智能传感与检测技术 第10章习题答案

第10章思考题与习题一、填空题1.智能传感器与人类智能相类似，其传感器相当于人类的感知器官，其微处理器相当于人类的大脑，可进行信息处理、逻辑思维与推理判断。2.科学和生产工艺的发展大大促进了传感器技术的发展，传感器技术、通信技术和计算机技术共同构成了现代信息技术的三大支柱。3.按照像素排列方式的不同，CCD又可分为线阵与面阵两大类。4.生物传感器是一种利用生物活性物质的分子识别功能，将感受到的被测物质的特征量转换成可用输出信号的传感器。二、综合题1.简述智能化传感器的特点。智能传感器已具备了人类的某些智能思维与行为。人类通过眼睛、鼻子、耳朵和皮肤感知获得外部环境多重传感信息，这些传感信息在人类大脑中归纳、推理并积累形成知识与经验；当再次遇到相似外部环境时，人类大脑根据积累的知识、经验对环境进行推理判断，做出相应反应。智能传感器精度高、响应快、稳定性好，可靠性高，还要求其具有数据存储与处理、自校准、自诊断、自补偿和远程通信等功能。2.图像传感器主要分为哪三种？图像传感器产品主要分为CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合器件）、COMS（ComplementaryMetatal-oxideSemiconductoor，互补金属氧化物半导体）以及CIS(ContactImageSensor，接触式图像传感器）三种。3.CCD有几个工作过程？分别是什么？在CCD中，CCD的信号为电荷信号，电荷注入的方法有很多，归纳起来，可分为光注入和电注入两类。CCD工作过程的第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，依据的是半导体的内光电效应（也就是光生伏特效应）。CCD工作过程的第二步是信号电荷的存储收集，是将入射光子激励出的电荷收集起来使其形成信号电荷包的过程。CCD工作过程的第三步是信号电荷包的传输转移，是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。通过按一定的时序在电极上施加高低电平，可以实现光电荷在相邻势阱间的转移。CCD的信号电荷读出方法有输出二极管电流法和浮置栅MOS放大器电压法两种。CCD工作过程的第四步是电荷的检测，是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。输出类型主要有以下三种。电流输出。浮置栅放大器输出。浮置扩散放大器输出。4.简述CCD图像传感器和CMOS图像传感器的区别。CCD图像传感器与CMOS图像传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用光电二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据的。CCD图像像传感器与CMOS图像传感器器的主要差异是数字数据传输的方式不同。CCD图像传感器中每一行中每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一个像素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。而在CMOS图像传感器中，每个像素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。CCD图像传感器与CM0S图像传感器另一个主要差异是电荷读取方式不同。对于CDD,光通过光电二极管转换为电荷，然后电荷通过传感器芯片传递到转换器，最终信号被放大，因此电路较为复杂，速度较慢。对于CMOS,光通过电极二极管的光电转换后直接产生电压信号，信号电荷不需要转移，因此CMOS图像传感器集成度高，体积小。综上所述，CCD图像传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS图像传感器，而CMOS图像传感器则具有低成本、低功耗以及整合度高的优点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势。例如：CCD图像传感器一直在功耗上做改进，以应用于移动通信市场；CMOS图像传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品。5.简述智能生物传感器的应用场合。从20世纪60年代Clark和Lyon提出生物传感器的设想开始，生物传感器的发展已经距今已有几十年的历史了。作为一门在生命科学和信息科学之间发展起来的交叉学科，生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。随着社会的进一步信息化，生物传感器必将获得越来越广泛的应用。近年来，受生物科学、信息科学和材料科学发展的推动，智能生物传感器技术飞速发展。未来的智能生物传感器将进一步应用在医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业等各个领域。6.什么是生物芯片？进入21世纪，电子技术和生物技术相结合，诞生了生物芯片。生物芯片由研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术开始，已形成独立学科，成为生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术。生物芯片原名称为“核酸微阵列”，是通过微加工技术和微电子技术，在一块1cm2大小的硅片、玻璃片、凝胶或尼龙膜上，构建成密集排列的生物分子微阵列。7.简述模糊传感器的概念。模糊传感器是在传统传感器数值测量数据的基础上，经过模糊推理与知识集成，以自然语言符号的形式来描述输出结果的智能传感器。所以，模糊传感器具有智能传感器感知、学习、推理，通信等基本功能，其中学习功能是模糊传感器特殊而重要的功能，例如，检测天气舒适度的模糊传感器需结合温度、湿度、风速等气象要素对人体综合作用，表征人体在大气环境中舒适程度。8.简述多传感器数据融合系统有应用场合。多传感器数据融合系统包含多传感器融合和数据融合。多传感器融合是指多个基本传感器空间和时间上的复合设计和应用，常称多传感器复合。多传感器融合能在极短时间内获得大量数据，实现多路传感器的资源共享，提高系统的可靠性和宽容性。数据融合也称信息融合，是指利用计算机对获得的多个信息源信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。数据融合已经应用到智能机器人、遥感、医疗等领域，在军用领域，数据融合已经应用到对空防御、电子对抗、指挥系统等。这些是目前数据融合应用得较为成熟的领域，另外还有很多其他新的领域均会应用到多传感器数据融合技术。9.简述MEMS传感器的应用领域。微传感器具有空间占有率小、灵敏度高