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智能传感器的结构应用
DANBACH ROBOT
随着测控系统自动化、智能化的发展，传统的传感器已经不能满足定的数据处理能力以及自检、自校、自补偿的功能，多国科学家已在研发智能传感器和多功能传感器。
智能传感器的结构应用
传感器像人的五官样，是获取信息的重要工具。它在工业生产、国防建设和科学技术领域发挥着巨大的作用。但与飞速发展的计算机相比较，作为“五官”的传感器远远赶不上作为“大脑”的计算机的发展速度。
随着测控系统自动化、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。国外有的文章称传统的传感器为Dumbsensor(愚蠢的、笨哑的传感器)。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，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，产生功能强大的智能传感器。国外称为Intelligentsensor(智能传感器)或Smart2sensor(灵巧的、机敏的、智能传感器)。另外，传统的传感器般只能测量个参数，有些场合需要同时测量多个参数的体积小的多功能传感器。现在多国科学家已重视这方向的开拓，并已研制出些多功能传感器。
1、智能传感器
智能传感器是当今国际科技界研究的热点，尚无统的、确切的定义。本文不讨论(In2telligentsensor或Smartsensor)两个术语的区别，统称为智能传感器。
目前较外学者普遍认为，智能传感器是由传统的传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的，它充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据较佳。智能传感器的功能如下：
(1)自补偿能力：通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。
(2)自校准功能：操作者输入零值或某标准量值后，自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。
(3)自诊断功能：接通电源后，可对传感器进行自检，检查传感器各部分是否正常，并可诊断发生故障的部件。
(4)数值处理功能：可以根据智能传感器内部的程序，自动处理数据，如进行统计处理，剔除异常值等。
(5)双向通信功能：微处理器和基本传感器之间构成闭环，微处理机不但接收、处理传感器的数据，还可将信息反馈至传感器，对测量过程进行调节和控制。
(6)信息存储和记忆功能。
(7)数字量输出功能：输出数字信号，可方便的和计算机或接口总线相连。
目前研制的智能传感器只具有上述功能中的部分。传统的传感器只能作为敏感元件，检测物理量的变化，而智能传感器则包括测量信号调理(如滤波、放大、A/D转换等)、数据处理以及数据显示等。它几乎包括了仪器仪表的全部功能。可见智能传感器的功能已延伸到仪器的领域。
随着科学技术的发展，智能传感器的功能将逐步增强，它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等)，使传感器具有更高的智能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能，可以完成图象识别、特征检测、多维检测等复杂任务。
2、智能传感器的结构
智能传感器主要由传感器、微处理器(或微计算机)及相关电路组成。
传感器将被测的物理量转换成相应的电信号，送到信号调理电路中，进行滤波、放大、模-数转换后，送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心，它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低传感器制造的难度，提高传感器的性能，降低成本。
智能传感器的结构可以是集成的，也可以是分离式，按结构可以分为集成式、混合式和模块式三种形式。集成智能传感器是将个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同硅片上，集成度高，体积小。这种集成的传感器在目前的技术水平下还很难实现。将传感器和微处理器、信号处理电路作在不同的芯片上，则构成混合式的智能传感器(HybridSmart2Sensor)。目前这类结构较多。初的智能传感器也可以有许多互相独立的模块组成，如将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同壳体内，则组高，体积较大，但在目前的技术水平下，仍不失为种实用的结构形式。
3、多功能传感器
多功能传感器能转换两种以上的不同物理量。例如，使用特殊的陶瓷把温度和湿度敏感元件集成在起，作成温湿度传感器；把检测钠离子和钾离子的敏感元件集成在个基片上，制成测量血液中离子成分的传感器；将检测几种不同气体敏感元件用厚膜制造工艺作在同基片上，制成检测H2S、C8H18、NH3、C20H20O四种气体的多功能传感器；在同硅片上制作应变计和温度敏感元件，制成同时测量压力和温度的多功能传感器，该传感器还可以实现温度补偿。此外，日本学者还研制出其它多功能传感器，如测量温湿度和风速，测量物体表面光洁度和温度的传感器。有些多功能传感器是混合式的，分别制作几个传感器并组装起来。多功能传感器和微处理机、信号处理电路结合起来，则组成多功能智能传感器。
4、智能传感器和多功能传感器的应用
智能传感器较早应用在航天领域。宇宙飞船中需要测量大量参数，有反映运行轨道的速度、加速度、姿态、方位等参数，有反映宇航员生存环境的温度、湿度、气压、空气成分等参数，因此需要大量的传感器。这些大量的原始数据若直接送到计算机中，无疑会增加主计算机的负担，影响处理速度。为了提高效率和可靠性，采用分布处理的方法，即将这些数据先经过各自的处理系统进行预处理，然后再传送至主机进行集中处理。这就是在美国宇航局开发宇宙飞船时所开发的智能传感器。由于智能传感器和多功能传感器的功能强，集成度高，体积小，因此可以大大减少传感器的数量和连接电缆线的重量，这恰是导弹、卫星、宇宙飞船等飞行器所需要的，所以它们在航空航天领域中起着非常重要的作用。
在工业生产中，随着生产过程自动化的发展，采集的数据越来越多，需要使用大量传感器和计算机。特别是需要智能传感器。
智能传感器和多功能传感器在机器人中有广阔的应用前景。如视觉传感器、触觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器等。特别是智能机器人，需要根据采集的信息进行识别、判断、决策。智能传感器如同人的五官，可以使机器人具有感知功能。现在些在研究开发可以识别物体形状的触觉传感器，分辨不同气体的嗅觉传感器。
随着智能传感器和多功能传感器的发展，它们将在工业、科技、国防等各个部门得到更广泛的应用。
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