传感器应用领域探讨 • 传感器技术发展趋势预测
01
传感器基本概念与原理
传感器定义及作用
传感器定义
能够感受规定的被测量并按照一 定规律转换成可用输出信号的器 件或装置。
传感器作用
将被测量转换为与之有确定关系 的、便于应用的某种物理量，以 满足信息传输、处理、存储、显 示、记录和控制等要求。
多功能、复合型方向
利用新材料、新工艺和新技术， 开发具有多种功能的复合型传感 器，如同时检测温度、湿度、压
力等多种参数的传感器。
发展可穿戴传感器技术，实现人 体生理参数和环境参数的实时监
测和评估。
结合柔性电子技术，开发可弯曲 、可折叠的传感器，拓展其在可 穿戴设备、医疗器械等领域的应
用。
生物医学传感器方向
转换过程
敏感元件将被测量转换为电参量（如电阻、电容、电感等），经过转换电路转 换为标准输出信号（如电压、电流等）。转换过程中可能涉及信号调理和校准 等环节，以确保输出信号的准确性和稳定性。
02
常见类型传感器介绍
温度传感器
01
02
03
热电偶
利用热电效应测量温度， 具有测量范围宽、稳定性 好等特点。
电容式压力传感器
利用电容器原理将压力转 换为电容变化，具有精度 高、稳定性好等特点。
位移传感器
电感式位移传感器
光电式位移传感器
利用电磁感应原理将位移转换为电感 量变化，具有测量精度高、响应速度 快等优点。
利用光电转换原理将位移转换为光信 号变化，具有测量精度高、抗干扰能 力强等优点。
电容式位移传感器
目录
• 传感器基本概念与原理 • 常见类型传感器介绍 • 传感器性能指标评价方法 • 传感器应用领域探讨 • 传感器技术发展趋势预测
01
传感器基本概念与原理
传感器定义及作用
传感器定义
能够感受规定的被测量并按照一 定规律转换成可用输出信号的器 件或装置。
传感器作用
将被测量转换为与之有确定关系 的、便于应用的某种物理量，以 满足信息传输、处理、存储、显 示、记录和控制等要求。
多功能、复合型方向
利用新材料、新工艺和新技术， 开发具有多种功能的复合型传感 器，如同时检测温度、湿度、压
力等多种参数的传感器。
发展可穿戴传感器技术，实现人 体生理参数和环境参数的实时监
测和评估。
结合柔性电子技术，开发可弯曲 、可折叠的传感器，拓展其在可 穿戴设备、医疗器械等领域的应
用。
生物医学传感器方向
转换过程
敏感元件将被测量转换为电参量（如电阻、电容、电感等），经过转换电路转 换为标准输出信号（如电压、电流等）。转换过程中可能涉及信号调理和校准 等环节，以确保输出信号的准确性和稳定性。
02
常见类型传感器介绍
温度传感器
01
02
03
热电偶
利用热电效应测量温度， 具有测量范围宽、稳定性 好等特点。
电容式压力传感器
利用电容器原理将压力转 换为电容变化，具有精度 高、稳定性好等特点。
位移传感器
电感式位移传感器
光电式位移传感器
利用电磁感应原理将位移转换为电感 量变化，具有测量精度高、响应速度 快等优点。
利用光电转换原理将位移转换为光信 号变化，具有测量精度高、抗干扰能 力强等优点。
电容式位移传感器
智能传感器(带目录)
智能传感器(带目录)智能传感器是一种集成了传感器、微处理器、计算和通信技术的设备，它能够感知、处理和传递环境信息，为各种应用提供智能化服务。
本文将介绍智能传感器的基本概念、工作原理、主要类型、应用领域以及发展趋势。
一、基本概念智能传感器是一种具有信息处理能力的传感器，它不仅能够感知环境信息，还能够对信息进行处理和分析，从而实现对环境的智能监测和决策。
智能传感器通常由传感器、微处理器、存储器、通信接口等部分组成，它们通过协同工作，实现对环境信息的全面感知和处理。
二、工作原理智能传感器的工作原理主要包括数据采集、数据处理和结果输出三个环节。
传感器采集环境信息，将其转换为电信号；然后，微处理器对采集到的数据进行处理和分析，提取出有用信息；智能传感器将处理结果通过通信接口输出，供其他设备或系统使用。
三、主要类型根据不同的应用场景和需求，智能传感器可以分为多种类型。
常见的智能传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器、声音传感器、气体传感器等。
这些传感器可以单独使用，也可以组合使用，以满足不同的监测需求。
四、应用领域智能传感器在各个领域都有广泛的应用，包括工业自动化、智能家居、环境监测、医疗健康、交通物流等。
在工业自动化领域，智能传感器可以用于生产线上的质量检测、设备故障诊断等；在智能家居领域，智能传感器可以用于室内环境监测、安全防范等；在环境监测领域，智能传感器可以用于大气、水质、土壤等环境参数的实时监测；在医疗健康领域，智能传感器可以用于生理参数的监测、疾病诊断等；在交通物流领域，智能传感器可以用于车辆监测、货物跟踪等。
