《智能传感技术》PPT课件.ppt

1、传感器技术,主讲人： 吴琼水 Tel:QQ：261564789 Email: ,武汉大学电子信息学院 光谱成像实验室,第10章智能传感技术,概述,第10章智能传感技术,智能传感器：,具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测和处理、逻辑判断、双向通信、自检、自校准、自补偿、自诊断和计算等全部或部分功能的器件称为智能传感器。,智能传感器是基于人工智能、信息处理技术所实现的，具有分析、判断，量程自动转换，漂移、非线性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等功能。,概述,第10章智能传感技术,智能传感器基本结构,概述,第10章智能传感技术,智

2、能传感器基本结构,与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地结合在一起，充分利用微处理器进行数据分析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，从而具有了一定的人工智能，弥补了传统传感器性能的不足，使采集的数据质量得以提高。 “微处理器”包含两种情况：一种是将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的“单片智能传感器”；另一种是指传感器能够配微处理器。,概述,第10章智能传感技术,智能传感器的特点,精度高： 自调零、自动补偿、自动校准 高可靠性与高稳定性 多功能，多参数测量 自适应能力强 超小型化、微型化、微功耗,第10章智能传感技术,传感器技术,10-1

3、 智能传感器的体系结构与功能实现 10-2 智能传感器系统集成技术 10-3 网络传感器 10-4 多传感器信息融合,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,智能传感技术,一、体系结构二、功能实现,一、体系结构,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,体系结构,非集成化结构,集成化结构,一、体系结构,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,(一)非集成化结构,将传统传感器(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。,一、体系结构,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,(二) 集成化结构,采用微机械加工技

4、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,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,(二) 集成化结构,优点：,微型化 结构一体化 精度高 多功能 阵列式 全数字化 使用方便，操作简单,一、体系结构,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,(三)混合实现,根据需要与可能，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、数字总线接口等，以不同的组合方式集成在几块芯片上，并装在一个外壳里。,二、功能实现,10-1智能传感器的体系结构与功能实现,一) 非线性校正 二) 自校零与自校准技术 三)

5、噪声抑制技术 四) 自补偿、自检验、自诊断,一) 非线性校正,二、功能实现,非线性校正技术,查表法,插值法:线性插值、多项式插值,最小二乘法,二)自校零与自校准技术,二、功能实现,多路转换器,零标信号,标准信号,传感器信号,信号检测系统,三) 噪声抑制技术,二、功能实现,1、程序判断法,尖峰干扰、脉冲干扰。,三) 噪声抑制技术,二、功能实现,2、中位值法,对某一点连续采集三次，取中间值。适合于缓慢变化信号滤波。,三) 噪声抑制技术,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

6、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。,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。,理想基线,实测基线,三) 噪声抑制技术,二、功能实现,5、一阶惯性滤波法 6、复合滤波 7、相关技术,四)自补偿、自检验、自诊断,二、功能实现,自补偿,零位温漂补偿,事先测定U0(T)-T特性，根据测量得到的温度求出对应的零位电压，再扣除之。,灵敏度温漂补偿,四)自补偿、自检验、自诊断,二、功能实现,自检验,开机自检,周期性自检,键控(人工)自检,四)自补偿、自检验、自诊断,二、功能实现,自诊断,早 期：硬件冗余备份表决

7、法,MCU: 解析冗余方法(模型方法),概念,10-3 网络传感器,网络传感器是指传感器在现场级实现网络协议，使现场测控数据就近登陆网络，在网络覆盖范围内实时发布和共享。 简单地说，网络传感器就是能与网络连接或通过网络使其与微处理器、计算机或仪器系统连接的传感器。,基本结构,10-3 网络传感器,网络传感器基本结构,发展概况,10-3 网络传感器,早期： 信号传输无统一规范 20世纪70年代 ： 4-20mA电流或1-5V电压，点对点，布线复杂，抗干扰差 20世纪80年代： RS232、RS485标准，布线复杂，抗干扰差 1983年：INTEL推出位总线技术，将低速通道同高速计算机总线隔离。现

8、场总线的雏形 20世纪80年代末：现场总线，全数字、开放、双向局部通信网络。目前，主要有Dupline、Lonworks、Profibus、HART、CAN、FF等现场总线。 现在：以太网与现场总线应用最为广泛。,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,基于IEEE1451标准的网络传感器,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,IEEE1451标准协议簇体系结构,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,IEEE1451.1的实现,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,IEEE1451.2的实现,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,IEEE1451.3的实现,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,IEEE1451.4的实现,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,基于IEEE1451.2标准的网络化传感器,网络传感器通用接口标准,10-3 网络传感器,基于IEEE1451标准的有线网络化传感器的典型体系结构,网络传感器通用接口标准,10-