智能传感器的种类和结构/特点/作用/实现

智能传感器的概念最早是由NASA在开发宇宙飞船的过程中引入的，并于1979年形成产品。宇宙飞船需要大量的传感器来向地面或航天器发送温度、位置、速度和姿态等数据，即使使用大型计算机，也很难同时处理如此庞大的数据。此外，航天器限制了计算机的体积和重量。希望传感器本身具有信息处理功能，因此当传感器与微处理器组合时，会出现智能传感器。

智能传感器是一种可以感知和检测某个物体信息，可以学习、判断和处理信号的功能，是一种具有通信和管理功能的新型传感器。智能传感器具有自动校准、校准、补偿和收集数据的能力。其能力决定了智能传感器具有高精度和分辨率、高稳定性和可靠性、良好的适应性。与传统传感器相比，它具有高性能的价格比。

智能传感器的种类和结构

1）智能传感器的类型如下：

A.传感器具有判断能力

B.具有学习能力的传感器

C.具有创造力的传感器

2）智能传感器的结构

智能传感器系统主要由传感器、微处理器和相关电路组成，如图所示。传感器将测量的物理量和化学量转换为相应的电信号，将其发送到信号调制电路，然后经过滤波，放大和A/D转换后发送到微处理器。

微处理器对接收到的信号进行计算、存储、数据分析和处理，对传感器的反馈回路和信号调理电路进行调整，以实现测量过程的调节和控制;另一方面，将处理结果传送到输出接口，接口电路根据输出格式进行处理后，输出接口自定义数字测量结果。微处理器是智能传感器的核心。由于各种软件的功能，传感器智能化，传感器的性能大大提高。

智能传感器的特点

（1）高精度

智能传感器通过自动调零和除零、标准参考实时自动对比整体系统校准、非线性系统误差、大量实时数据分析和处理，消除意外误差的影响，保证智能传感器的精度。

（2）高可靠性和高稳定性

智能传感器系统可自动补偿零点漂移引起的工况特性和环境参数变化和环境温度等灵敏度，漂移引起的系统电源电压波动;可自动变换测量参数量程，实时系统自检，分析判断数据合理性应急处理，并自动进行异常情况处理。

（3）高信噪比和高分辨率

智能传感器具有数据存储、记忆和信息处理功能，通过数字滤波和相关性分析，可以去除输入数据中的噪声，自动提取有用数据;通过数据融合，神经网络技术可以消除交叉敏感条件下许多参数的影响。

（4）适应性强

智能传感器具有判断、分析和处理功能。它可以根据系统的工作条件，用高/顶计算机对各部分的供电和数据传输速率做出决策，使系统在最佳的低功耗状态下工作，优化传输效率。

（5）更高的性能和价格比

智能传感器具有高性能，不像传统的传感器技术那样通过追求完美，传感器本身在传感器设计和调试、精心制作的工艺品的各个环节“来获得”，而是通过计算机和微处理器/微芯片的结合，采用集成电路技术和廉价而强大的软件来实现，因此它具有高性能的价格比。

智能传感器的作用

智能传感器的功能是通过模拟人体感觉器官和大脑的协调动作，结合长期测试技术的研究和实践经验来模拟的。它是一个相对独立的智能单元。它的出现降低了对原有硬件性能的苛刻要求，并通过软件辅助大大提高了传感器的性能。智能传感器通常可以实现以下功能：

（1）我们观察我们周围的自然现象。常见的信号是声、光、电、热、力和化学。敏感元素测量通常以两种方式进行测量：直接测量和间接测量。

智能传感器功能复杂，可以同时测量各种物理量和化学量，给出的信息可以更全面地反映物质运动规律。作为加州大学的复合液体传感器，温度、速度、压力和密度可以同时测量介质。美国EG&GIC传感器公司开发的复合机械传感器可以同时测量一个点的三维振动加速度，速度和位移。

（2）自适应功能智能传感器可以在一定范围内的条件下自动调整自身特性以适应这种变化。

自适应技术可以延长器件或器件的使用寿命，因为它可以补偿老化组件引起的参数漂移。同时，它也扩大了其工作领域，因为它可以自动适应不同的环境条件。自适应技术提高了传感器的可重复性和精度。因为校正和补偿值不再是平均值，而是测量点的真实校正值。

（3）自检、自校准、自诊断功能的普通传感器需要定期检查和校准，以确保其在正常使用中足够准确，这些一般要求传感器从现场到实验室或检验部门去掉，对于在线测量传感器是否异常是不及时诊断的。

当使用智能传感器时，情况会大大改善。首先，在电源电源上执行自诊断功能，并使用诊断测试来确定组件的故障。其次，可以根据使用时间在线校正，微处理器利用E2PROM中的测量特性数据进行检查和校对。

