传感器与检测技术 第十章 智能传感技术 ppt课件
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网络 适配器 （NCAP）
网络
网络传感器通用接口标准
10-3 网络传感器
基于IEEE1451.2和蓝牙标准的无线网络传感器体系结构
网络传感器通用接口标准
网络传感器测控系统体系结构
10-3 网络传感器
网络传感器发展形势
1、有线 无线 2、现场总线 互联网总线 3、分布式测控： 4、嵌入式网络
三) 噪声ห้องสมุดไป่ตู้制技术
二、功能实现
3、算术平均滤波法
对某一点连续采集N次，取平均值。数学期望。N小，灵 敏度高；N大，灵敏度低，更平滑。
三) 噪声抑制技术
二、功能实现
4、递推平均滤波法
测量N个点，多为一个长度为N的队列，每次进行一次新 的测量，把测量结果放到队尾，而扔掉对首都一次数据。
理想基线 实测基线
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。
一、体系结构
(二) 集成化结构
10-1智能传感器的体系结构与功能实现
优点：
1) 微型化 2) 结构一体化 3) 精度高 4) 多功能 5) 阵列式 6) 全数字化 7) 使用方便，操作简单
对周期干扰有良好的抑制作用，但对偶然出现的脉冲性干 扰抑制作用差。
三) 噪声抑制技术
5、一阶惯性滤波法 6、复合滤波 7、相关技术
二、功能实现
四)自补偿、自检验、自诊断
二、功能实现
自补偿
零位温漂补偿
【传感器与检测技术】第10章
隔离放大器内部结构
AD277
共模电压2500V,CMRR=120dB, 频宽20kHz,增益漂移25ppm/℃
程控放大器 PGA
使各模拟输入通道均用最佳增益进行放大
10.4 数据采集
10.4.1 数据采集的配置 10.4.2 样周期的选择 10.4.3 A/D转换器的选择
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10.3 智能传感器输出信 的预处理
10.3.1 传感器输出信 的分类 10.3.2 开关信 的预处理
了 除噪声和改善 性 常接入 有迟滞 性 的电路 鉴 器 / 脉 整形电路
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10.3.3 模拟信 预处理
测量放大器 隔离放大器 程控放大器
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噪声的 扰模式 差模 扰
基本 点 微型化 智能化 多 能 高集 度和适于 大批量生产
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1987 美 UC Berkeley大学发明了基于表面 牲层技术的微 马达 5mm直径, 转子直径285um, 最高转 达 33000rpm .
1992 “美 家关键技术计划” NSF DARPA 产业化 如微型 度计 微型压力传感器 喷墨打印机的微喷
第10章 智能传感器
10.1概述 10.2智能传感器实 的途径 10.3智能传感器输出信 的预处理 10.4数据采集 10.5智能传感器的数据处理技术 10.6智能传感器的硬 设计
本章要点
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10.1 概述
10.1.1 智能传感器的概念 10.1.2 智能传感器的 能 10.1.3 智能传感器的 点
温度传感器 9 或12 A／D转换器 可编程温度越限 警器 I2C总线串行接口 集 在同一个芯片中
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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34
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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44
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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45
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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25
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。
智能传感技术介绍课件(2024)
19
05
智能传感技术发展趋势与挑战
2024/1/29
20
技术创新方向预测
微型化与集成化
随着微电子技术的发展，智能传 感器将趋向微型化、集成化，实 现更高精度的测量与更广泛的应
用。
2024/1/29
智能化与网络化
借助人工智能、大数据等技术，智 能传感器将具备自学习、自决策能 力，同时通过网络实现互联互通， 构建智能传感网络。
2024/1/29
33
数据分析和结论总结
2024/1/29
• 根据实验数据，评估传感器的性能指标和优缺点 。
34
数据分析和结论总结
结论总结
分析实验结果与预期目标的 差异，探讨可能的原因和改 进措施。
2024/1/29
总结实验过程中遇到的问题 和解决方法，提出改进意见 和建议。
根据实验结果和数据分析， 得出关于智能传感器设计和 制作的结论和启示。
2024/1/29
嵌入式系统与微处理器在智能传感技术中的应用
实现传感器的智能化、网络化、集成化等功能，提高传感器的测量速度、精度和可靠性。同时，嵌入式系统 和微处理器还可以实现传感器的自诊断、自校准等功能，提高传感器的维护性和使用寿命。
14
04
典型应用场景分析
2024/1/29
15
工业自动化领域应用
