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传感器智能化是当今国际化研究方向的热点趋势

时间:2020-12-18 点击次数:

测控系统的自动化、智能化,使得传统的传感器得以满足一定的数据处理能力和自检、自调、自补功能,智能传感器和多功能传感器的开发和应用已开始进入市场。与人的五感一样,智能传感器的结构和特征传感器是获取信息的重要工具。它在工业生产,国防建设和科学技术方面都有重要的作用。但作为五感传感器的计算机,远没有作为大脑的计算机发展得那么快,因为它发展得很快。检测系统具有自动化、智能化的特点,传感器精度高,可靠性和稳定性好,具有一定的数据处理能力,能够进行自我检测,自我教育,自我补偿。常规传感器已无法满足这种需求。另外,要想制造高性能的传感器,光靠改进材料的加工工艺是很困难的,需要将计算机技术与传感器技术相结合,以弥补其性能上的不足,计算机技术使传感器技术有了很大的变化,微处理器(即微型计算机)与传感器相结合,生产出功能强大的智能传感器。传统的传感器通常只能测量一个参数,有时需要同时测量多个参数较小的多功能传感器。当前,各国科学家都非常重视这方面的研究,并研制了多功能传感器。


传感器智能化是当今国际化研究方向的热点趋势(图1)


智能化传感器是当今国际科技界的一个研究热点,但它并没有一个统一而精确的定义。国内外学者普遍认为,智能传感器是由传统传感器与微处理器(或微机)相结合,利用计算机的计算和存储能力,对传感器数据进行处理,调节其内部行为,使采集的数据达到最佳效果。该智能传感器具有以下功能:

(1)自我补偿能力:

对传感器的非线性,温度漂移,时间漂移,响应时间等进行软件自动补偿。

(2)自校正功能:

在操作者输入一定的零值或标准值后,自动标定软件可以在线自动标定传感器。

(3)自我诊断功能:

开电后,可对感应器进行自检,检查感应器各部分是否正常,对故障部件进行诊断。

(4)数字处理功能:

依据其内部程序,可对统计处理、异常值等数据进行自动处理。

(5)双向交流职能:

单片机与基本传感器组成闭环,单片机既能接收、处理传感器数据,又能向传感器反馈信息,并对测量过程进行调控。

(6)信息储存和记忆功能。

(7)数字输出函数:

便于与计算机或接口总线连接,输出数字信号。当前发展的智能传感器只是其中一部分。

常规传感器只能作为灵敏元件来检测物理量的变化,而智能传感器则包括测量信号调节(如放大、A/D转换等)、数据处理、数据显示等。它几乎包含了仪器的所有功能。智慧传感器的功能已经扩展到仪器领域。在智能传感器的早期,传感器的输出信号经过处理和转换后,由接口发送给微处理器进行运算处理。在80年代,智能传感器主要以微处理器为核心,在传感器信号调节电路、微电子计算机存储器和接口电路中,都采用了人工智能技术。1990年代智能测量技术进一步发展,传感器实现了微型化、结构化、数位化、数位化等多种功能,具备自诊断、记忆与信息处理、数据存储、多参数测量、网络通信、逻辑思考与判断等功能。随著科学技术的发展,智能传感器的功能将会不断提高,它将运用人工神经网、人工智能、信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等),使传感器具有更高层次的智能,并具有分析、判断、适应和自我学习等功能,可以完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。智能化传感器可分为三类:判断型传感器和学习型传感器;创造型传感器。

其结构主要由传感器、微处理器(微电脑)及相关电路组成的智能传感器。感应器把测量的物理量转换成相应的电信号,发送给信号处理电路,经过滤、放大、模数转换后,发送给微机。微机是智能传感器的核心,它不仅能对传感器测量数据进行计算、存储和处理,而且能通过反馈回路进行调整。因为计算机能充分发挥各种软件的功能,完成硬件难于完成的任务,从而大大降低了制造传感器的难度,提高了传感器的性能,降低了成本。根据其结构,可分为集成型、混合型和模块型三类,并进行了分类。一体化智能传感器将一种或多种敏感器件与微处理器、信号处理电路集成到同一芯片中,具有高集成度和小体积。在当前的技术水平上,还很难实现这种集成传感器。以传感器为核心,采用单片机和信号处理电路组成混合智能传感器。现在有很多这样的结构。

由于环境的特殊性,智能农业的应用大多是在田间进行,操作十分不便,人工成本也很高,对传感器数据的稳定性要求很高,智能传感器是最有效的传感器。

在现代工业生产中,尤其是在自动化生产中,工业自动化的应用是利用各种传感器对生产过程中的各种参数进行监测和控制,使设备工作在正常状态或最佳状态,以达到最好的产品质量。工业自动化离不开出色的智能传感器。

应用在机器人上,现在的机器人已经具备了像人一样的身体和感觉功能,有一定的智能,有灵活的动作程序,工作时不需要人工操作,所有这些都离不开作为机器人感知外部世界的重要助手的传感器。

随着智能化医疗的发展,作为五感系统的医疗传感器,作为获取生命体征信息的五感系统,其作用日益凸显,并得到广泛应用。比如在图像处理,临床化学检查,监测生命体征参数,呼吸,神经,心血管疾病的诊断和治疗等领域,智能传感器的作用是不可替代的,并且在未来的现代医疗设备中几乎无所不在。

应用智能家用电器是未来智能家居的一大趋势,智能家用电器是许多家庭的必备产品,智能传感器在电视、风扇、空调、洗衣机、冰箱、衣柜等众多家用电器中都能得到应用,它是实现人与家用电器的沟通的基本手段。

工业化能力不足,由于我国企业技术力量落后,产业发展还没有形成规范,国内的传感器产品不适合、不成系列,重复生产,恶性竞争现象频发,产品可靠性差,低端偏高,产业化程度与品种和系列不相称,只能长期依靠国外进口。

工业自动化水平不断提高,工业中对传感器的需求也在不断增加,为保证生产自动化的可靠性,必须发展灵敏度高,精度高,响应速度快,适应性强的新型传感器。

传感器的可靠性向高可靠、宽温度范围发展,直接影响到电子设备的抗干扰能力,研制高可靠、宽温度范围的传感器是一个永恒的方向。

各种微型开发的控制设备的功能越来越强,每个部件的体积越小、传感器本身的体积越小、越好,需要开发新的材料和加工技术,现在的传感器是用硅材料制造的。比如,传统的加速传感器都是由重力块、弹簧等材料制成,体积大、稳定性差、寿命短,硅加速传感器采用激光等多种微加工技术制作而成,体积小、兼容性可靠。

传感网络化是传感器发展的一个重要方向,网络的作用和优势逐渐显现。网络化传感器必将推动电子技术的发展。作为物联网发展的重要技术之一,智能传感器在给传统产业注入新鲜血液的同时,也引领了传感产业的潮流,在医药、工业、海洋、航天、军事、农业等领域都扮演着核心角色,随着智能传感器技术的不断发展,新一代的智能传感器结合神经网络、人工智能等技术,将会有很好的发展前景。

- 深圳市力准传感技术有限公司是专业生产高品质、高精度测力传感器厂家。主要产品有微型拉压力传感器、拉杆式拉压传感器、S型拉压力传感器、环形传感器、柱式传感器、轴销类传感器、称重类传感器、多轴力传感器、扭矩传感器、微型位移传感器、压力变送器(液压传感器)、变送器/放大器、控制仪表、以及手持仪等力控产品达千余种产品。

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