智能傳感器IntelligentSensor傳感器、計算機及執行器的價格性能比§3.1重新認識傳統傳感器F敏感元件轉換元件§3.1重新認識傳統傳感器VER1R2R3R4發展趨勢智能化多功能傳感器微型化傳感器網絡§3.1重新認識傳統傳感器HoneyWellST—3000

智壓力能變送器的結構框圖

敏感元件是在同一塊硅片上配置差壓、靜壓和溫度三種傳感元件，有效地解決了靜壓、差壓以及溫度之間交叉靈敏度對測量的影響問題，變送器的內部除傳感器調理電路外，還帶有微處理器、存儲器以及I/O接口等，具有雙向通信能力和完善的自診斷功能。變送器的輸出有兩種形式：一種為標準的4～20mA的模擬信號輸出；一種為數字信號輸出?！?.1重新認識傳統傳感器定義：傳感器與微處理器賦予智能的結合，兼有信息檢測與信息處理功能的傳感器就是智能傳感器(系統)。利用微處理機技術使傳感器智能化是80年代新型傳感器的一大進展。

智能化設計是傳感器傳統設計中的一次革命，是世界傳感器發展的必然趨勢?！?.2認識智能傳感器

具有自校零、自標定、自校正功能；具有自動補償功能；能夠自動采集數據，并對數據進行預處理；能夠自動進行檢驗、自選量程、自尋故障；具有數據存儲、記憶與信息處理功能；具有雙向通訊、標準化數字輸出或者符號輸出功能；具有判斷、決策處理功能?！?.2認識智能傳感器智能傳感器功能板材測厚傳感器利用RS232串口總線,用戶可通過PC發布指令（組態）來改變PPT傳感器的任何一個參數；通過RS232總線聯網,用戶可以和一個傳感器、一組傳感器或網絡上所有的傳感器通訊；§3.2認識智能傳感器DS18B20的性能特點：①采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機接口，無須經過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進制數，含符號位），②測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃,③內含64位經過激光修正的只讀存儲器ROM，④適配各種單片機或系統機，⑤用戶可分別設定各路溫度的上、下限，⑥內含寄生電源。DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器,非揮發的溫度報警觸發器TH和TL,高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖1所示。

64位光刻ROM是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列號。不同的器件地址序列號不同。§3.2認識智能傳感器國產ACD-2智能無線數字壓力溫度傳感器網絡§3.2認識智能傳感器反非線性的折線逼近非線性自校正流程圖非線性自校正技術:§3.3智能傳感技術自校零與自校準技術

假設一傳感器系統經標定實驗得到的靜態輸出(y)—輸入(x)特性如下：y=a0+a1x式中：a0——零位值，即當輸入x=0時之輸出值；

a1——靈敏度，又稱傳感器系統的轉換增益。式中：Δa0——零位漂移；

Δa1—靈敏度漂移?！?.3智能傳感技術智能傳感器系統實現自校準功能原理框圖(a)方法一(不含傳感器自校)；(b)方法二(含傳感器自校)§3.3智能傳感技術壓力自校準系統原理框圖§3.3智能傳感技術不同狀態下的靜態特性(a)壓力傳感器；(b)溫度傳感器多信息融合技術§3.3智能傳感技術我們可以將壓力傳感器輸出電壓U描述為壓力參數P和溫度傳感器輸出Ut的二元函數，即通過標定，確定二次曲面擬合方程式多信息融合技術自診斷技術§3.3智能傳感技術

傳感器故障診斷的早期方法主要是采用硬件冗余方法(HardwareRedundancy)。硬件冗余方法是對容易失效的傳感器設置一定的備份，然后通過表決器方法進行管理。缺點是設備復雜，體積和重量都很大，占空間，而且成本較高，尤其是對于有許多測量量的情況而言，硬件冗余方法的不足就更為突出。自診斷技術§3.3智能傳感技術傳感器故障診斷的解析冗余方法原理圖