2024/1/29
传感器通过敏感元件感受被测量，然后通过转换元件将敏感元件感受到的被测量转换成电信号或其他形 式的信号输出。
8
传感器类型与特点
根据传感器的工作原理，传感器可分为电阻式、电容式、电感式 、压电式、热电式、光电式等多种类型。
电阻式传感器利用电阻应变效应原理，将被测量转换成电阻值的 变化；电容式传感器则是将被测量的变化转换成电容量的变化。
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智能传感技术发展趋势与挑战
2024/1/29
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技术创新方向预测
微型化与集成化
随着微电子技术的发展，智能传 感器将趋向微型化、集成化，实 现更高精度的测量与更广泛的应
用。
2024/1/29
智能化与网络化
借助人工智能、大数据等技术，智 能传感器将具备自学习、自决策能 力，同时通过网络实现互联互通， 构建智能传感网络。
2024/1/29
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数据分析和结论总结
2024/1/29
• 根据实验数据，评估传感器的性能指标和优缺点 。
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数据分析和结论总结
结论总结
分析实验结果与预期目标的 差异，探讨可能的原因和改 进措施。
2024/1/29
总结实验过程中遇到的问题 和解决方法，提出改进意见 和建议。
根据实验结果和数据分析， 得出关于智能传感器设计和 制作的结论和启示。
2024/1/29
嵌入式系统与微处理器在智能传感技术中的应用
实现传感器的智能化、网络化、集成化等功能，提高传感器的测量速度、精度和可靠性。同时，嵌入式系统 和微处理器还可以实现传感器的自诊断、自校准等功能，提高传感器的维护性和使用寿命。
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04
典型应用场景分析
2024/1/29
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工业自动化领域应用
2024/1/29
传感器通过敏感元件感受被测量，然后通过转换元件将敏感元件感受到的被测量转换成电信号或其他形 式的信号输出。
8
传感器类型与特点
根据传感器的工作原理，传感器可分为电阻式、电容式、电感式 、压电式、热电式、光电式等多种类型。
电阻式传感器利用电阻应变效应原理，将被测量转换成电阻值的 变化；电容式传感器则是将被测量的变化转换成电容量的变化。
智能传感器与传感器系统ppt课件
●根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上12 个特征时的相同几率仅为1/1050。因此，至今找不出 两个指纹完全相同的人，
●即使相貌酷似的孪生兄弟姐妹，或同一个人 的十指之间，指纹也存在明显差异。
●指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依 据。
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47
指纹图像的获取 取像设备主要有以下4种类型： ▲光学取像设备（例如微型三棱镜矩阵） ▲压电式指纹传感器 ▲半导体指纹传感器 ▲超声波指纹扫描仪。
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32
（3）多功能式混浊度/电导/温度智能传感器 系统
混浊度（亦称不透明度）：表示水或其他液体的不 透明程度。
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33
当单色光通过含有悬浮粒子的液体时，由于 悬浮粒子引起光的散射，使单色光的强度被衰 减，其衰减量就代表液体的混浊度。混浊度是 个比值，其单位用NTU来表示。
图5 检测CPU的温度
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21
配套软件日臻完善 温度传感器＋专用计算机测试软件。
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22
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23
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24
（2）多功能式湿度／温度／露点智能传感器系统 瑞士Sensirion公司：SHT11/15型高精度、自校准 、多功能式智能传感器。
能同时测量相对湿度、温度和露点等参数； 兼有数字湿度计、温度计和露点计这3种仪表的 功能； 可广泛用于工农业生产、环境监测、医疗仪器 、通风及空调设备等领域。
智能传感器与传感系统 的发展及应用
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1
智能传感器与传感器系统 的发展及应用
• 0 引言 • 1 智能传感器的定义及功能 • 2 智能传感器与传感系统的特点 • 3 智能传感器与传感系统的发展及应用 • 4 结语
●即使相貌酷似的孪生兄弟姐妹，或同一个人 的十指之间，指纹也存在明显差异。
●指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依 据。
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47
指纹图像的获取 取像设备主要有以下4种类型： ▲光学取像设备（例如微型三棱镜矩阵） ▲压电式指纹传感器 ▲半导体指纹传感器 ▲超声波指纹扫描仪。
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（3）多功能式混浊度/电导/温度智能传感器 系统