五、发展趋势总结智能传感器作为一种具有信息处理能力的传感器，在各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断发展，智能传感器将不断进步，实现更加智能化的监测和决策。
一、工业自动化领域的应用智能传感器在工业自动化领域中的应用非常广泛，它们是实现智能制造的关键技术之一。
在生产线上的质量检测环节，智能传感器可以实时监测产品的尺寸、重量、颜色等参数，确保产品质量符合标准。
《传感器技术与应用》 ppt课件
§ 2.1.1 智能传感器
三、智能传感器的功能
由于智能传感器引入了微处理器进行信息处理、逻辑思维、推理判断 ，使其除了传统传感器的检测功能外，还具有数据处理、数据存储、数据 通信等功能，其功能已经延伸至仪器的领域。具体功能包括：
(1) 自校零、 自标定、 自校正、自适应量程功能； (2) 自补偿功能； (3) 自诊断（自检）功能； (4) 信息处理与数据存储记忆功能； (5) 双向通信和数字输出功能； (6) 组态功能。
§ 2.1.2 模糊传感器
一、模糊传感器概述
模糊传感器是在经典传感器数值测量的基础上经过模糊推理与知识集成，以自 然语言符号的描述形式输出的传感器。具体地说，将被测量值范围划分为若干个区间 ，利用模糊集理论判断被测量值的区间，并用区间中值或相应符号进行表示，这一过 程称为模糊化。对多参数进行综合评价测试时，需要将多个被测量值的相应符号进行 组合模糊判断，最终得出测量结果。模糊传感器的一般结构下图所示。信息的符号表 示与符号信息系统是研究模糊传感器的核心与基石。
普通传感器
信号调理电路 外壳
微处理器 总线接口 数字总线
§ 2.1.1 智能传感器
五、智能传感器的实现
(1) 模块化方式 目前，国内外已有不少此类产品。此类智能传感器各部件可以封装在一个外 壳中，也可分开设置，其集成度不高、体积较大。智能传感器的模块化实现方式 一般采用SMBus总线、RS-232、RS-422、RS-485、USB、CAN等总线，目 前ZigBee、WiFi、蓝牙等无线传输方式也广泛应用于智能传感器。
§ 2.1.3 微传感器
三、典型微传感器
（1）压阻式微传感器 压阻式微压力传感器的原理结构及其截面 分别如右图所示。在硅基框架上形成有硅薄膜 层，通过扩散工艺在该膜层上形成半导体压敏 电阻，并用蒸镀法制成电极，构成电桥。根据 所采用蚀刻工艺不同，压阻式微压力传感器中 的硅膜片可做成圆形或方形结构。膜片一侧与 被测系统相连接，称为“高压腔”，另一侧为 “低压腔”，低压腔可与大气相连，可以参考 气压，也可抽成真空。根据压阻效应，膜片受 压力作用时，在膜片两侧形成压差，导致膜片 变形，引起压敏电阻的阻值变化，经与之相联 的电桥电路可将这种阻值变化转换为电桥输出 电压的变化（一般为几个毫伏）。
《智能传感器》课件
物联网时代的传感器产业
物联网技术的普及带动了传感器市场 的快速增长，智能传感器作为关键组 件，在智能家居、智能交通、智能工 业等领域的应用越来越广泛。
物联网的发展对传感器性能提出了更 高的要求，如高精度、低功耗、小型 化等，促使传感器技术不断升级和创 新。
人工智能与传感器技术的融合
人工智能技术的进步为传感器提供了 更强大的数据处理和分析能力，使得 传感器能够更好地感知和识别周围环 境。
VS
详细描述
智能传感器采用先进的信号处理技术和算 法，能够减小测量误差，提高测量精度。 在各种高精度测量场景中，如工业制造、 航空航天、医疗等领域，智能传感器的高 精度检测能力发挥着重要作用。
无线通信
总结词
智能传感器具备无线通信能力，可以实现远 程数据传输和实时监测。
详细描述
通过内置的无线通信模块，智能传感器能够 将采集的数据实时传输到远程监控中心，实 现远程数据监测和控制。这种无线通信能力 使得智能传感器在各种远程监测场景中具有 广泛应用，如环境监测、智能家居、农业智 能化等领域。
技术创新与标准制定
持续研发与技术突破
鼓励和支持智能传感器技术的研发与创新，推动关键技术的突破 和进步。
标准化与规范化
制定统一的智能传感器技术标准和规范，促进不同厂商和系统之间 的互操作性和兼容性。
跨界融合与协同发展
鼓励智能传感器与其他领域的技术融合，推动跨行业的协同创新与 发展。
应用领域拓展与跨界融合
智能家居
将智能传感器应用于家 居领域，实现智能化控 制和便捷的生活体验。
工业自动化
将智能传感器应用于工 业生产中，提高生产效
率和设备监控水平。
智慧城市
将智能传感器应用于城 市管理、交通、环保等 领域，提升城市智能化
传感器与检测技术第十章智能传感技术PPT课件
XYXY0 a1
YXY0 YRY0
XR
10-16
式中 YX—被测目标参量X为输
入量时的输出值；
YR—标准值XR为输入量 时的输出值；
Y0—零点标准值X0为输入 量时的输出值.