§3.4智能傳感器的實現非集成化實現§3.4智能傳感器的實現混合集成化實現§3.4智能傳感器的實現集成化實現（ASIM）C5-M3濕度傳感器集成電路相對濕度傳感器HIH3610/4000§3.4智能傳感器的實現瑞士Sensirion公司SHT11數字式溫濕度傳感器§3.4智能傳感器的實現iPhone4里的陀螺儀，型號是AGDL2022,是一種微電子機械系統（MEMS）常規傳感器主要選擇金屬材料制作，而微傳感器則優先選用硅材料制作；絕大多數的硅壓力傳感器，其感壓元件都是硅膜片，敏感機理主要有：壓阻效應、電容效應及機械諧振效應§3.5MEMS傳感器§3.5MEMS傳感器微型化；結構一體化；精度高；多功能；陣列式；全數字化（諧振式傳感器）；使用極其方便，操作極其簡單§3.5MEMS傳感器在膜片上擴散電阻，并連成惠斯頓電橋。當壓力作用在膜片上時，膜片產生變形，電阻值變化，電橋失衡，失衡量和被測壓力成比例，用微電路檢測出這種電阻變化，即可測出壓力變化。硅壓阻式傳感器的主要缺點是壓阻效應隨溫度的變化明顯，應用時必須做溫度補償?！?.5.1硅壓阻式壓力傳感器§3.5.1硅壓阻式壓力傳感器淀積在膜片表面上的金屬層形成電容器的活動電極，另一電極淀積在襯底上，二者構成平行板式電容器。當膜片感受壓力作用彎曲時，電容器的極板間距改變，引起電容變化，其變化量與被測壓力相對應，從而得知被測壓力。硅電容式壓力傳感器的靈敏度高，輸出隨溫度變化小?！?.5.2硅電容式壓力傳感器§3.5.2硅電容式壓力傳感器與膜片式硅電容壓力傳感器相比，具有硬中心的硅電容壓力傳感器更有利于使極板間感壓電容Csen的變化處處相等。與硅壓阻式壓力傳感器相比，硅電容式壓力傳感器的靈敏度高10倍以上，而功耗卻低2個數量級。而且輸出隨溫度的變化小，因此具有良好的輸出重復性和穩定性，更適合于低壓量程測量。§3.5.2硅電容式壓力傳感器基于諧振技術的諧振式傳感器，自身為周期信號輸出（準數字信號），只用簡單的數字電路即可轉換為微處理器容易接受的數字信號。諧振式傳感器的重復性、分辨率和穩定性等非常優良，又便于和微處理器直接結合組成數字控制系統，自然成為當今人們研究的重點?！?.5.3硅諧振式壓力傳感器硅諧振式壓力傳感器是基于膜片或梁的諧振頻率隨壓力變化而改變的函數關系，確定被測壓力。膜片由電容或靜電激勵而發生諧振。當膜片受氣體壓力作用時，其剛度改變，引起頻率增加，則頻率的增加量對應被測壓力?！?.5.3硅諧振式壓力傳感器硅諧振式壓力傳感器原理結構§3.5.3硅諧振式壓力傳感器諧振式傳感器閉環自激的頻率點必然接近于諧振敏感元件的固有頻率?！?.5.3硅諧振式壓力傳感器組成：R為諧振子，工作時振動在諧振狀態，其諧振頻率（固有頻率）受被測量M的調制；E為激勵諧振子發生諧振的激勵器，激勵方法有靜電激勵、壓電激勵、電阻熱激勵及電磁激勵等；D為振動信號檢測器，檢測方法有電阻檢測、電容檢測、壓電檢測及電磁檢測等。A為放大調頻電路，用于調節信號的幅值和相位，并將信號正反饋給激勵器，維持諧振子在滿量程內等幅振動，同時將放大信號傳到檢測輸出裝置，顯示出與被測量相對應的電信號?！?.5.3硅諧振式壓力傳感器§3.5.3硅諧振式壓力傳感器直接輸出頻率量，無需A/D轉換，可方便的與數字系統掛接，組成高精度的測控系統。為閉環工作，其性能主要取決于諧振子的機械性質，受電路參數變化（如電漂移、噪聲等）的影響很小。測量精度、穩定性及測量分辨率均優于硅壓阻和硅電容式壓力傳感器1個數量級。缺點－－結構比較復雜，加工難度較大?！?.5.3硅諧振式壓力傳感器§3.5.3硅諧振式壓力傳感器單軸MEMS偏航陀螺儀工作原理圖§3.5MEMS傳感器§3.5MEMS傳感器§3.6現場總線控制系統中的智能傳感器現場總線控制系統框圖

現場總線控制系統(FCS)把許多控制功能從控制室移至現場儀表，大量的過程檢測與控制的信