混浊度（亦称不透明度）：表示水或其他液体的不 透明程度。
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当单色光通过含有悬浮粒子的液体时，由于 悬浮粒子引起光的散射，使单色光的强度被衰 减，其衰减量就代表液体的混浊度。混浊度是 个比值，其单位用NTU来表示。
图5 检测CPU的温度
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配套软件日臻完善 温度传感器＋专用计算机测试软件。
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（2）多功能式湿度／温度／露点智能传感器系统 瑞士Sensirion公司：SHT11/15型高精度、自校准 、多功能式智能传感器。
能同时测量相对湿度、温度和露点等参数； 兼有数字湿度计、温度计和露点计这3种仪表的 功能； 可广泛用于工农业生产、环境监测、医疗仪器 、通风及空调设备等领域。
智能传感器与传感系统 的发展及应用
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1
智能传感器与传感器系统 的发展及应用
• 0 引言 • 1 智能传感器的定义及功能 • 2 智能传感器与传感系统的特点 • 3 智能传感器与传感系统的发展及应用 • 4 结语
传感器与检测技术 第十章 智能传感技术教程文件
9
第10章 智能传感技术
(四)自补偿、自检验及自诊断 智能传感器系统通过自补偿技术可以改善其动态 特性，但在不能进行完善实时自校准的情况下，可以采 用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系 统特性的漂移，如零点漂移、灵敏度漂移等。同时，智 能传感器系统能够根据工作条件的变化，自动选择改换 量程，定期进行自检验、自寻故障及自行诊断等多项措 施保证系统可靠地工作。
15
第10章 智能传感技术
(2)周期性自检 若仅在开机时进行一次性的自检，而自检项目又不 能包括系统的所有关键部位，那就难以保证运行过程中 智能传感器始终处于最优工作状态。因此，大部分智能 传感器都在运行过程中周期性地插入自检操作，称作周 期性自检。在这种自检中，若自检项目较多，一般应把 检查程序编号，并设置标志和建立自检程序指针表，以 此寻找子程序入口。周期性自检完全是自动的，在测控 的间歇期间进行，不干扰传感器的正常工作。除非检查 到故障，周期性自检并不为操作者所觉察。
图10-3 集成智能传感器结构示意图
2
第10章 智能传感技术
(三)混合实现 将系统各个集成化环节，如敏感单元、信号调理电 路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式 集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。
图10-4 智能传感器的混合集成实现结构
3
第10章 智能传感技术
二、智能传感器功能的实现
16
第10章 智能传感技术
(3)键控自检 键控自检是需要人工干预的检测手段。对那些不能 在正常运行操作中进行的自检项目，可通过操作面板上 的“自检按键”，由操作人员干预，启动自检程序。例 如，对智能传感器插件板上接口电路工作正常与否的自 检，往往通过附加一些辅助电路，并采用键控方式进行。 该种自检方式简单方便，人们不难在测控过程中找到一 个适当的机会执行自检操作，且不干扰系统的正常工作。 智能传感器内部的微处理器，具有强大的逻辑判断 能力和运行功能，通过技术人员灵活的编程，可以方便 地实现各种自检项目。
第10章 智能传感技术
(四)自补偿、自检验及自诊断 智能传感器系统通过自补偿技术可以改善其动态 特性，但在不能进行完善实时自校准的情况下，可以采 用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系 统特性的漂移，如零点漂移、灵敏度漂移等。同时，智 能传感器系统能够根据工作条件的变化，自动选择改换 量程，定期进行自检验、自寻故障及自行诊断等多项措 施保证系统可靠地工作。
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第10章 智能传感技术
(2)周期性自检 若仅在开机时进行一次性的自检，而自检项目又不 能包括系统的所有关键部位，那就难以保证运行过程中 智能传感器始终处于最优工作状态。因此，大部分智能 传感器都在运行过程中周期性地插入自检操作，称作周 期性自检。在这种自检中，若自检项目较多，一般应把 检查程序编号，并设置标志和建立自检程序指针表，以 此寻找子程序入口。周期性自检完全是自动的，在测控 的间歇期间进行，不干扰传感器的正常工作。除非检查 到故障，周期性自检并不为操作者所觉察。
图10-3 集成智能传感器结构示意图
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第10章 智能传感技术
(三)混合实现 将系统各个集成化环节，如敏感单元、信号调理电 路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式 集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。
图10-4 智能传感器的混合集成实现结构
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第10章 智能传感技术
二、智能传感器功能的实现
16
第10章 智能传感技术
(3)键控自检 键控自检是需要人工干预的检测手段。对那些不能 在正常运行操作中进行的自检项目，可通过操作面板上 的“自检按键”，由操作人员干预，启动自检程序。例 如，对智能传感器插件板上接口电路工作正常与否的自 检，往往通过附加一些辅助电路，并采用键控方式进行。 该种自检方式简单方便，人们不难在测控过程中找到一 个适当的机会执行自检操作，且不干扰系统的正常工作。 智能传感器内部的微处理器，具有强大的逻辑判断 能力和运行功能，通过技术人员灵活的编程，可以方便 地实现各种自检项目。