图10-12 检测系统自校准原理框图
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第10章 智能传感技术 三噪声抑制技术 如果信号的频谱和噪声的频谱不重合,则可 用滤波器消除噪声；当信号和噪声频带重合或噪 声的幅值比信号大时就需要采用其他的噪声抑制 方法,如相关技术、平均技术等来消除噪声.
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第10章 智能传感技术
图10-48 基于IEEE1451.2的 网络传感器结构
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第10章 智能传感技术
其中STIM由符合标准的变送器自身带有内部信息包 括制造商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量及 校准系数等组成.当电源接通时,这些数据可提供给NCAP 及系统其他部分.当NCAP读入一个STIM中TEDS数据时 ,NCAP可知道这个STIM的通信速度、通道数及每个通道 上变送器的数据格式,并知道所测物理量的单位及怎样将 所得到的原始数据转换为国际标准单位.
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第10章 智能传感技术
§10-3 网络传感器
一、网络传感器及其特点 网络传感器是指在现场级就实现了TCP/IP协议这里 ,TCP/IP协议是一个相对广泛的概念,还包括UDP、HTTP 、SMTP、POP3等协议的传感器,这种传感器使得现场 测控数据能就近登临网络,在网络所能及的范围内实时 发布和共享.
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第10章 智能传感技术
网络传感器就是采用标准的网络协议,同时采用模块 化结构将传感器和网络技术有机地结合在一起的智能传 感器.它是测控网中的一个独立节点,其敏感元件输出的模 拟信号经A/D转换及数据处理后,能由网络处理装置根据 程序的设定和网络协议封装成数据帧,并加上目的地址,通 过网络接口传输到网络上.反之,网络处理器又能接收网络 上其他节点传给自己的数据和命令,实现对本节点的操作. 网络传感器的基本结构如图10-46所示.
2024版《智能传感器》PPT课件
contents •智能传感器概述•智能传感器工作原理与分类•智能传感器信号处理技术•智能传感器接口电路设计与实践•智能传感器网络通信协议及实现•智能传感器性能指标评估方法•智能传感器应用案例分析•智能传感器未来发展趋势预测目录01智能传感器概述定义与发展历程定义发展历程从传统的机械式传感器到电子式传感器，再到智能传感器，随着物联网、人工智能等技术的发展，智能传感器逐渐成为传感器领域的主流。
智能传感器特点及应用领域特点应用领域市场现状及发展趋势市场现状发展趋势02智能传感器工作原理与分类工作原理简介010203温度传感器压力传感器光电传感器气体传感器常见类型及其特点选型原则与注意事项配。
A B C D03智能传感器信号处理技术信号采集与转换方法模拟信号采集通过模拟电路对传感器输出的模拟信号进行采集，包括电压、电流等信号的采集和放大。
数字信号转换将模拟信号转换为数字信号，便于后续的数字信号处理和传输。
常用的转换方法包括模数转换（ADC）和直接数字式传感器输出。
传感器接口电路设计传感器与信号处理电路之间的接口电路，实现传感器信号的稳定传输和匹配。
数字滤波技术应用有限冲激响应（FIR）滤波器01无限冲激响应（IIR）滤波器02自适应滤波器03数据融合与校准策略传感器校准多传感器数据融合对传感器的输出进行校准，以消除传感器本身的误差。
常用的校准方法包括零点校准、量程校准等。
环境因素补偿04智能传感器接口电路设计与实践接口电路需求分析信号转换需求电源和功耗需求抗干扰能力需求可扩展性和兼容性需求典型接口电路设计案例I2C接口电路设计SPI接口电路设计UART接口电路设计调试技巧和经验分享电源和信号完整性测试在接口电路调试过程中，应首先检查电源的稳定性和信号完整性，确保电路正常工作。
