智能传感器实现的途径

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将传感器和微处理机制作在一起构成智能传感器，美、英、法、日等国均投入极大力量进行研究。典型的实例如美国 Honeywell公司的DSTJ-3000型硅压阻式智能传感器和 Par Scientific公司的1000系列数字式石英智能传感器。
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第一节智能传感器的概述
二、智能传感器的功能
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第一节智能传感器的概述
三、智能传感器的特点
与传统传感器相比，智能传感器的特点是： 1、精度高智能传感器有多项功能来保证它的高精度，如：通过自动校
零去除零点；与标准参考基准实时对比以自动进行整体系统标定；自动进行整体系统的非线性等系统误差的校正；通过对采集的大量数据的统计处理以消除偶然误差的影响；…… 从而保证了智能传感器有高的精度。 2、高可靠性与高稳定性智能传感器能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化后引起系统特性的漂移，如：温度变化而产生的零点和灵敏度的漂移；在当被测参数变化后能自动改换量程；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）。因此，有多项功能保证了智能传感器的高可靠性与高稳定性。
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第二节智能传感器实现的途径
一、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12-4所示。
图12-4中的信号调理电路是用来调理传感器输出的信号的，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接在现场数字总线上。这是一种实现智能传感器系统的最快途径与方式。例如美国罗斯蒙特公司、SMAR公司生产的电容式智能压力（差）变送器系列产品，就是在原有传统式非集成电容式变送器基础上附加一块带数字总线接口的微处理器插板后组装而成的。并配备可进行通讯、控制、自校正、自补偿、自诊断等智能化软件，从而实现智能传感器。
概括而言，智能传感器的主Hale Waihona Puke Baidu功能是：（1）具有自校零、自标定、自校正功能；（2）具有自动补偿功能；（3）能够自动采集数据，并对数据进行预处理；（4）能够自动进行检验、自选量程、自寻故障；（5）具有数据存储、记忆与信息处理功能；（6）具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能；（7）具有判断、决策处理功能。
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第一节智能传感器的概述
5、低的价格性能比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、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得，而是通过与微处理器/微计算机结合，采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的，所以具有低的价格性能比。由此可见，智能化设计是传感器传统设计中的一次革命，是世界传感器的发展趋势。作为商品，在80年代初期有美国霍尼韦尔公司的压阻式ST-3000型压力（差）智能变送器，后有用于现场总线控制系统中的智能传感/变送器，如：美国SMAR公司生产的LD302系列电容式智能压力（差）变送器；美国罗斯蒙特公司生产的电容式智能压力（差）变送器系列；日本横河电气株式会社生产的谐振式EJA型智能压力（差）变送器。此外，世界各国正在利用计算机和智能技术研究、开发各种其它类型的智能传感/变送器，如智能气体传感器。
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第一节智能传感器的概述
也可以把上述模块集成化成为硅片为基础超大观规模集成电路的高级智能传感器，见图12-2，此结构是将传感器、微处理机都集成在同一硅片上实现集成智能传感器。日本已开发出三维多功能多层结构的智能传感器。由此看来，智能传感器也可以说是一个微机小系统，其中作为系统“大脑”的微处理机通常是单片机。无论何种智能传感器，它都可用图 12-3的框图来表示。
第十二章智能式传感器
第一节智能传感器的概述第二节智能传感器实现的途径第三节智能传感器实例
第一节智能传感器的概述
一、智能传感器的概念
智能传感器这一名称虽然至今未有确切含义，但从字面上看，意味着这种传感器具有一定人工智能，即是使用电路代替一部分脑力劳动。近年来，传感器越来越多地和微处理机相结合，使传感器不仅有视、嗅、味和听觉的功能，还具有存储、思维和逻辑判断、数据处理、自适应能力等功能，从而使传感器技术提高到一个新水平。这一概念最初是美国宇航局在开发宇宙飞船过程中根据需要而产生的，宇宙飞船上天后需要知道它的速度、位置和姿态等数据；为使宇航员正常生活，需要控制舱内的温度、气压、加速度、空气成分等，因而要装置大量的各类传感器。要处理许多传感器所获得的大批数据，需要大型电子计算机，这从快速采集数据和经济性方面都是不合适的。
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第一节智能传感器的概述
3、高信噪比与高的分辨力由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能，通过
软件进行数字滤波、相关分析等处理，可以去除输入数据中的噪声，将有用信号提取出来；通过数据融合、神经网络技术，可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，从而保证在多参数状态下对特定参数测量的分辨能力，故智能传感器具有高的信噪比与高的分辨力。 4、较强的自适应性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、与高/上位计算机的数据传送速率，使系统工作在最优低功耗状态和优化传送数率。
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第一节智能传感器的概述
为了实时快速采集数据，同时又降低成本，提出了分散处理这些数据的方案，各类传感器检测的数据，先进行存储、处理，然后用标准串并口总线方式实现远距离、高精度的传输。具体地说，凡是在同一壳体内既有传感元件，又有信号预处理电路和微处理机，其输出方式可以是通信线RS-232或 ES-422串行输出，也可以是IEEE-488标准总线的并行输出，以上这些功能可以由n块输出独立的模板构成，装在同一壳体内,便构成模块智能传感器。图12-1即为一种智能压力传感器的结构图。