传感器与检测技术课件ppt课件
传感器与检测技术
第一篇 基础知识引论
1 绪论
1.1 检测仪表控制系统 1.2 基本概念 1.3 检测仪表技术发展趋势
检测技术
检测≠测量 检测技术是实验科学的一部分，主要研究各
种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
智能楼宇控制
图示为某公司楼宇自动化 系统。该系统分为：安全 监测、照明控制、空调控 制、水/废水管理等。
滞环效应分析
同一输入，对应多个输出值，出现误差。
1.2.6 滞环、死区和回差
死区： – 死区效应，例如传动机构 的摩擦和间隙。 – 实际上升曲线和实际 下降曲线不重合。 – 仪表输入小到一定范围后不 足以引起输出的任何变化。
死区效应分析
1.2.6 滞环、死区和回差
综合效应： – 既有储能效应，也具有 死区效应。 – 各种情况下，实际上升曲 线和实际下降曲线间的差 值称为回差或变差。
误差函数的有关符号：
– 1）y f x
：误差x发生的概率密度
– 2）p x f x dx ：误差为x的概率，称为概率元
– 3）p a x b b f x dx ：误差在a与b之间的概率 a
– 4）p x f x dx 1 ： 检测值存在或检测误差存在的概率为1
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
作图法求灵敏度过程
y
Δy
切点
传感器 特性曲线
x1
0
K y
Δx
x
xmax x
两者关系
灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件） 分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件）
原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵 敏度也不高。
灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系统 总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。
第一篇 基础知识引论
1 绪论
1.1 检测仪表控制系统 1.2 基本概念 1.3 检测仪表技术发展趋势
检测技术
检测≠测量 检测技术是实验科学的一部分，主要研究各
种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
智能楼宇控制
图示为某公司楼宇自动化 系统。该系统分为：安全 监测、照明控制、空调控 制、水/废水管理等。
滞环效应分析
同一输入，对应多个输出值，出现误差。
1.2.6 滞环、死区和回差
死区： – 死区效应，例如传动机构 的摩擦和间隙。 – 实际上升曲线和实际 下降曲线不重合。 – 仪表输入小到一定范围后不 足以引起输出的任何变化。
死区效应分析
1.2.6 滞环、死区和回差
综合效应： – 既有储能效应，也具有 死区效应。 – 各种情况下，实际上升曲 线和实际下降曲线间的差 值称为回差或变差。
误差函数的有关符号：
– 1）y f x
：误差x发生的概率密度
– 2）p x f x dx ：误差为x的概率，称为概率元
– 3）p a x b b f x dx ：误差在a与b之间的概率 a
– 4）p x f x dx 1 ： 检测值存在或检测误差存在的概率为1
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
作图法求灵敏度过程
y
Δy
切点
传感器 特性曲线
x1
0
K y
Δx
x
xmax x
两者关系
灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件） 分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件）
原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵 敏度也不高。
灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系统 总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。
传感器与检测技术 PPT课件
• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程，并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高，控制对象日益复杂，由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点，从而对检测技术 的要求不 断提高，促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
传感器与检测技术精PPT课件
L 2H 2R 2S 2
.
1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
.
例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
xmin 100% YFS
.
6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。
.
1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
.
例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
xmin 100% YFS
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
.