传感器校准和标定对于模拟输出传感器，需要进行校准和标定以提高测量精度；对于数字输出传感器，需要设置合适的阈值和分辨率。
抗干扰措施采取有效的抗干扰措施，如合理布局、接地处理、滤波等，以提高接口电路的抗干扰能力。
第11章 智能传感器
2.数字信号处理器DSP（digital
signaol
processor） DSP比一般单片机或MCU运算速度快， 可供实时信号处理用。 典型的DSP可在不到100ns（10-9秒）的 时间内执行数条指令。这种能力使其可获得 最高达20MIPS（百万条指令每秒）的运行速 度，是通常MCU的10~20倍。 DSP经常以MOPS（百万次操作每秒）的 速度工作，MOPS的速度要高于MIPS数倍以 上。
5.微型计算机
当然，期望的数字信号处理硬件也可以用 微型计算机来实现。 这样组合成的计算型智能传感器就不是一 个集成单片传感功能装置，而是一个智能传 感器系统了。 今后，计算型智能传感器还将进一步利用 人工神经网络、人工智能、多重信息融合等 技术，从而具备分析、判断、自适应、自学 习能力，完成图像识别、特征检测和多维检 测等更为复杂的任务。
图11－5 智能压力传感器构成框图
气象参数测试仪 气象参数测试仪也是一台计算型智能传感 器，其结构组成如图11-6所示。 （1）实现风向、风速、温度、湿度、气压的 传感器信号采集； （2）对采集的信号进行处理、显示； （3）实现与微型计算机的数据通信，传送仪 器的工作状态、气象参数数据。
11.2.2
传感器1
模 ／ 数 变 换
传感器2
数字 信号 处理 硬件
数 ／ 模 变 换
输出
传感器3
电源
图11-3 计算型智能传感器基本结构图
现今已有硅芯片等多种半导体和计算机 技术应用于数字信号处理硬件的开发。 典型的数字信号处理硬件有如下几种： 1.微控制器MCU（Microcontroller Units） 微控制器MCU实际上是专用的单片机。 其包括微处理器、ROM和RAM存储器、时钟 信号发生器和片内输入输出端口I/O等。其结 构如图11-4所示。
传感器与检测技术 第十章 智能传感技术(最新)
图10-13 零位温漂特性
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第10章 智能传感技术
(2)灵敏度温度漂移的补偿
对于压阻式压力传感器，当输入压力保持不变的情况下，
其输出值U(T)将随温度的升高而下降，如图10-14所示。图中 温度T>T1，其输出U(T)<U(T1)。如果T1是传感器校准标定时 的时工的作输温入度(P)，—而输实出际(U工)特作性温进度行却刻是度T>转T换1，求若取仍被按测工输作入温量度压T 力的数值是P′，而真正的被测输入量是P，将会产生很大的 测量误差，其原因就是输入量P为常量时，传感器的工作温 度B点T升降高至，A点T>，T1输传出感电器压的减输少出量由ΔUU(T为1)降至U(T)，即工作点由
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第10章 智能传感技术
1.自补偿 温度是传感器系统最主要的干扰量。在典型的传感 器系统中主要采用结构对称来消除其影响；在智能传感 器的初级形式中主要采用以硬件电路实现的“拼凑”补 偿技术，但补偿效果不能满足实际测量的要求。在传感 器与微处理器/微计算机相结合的智能传感器系统中， 可采用监测补偿法，它是通过对干扰量的监测由软件来 实现补偿的。如压阻式传感器的零点及灵敏度温漂的补 偿。
图10-5 传统仪器仪表中的硬件非线性校正原理
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第10章 智能传感技术
图10-6 智能仪器的非线性校正技术
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第10章 智能传感技术
(二)自校零与自校准技术
ห้องสมุดไป่ตู้
假设一传感器系统经标定实验得到的静态输出(Y)与 输入(X)特性如下：
式中
Y=a0+a1X
(10-11)
a0—零位值，即当输入X=0时之输出值；
ΔU=U(T1)-U(T)
故
U(T1)=U(T)+ΔU