安全生产智能化保障技术 第2版 课件 第三章 智能传感器

安全生产智能保障技术

第三章智能传感器

1智能传感器概述

2智能传感器的实现途径

3MEMS传感器

4智能传感器在工业安全中的应用主要内容传感器与传感技术

传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置传感技术：传感技术是研究传感器的材料、设计、工艺、性能和应用的综合技术。传感技术是门涉及边缘学科的高新技术，它涉及物理学、数学、化学、材料学、工艺学、统计学和各种现代前沿的学科技术。传感器内涵①传感器是测量装置，能完成检测任务；②它的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它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。

智能传感器的概念

智能传感器的概念于20世纪80年代由美国宇航局首次提出，是在传统的传感器基础上发展起来的，它与传统传感器有着密不可分的关系，但绝不是传统概念中的传感器。所谓传统传感器是指:能感受规定的被测量，并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换器组成。

智能传感器克服了传统传感器只获取而不处理信息的不足。智能传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代传感器技术，它涉及到传感技术、微机械与微电子技术、信号与信息处理技术、电路与系统、神经网络技术等多种学科。

智能传感器基本结构

智能传感器的功能和特点——功能1、信息存储和传输2、自补偿和计算功能3、自检自校、自诊断功能4、复合敏感功能5、组态功能6、数字通讯功能

智能传感器的功能和特点——特点1、高精度2、高可靠性3、高信噪比4、高自适应性5、高性价比

智能传感器的发展趋势1、向高精度发展2、向高可靠性、宽温度范围发展3、向微型化发展4、向微功耗和无源化发展5、向智能化数字化发展6、向网络化发展发展趋势

智能传感器的发展趋势1、应用机器智能的故障探测和预报2、非常态和误动作下对故障的探测和预测3、多维状态传感的研究与开发4、目标成分分析的远程传感5、用于资源有效循环的传感器智能发展重点

智能传感器的发展趋势1、物理转换机理的研究2、多数据融合的研究发展热点

智能传感器的实现途径利用计算机合成1、非集成化实现非集成化智能传感器是将传统的基本传感器、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一个整体而构成的智能传感器系统。

智能传感器的实现途径利用计算机合成2、集成化实现集成化智能传感器系统是采用微机械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的敏感元件、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的

智能传感器的实现途径利用计算机合成3、混合实现所谓混合实现智能传感器，是将智能传感器的各个子系统，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，并封装在同一壳体内，实现智能传感器的混合集成

智能传感器的实现途径利用智能材料——智能血糖仪在生物传感器中酶和微生物对特殊物质具有高选择性，有时甚至能辨别出一个特殊分子，现已广泛使用的血糖传感器就是酶传感器的一个典型例子

智能传感器的实现途径利用智能材料——“电子鼻”由不同的传感材料制成厚膜气体传感器，对各种待测气体有不同的敏感性。这些气体传感器被安装在一个普通的基片上，用于各种气体的传感器的敏感模式辨识

智能传感器的实现途径利用智能结构利用智能结构途径实现的智能传感器又称为几何结构型智能传感器。其信号处理功能是通过传感器装置的几何结构或机械结构实现。MEMS传感器概述MEMS传感器是微机电系统的重要组成部分，是实现微机电系统感知、信号处理的功能器件。MEMS传感器的技术发展趋势1、开始由毫米、微米器件向更微小、更集成方向发展2、逐渐向非硅工艺与硅基MEMS传感器工艺相兼容的方向发展3、感知检测与信号处理、通信功能一体化已经成为MEMS发展的主方向4、向智能复合多功能MEMS传感器集成5、向标准化集成快速转换MEMS传感器的应用应用领域系统MEMS传感器、器件

汽车安全系统MEMS硅加速计、角速度计、微惯性传感器，位移、位置和压力传感器，微阀，硅陀螺仪发动机和动力控制系统硅压阻、硅电容歧管（绝对）压力传感器，胎压计、MEMS硅胎压监测芯片、ABS硅压力传感器、诊断和健康检测系统压阻型压力传感器、硅微动压力开关

工业过程控制

力学量控制系统（力学、压力、流体、惯性、角度姿态等）硅压阻、硅电容、硅谐振、陶瓷电容、石英压电、溅射薄膜等压力、压差、绝对压力传感器（变送器）、硅微应变计、多轴硅惯性器件环境控制系统（温湿度、气体等）硅材料、多晶硅材料、薄膜等温湿度、气体传感器（变送器）电磁电量控制系统硅电磁电量、霍尔、多晶硅电磁电量（变送器）应用领域系统MEMS传感器、器件

生物医疗临床化验系统生化分析仪用生物传感器（硅微阀、微通道、微喷管）基因分析和遗传诊断系统硅微镜阵列、电泳微器件颅内压力检测系统硅电容式压力传感器微型手术硅微驱动器超声成像系统微型成像探测器（探头）电磁微机电系统MEMS硅微磁泳器件、微电磁膜片钳人工／仿生器官电子鼻、植入式微轴血泵液体测控系统微喷、微管路、微腔室、微阀、微泵、微传感器药物控释系统微泵、微注射管阵列、微阀、微针刀、微传感器、微激励器

航空航天微型惯性导航系统微陀螺仪、微加速度计、压力微传感器空间姿态测定系统微型太阳和地球传感器、磁强计、推进器动力和推进系统微喷嘴、微喷气发动机、微压力传感器、化学传感器、微推进器、阵列、微开头通信和雷达系统RF微开头、微镜、微可变电容器、电导谐振器、微光机电系统控制和监视系统微热管、微散热器、微热控开头、微磁强计、重力梯度监视器微型卫星微马达、微传感器、微处理器、微型火箭、微控制器等信息通讯光纤通信系统光开关、光检测器、光纤耦合器、光调制器、光图像显示器无线通信系统微电感器、微电容器、微开关、微谐振器能源微动力系统微内燃发动机、静电、电磁、超声微电机、微发电机、微涡轮机微电池微燃料电池、微太阳能电池、微锂电池、微核电池智能传感器在工业安全中的应用1、智能传感器在汽车电子系统中的应用汽车超声波智能传感器测距系统自动酒精检测传感器系统智能胎压监测系统智能雨刷系统智能传感器在工业安全中的应用2、在环境监测方面的应用民用气体探测网络家用燃气管网室内环境监控网络火灾报警系统工业领域气体监控网络应用石化工业、电力工业、半导体微电子工业、食品工业、

汽车和窑炉工业智能传感器在工业安全中的应用2、在环境监测方面的应用环境检测网络气象部门对于氮的氧化物、硫的氧化物、氢化氢等引起酸雨的气体的检测环保领域对于二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟利昂等温室效应气体的监测网络市政系统对于氨气、硫化氢和其他难闻气体的检测气体传感器在化工、石油、冶金领域应用智能传感器在工业安全中的应用3、在煤炭安全中的应用

在煤矿瓦斯安全监测中，应用基于模糊传感技术的智能传感器不仅可以给出瓦斯量测量结果的数值测量值，而且还可以给出测量结构的拟人类语言描述。另外，模糊传感器还可以将领域专家在该测量领域的研究成果与有益经验融入到测量过程，从而减少井下复杂环境中非目标参量对测量结果的干扰，提高瓦斯监测系统的可靠性。智能传感器在工业安全中的应用4、在航空航天、通信领域中的应用在航空航天中的应用监视飞行器各分系统与部件在飞行过程中的工作状态监视飞行器自身的工作状态与相对位置等运动信息，向载人飞行器的测控系统中的故障检测、环境控制逃逸救生、飞船舱外活动与再入登陆等系统提供有用信