1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。
传感与检测技术 ppt课件
1.2 传感器的定义
传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系 的、便于应用的某种物理量的测量装置。 这是一个比较广泛的定义，包含下面含义： （1）是测量装置，能完成测量任务； （2）输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； （3）输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等， 这种量可以是气、光、电量，但主要是电量； （4）输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
1.1 传感器的应用领域
3.传感器与生物医学
光纤流速传感器
荧光材料制作的电子鼻传感器
生物酶血样分析传感器
1.1 传感器的应用领域
4.传感器与航空及航天
航天
飞行器：控制在预定轨道上 速度、加速度、飞行距离测量周围环境、内部设备监控、本身状态 陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器
1.1 传感器的应用领域
1.1 传感器的应用领域
7.传感器与军事技术
数字化战争需要利用全方位、多手段的传感器系统感知和收集战场 各种信息，对这些信息进行判读、分析、综合与管理，实现“传感器-控 制器-武器”一体化。
战场生物传感器不但能准确识别各种生化战剂，而且可与计算机配 合，及时提出最佳防护和治疗方案，还可通过测定炸药、火箭推进剂的 降解情况来发现敌人库存弹药的数量和位置，成为侦察的有效手段。
处电测控控系 人电机
污
利利能建 金
理话试制制统
器
染
用用利筑 融
用
1.1 传感器的应用领域
1.传感器与家用电器
自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风 扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院等。
全自动洗衣机中的传感器：衣物 重量传感器，衣质传感器，水温传感 器，水质传感器，透光率光传感器 (洗净度) 液位传感器，电阻传感器 (衣物烘干检测)。
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
9
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.
30
第10章 智能传感技术
图10-48 基于IEEE1451.2的 网络传感器结构
31
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.
21
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.
22
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.
《智能传感技术》课件
1
智能工厂
2
通过智能传感技术实现生产过程自动
化、信息化和智能化，提高生产效率Hale Waihona Puke 和质量，降低成本。3
智能医疗
4
智能传感技术可应用于医疗器械、健 康监测、诊断和治疗等多个方面，为
人们的健康保驾护航。
智能家居系统
可实现自动控制照明、门窗、温度、 烟雾报警等功能。
智能农业
利用物联网和大数据技术，实现智能 环境、自动控制、精准施肥等相关技 术，提高生产效率、降低成本。
智能传感技术的发展趋势
5G和物联网的结 合
使得智能传感技术能够更 快速、更大规模的运用， 能为人们创造更可靠、更 高效的连接和体验。
人工智能在智能 传感技术中的应 用
运用深度学习、模式识别 和数据挖掘等技术，实现 对环境和物体更深入的理 解和应用。
数据隐私和安全 问题
安全性问题是智能传感技 术发展过程中必须面对和 解决的问题之一。
不断加强研发，始终站在创新 的前沿，才能推动智能传感技 术的发展，为人们的未来带来 更加美好的生活。
智能传感技术
智能传感技术的应用已经广泛，从智能家居到智能工厂再到智能农业、医疗 等领域。这个PPT课件将着重介绍智能传感技术的基础知识、特点、应用、 发展趋势，以及总结未来方向。
引言
什么是智能传感技术？
基于传感器、数据采集、信息处理和控制策略等技术的综合应用。
为什么需要智能传感技术？
提高生产效率、降低成本、优化资源利用、增强安全、保护环境，改善人类生活质量等。
总结
智能传感技术的优势和 不足
优势：提高生产效率和质量， 节约资源和成本，优化环境和 生活方式；不足：复杂性高、 隐私保护需要提升、标准化和 技术集成问题等。
传感器与检测技术-第十章-智能传感技术 PPT课件
11
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10-13 零位温漂特性
13
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
值即为P。因而问题归结为 如何在各种不同的工作温
度T，获得所需要的补偿电 压ΔU。
15
第10章 智能传感技术
2.自检验 自检验是智能传感器自动开始或人为触发开始执行 的自我检验过程。它能对系统出现的软硬件故障进行自 动检测，并给出相应指示，从而大大地提高了系统的可 靠性。 自检验通常有三种方式。 (1)开机自检 每当电源接通或总清复位之后，都要进行一次开机 自检，在以后的测控工作中不再进行。这种自检一般用 于检查显示装置、ROM、RAM和总线，有时也用于对 插件进行检查。
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10-13 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
值即为P。因而问题归结为 如何在各种不同的工作温
度T，获得所需要的补偿电 压ΔU。