（4）信息存储功能往往是成功的关键。智能传感器可以存储大量信息，用户可以随时查询。此信息可以包括设备的历史信息。

例如，传感器工作了多少小时，更换了多少次电源，等等。它还包括传感器的所有数据和图表，包括配置选择说明等。此外，还包括最终工厂测试的序列号、生产日期、目录和最终结果。内容可以是无限的，只是受智能传感器本身的存储容量的限制。除了过程数据处理、自诊断、配置和信息存储四大功能外，智能传感器还提供数字通信和自适应能力。

（5）数据处理是处理数据处理的一项非常重要的任务，智能传感器本身就提供了此功能。智能传感器不仅可以放大信号，还可以使信号数字化，并使用软件实现信号调整。通常，基本传感器不能给出线性信号，过程控制将线性度作为重要目标。智能传感器可以通过查找表模式对非线性信号进行线性化。

当然，本数据手册应针对每个传感器单独编制。智能传感器过程数据处理的另一个例子是通过数字滤波器对数字信号进行滤波，从而减少噪声或其他相关影响的干扰。使用软件开发复杂的滤波器比使用分立电子电路要容易得多。环境因子补偿也是数据处理的一项重要任务。微控制器有助于提高信号检测的准确性。

例如，通过测量基本检测元件的温度可以获得正确的温度补偿系数，从而实现对信号的温度补偿。使用软件还可以实现非线性补偿和其他更复杂的补偿。这是因为查询表几乎可以生成任何形状的曲线。有时必须测量和处理几个不同的物理量，以便给出它们各自的数据。智能传感器的标志控制器可以轻松实现多个信号的加减乘除运算。在过程数据处理过程中，智能传感器可能非常重要。

此外，将这些操作从中央控制室下方放到靠近信号发生点的点也是有益的。一是向控制室发送额外信号的成本很高，而智能传感器节省了额外传感器和引线的成本。另一种是在信息的应用点检测附加信息，大大减少了远距离传输引入的负面影响（如噪声和电位差），使信号更加准确。三是简化主控制器中的软件，提高控制回路的速度。

（6）智能传感器配置功能的另一个主要特点是配置功能。

信号应该放大多少倍？温度传感器输出是摄氏度还是华氏度？对于智能传感器用户，可以随意选择所需的配置。例如，检测范围、可编程通过/中断延迟、选择组计数器、开/常闭、8/12位分辨率选择等。这只是当今智能传感器无数配置中的一小部分。灵活的配置功能大大减少了用户开发和更换必要类型和数量的不同传感器的需求。利用智能传感器的配置功能，可以使同类型传感器工作在最佳状态，可以在不同的场合做不同的工作。

（7）数字通信的功能如上所述。由于智能传感器可以产生大量的信息和数据，普通传感器的单一输入和输出无法为设备数据提供必要的输入和输出。但是你不能为每个信息使用一条引线，因为它使系统非常复杂，它需要一个灵活的串行通信系统。

在过程工业中，通常可以看到点和点连接以及串联网络。大趋势是向串联网络的方向发展。由于智能传感器本身有单片机，属于数字，因此可以自然配置与外部连接的数字串行通信。因为串行网络抵抗环境影响（如电磁干扰）的能力比普通模拟信号强得多。通过将串行通信与设备匹配，可以有效地管理信息的传输，以便仅在需要时输出数据。

四、智能传感器的实现

4.1智能传感器的实现

目前，随着传感器技术的发展，智能传感器的实施有三种方式进行。

a.使用计算机合成，即智能合成;

B.使用特殊功能材料，即智能材料;

C.采用功能化的几何结构，即智能结构。智能合成是传感器器件和微处理器的结合，是目前的主要方法。

4.2智能传感器技术

根据传感器和计算机的合成方法，电流传感技术采用以下三种具体方式来实现智能传感器。

非集成模块模式。非集成智能传感器是由传统基础传感器、信号调理电路和微处理器与数字总线接口组成的智能传感器系统。这种非集成智能传感器是在现场总线控制系统发展形势发展迅速的情况下发展起来的。自动化仪表制造商原有成套生产设备基本不变，增设一块数字微处理器总线接口板组装而成，并配有通讯、控制、自校正、自补偿、自诊断的智能软件，实现智能传感器功能。这是构建智能传感器最经济、最快捷的方法。

集成实施。智能传感器系统采用微加工技术和大规模集成电路技术，以硅为基础材料制造敏感元件、信号调理电路和微处理器单元，并将它们集成在芯片上。集成实现使智能传感器实现小型化和结构集成化，从而提高精度和稳定性。传感元件阵列由阵列和相应的图像处理软件组成后，可以实现图形成像，构成多维图像传感器。那时，智能传感器已经达到了最先进的形式。

综合实施

混合实现。要在芯片上实现智能传感器系统存在许多难题。根据需要和可能，我们可以集成系统的所有集成环节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元和数字总线接口，并将它们以不同的组合集成在两个或三个芯片上。