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第10章 智能传感技术
2.自检验 自检验是智能传感器自动开始或人为触发开始执行 的自我检验过程。它能对系统出现的软硬件故障进行自 动检测，并给出相应指示，从而大大地提高了系统的可 靠性。 自检验通常有三种方式。 (1)开机自检 每当电源接通或总清复位之后，都要进行一次开机 自检，在以后的测控工作中不再进行。这种自检一般用 于检查显示装置、ROM、RAM和总线，有时也用于对 插件进行检查。
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。
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
13
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
5
第10章 智能传感技术
图10-6 智能仪器的非线性校正技术
6
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
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图10-13 零位温漂特性
15
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
12
第10章 智能传感技术
(四)自补偿、自检验及自诊断 智能传感器系统通过自补偿技术可以改善其动态 特性，但在不能进行完善实时自校准的情况下，可以采 用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系 统特性的漂移，如零点漂移、灵敏度漂移等。同时，智 能传感器系统能够根据工作条件的变化，自动选择改换 量程，定期进行自检验、自寻故障及自行诊断等多项措 施保证系统可靠地工作。
a1—灵敏度，又称传感器系统的转换增益。
9
第10章 智能传感技术
被校环节的增益a1可根据(10-11)式得出
被测信号UX则为
a1
Ka1
YRY0 UR
ห้องสมุดไป่ตู้
UX
YXY0 a1
Y YX R Y Y00UR
(10-13) (10-14)
可见，这种方法是实时测量零点，实时标定灵敏度a1 。
图10-11 检测系统自校准原理框图
图10-2 非集成化智能传感器框图
2
精品资料
第10章 智能传感技术
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
14
第10章 智能传感技术
(1)零位温漂的补偿
传感器的零点，即输入量为
零时的输出量U0随温度而漂移， 传感器类型不同，其零位温漂特
性也各异。只要该传感器的温漂 特若性传(感U器0-T的)具工有作重温复度性为就T，可则以应补在偿。 传感器输出值U中减掉T ℃时的零 位值U0(T)。关键是要事先测出 U传0感-T特器性的，零存位在输内出存U0中与，温大度多关数系 特性呈非线性，如图10-13所示。 故由温度T求取该温度的零位值 U正0的(T)线，性实化际处上理是问相题同。于非线性校
第10章 智能传感技术
(二)集成化结构 这种智能传感器系统是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)。
图10-3 集成智能传感器结构示意图
5
第10章 智能传感技术
(三)混合实现 将系统各个集成化环节，如敏感单元、信号调理电 路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式 集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。
图10-4 智能传感器的混合集成实现结构
6
第10章 智能传感技术
二、智能传感器功能的实现
10
第10章 智能传感技术
被测目标参量X为
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。
值即为P。因而问题归结为 如何在各种不同的工作温
度T，获得所需要的补偿电 压ΔU。
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第10章 智能传感技术
2.自检验 自检验是智能传感器自动开始或人为触发开始执行 的自我检验过程。它能对系统出现的软硬件故障进行自 动检测，并给出相应指示，从而大大地提高了系统的可 靠性。 自检验通常有三种方式。 (1)开机自检 每当电源接通或总清复位之后，都要进行一次开机 自检，在以后的测控工作中不再进行。这种自检一般用 于检查显示装置、ROM、RAM和总线，有时也用于对 插件进行检查。
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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。
ΔU=U(T1)-U(T)
故
U(T1)=U(T)+ΔU
(10-29)
16
第10章 智能传感技术
图10-14 压阻式压力传感器 的灵敏度温度漂移
由(10-29)式可见，当 在工作温度T时测得的传感 器输出量U(T)，给U(T)加一 个补偿电压ΔU后，再按 U(T1)-P反非线性特性进行 刻度变换求取输入量压力
图10-5 传统仪器仪表中的硬件非线性校正原理
7
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
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；
第10章 智能传感技术
• 基本要求： • 10-1了解智能传感器体系结构； • 10-2掌握实现智能化功能常采用的技术； • 10-3了解网络传感器特点及发展。 • 重点：实现智能化功能常采用的技术 • 难点：实现智能化功能常采用的技术
1
第10章 智能传感技术
§10-1 智能传感器的体系结构与功能实现 一、智能传感器的体系结构 (一)非集成化结构