第9章 智能式传感器.ppt

3. 高级形式 高级形式是集成度进一步提高，敏感单元实现多维阵列化时，同时配备了更强大的信息处理软件，从而具有更高级的智能化功能的形式。这时的传感器系统不仅具有9.2.1节所述的完善的智能化功能，而且还具有更高级的传感器阵列信息融合功能， 或具有成像与图像处理等功能。 对于集成化智能传感器系统而言，集成化程度越高，其智能化程度也就越可能达到更高的水平。 光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室 谢光忠 制作 第9章 智能式传感器 自动化(控制)系统框图 9.1 智能传感器发展的历史背景 传感器、计算机及执行器的价格性能比 传统的传感器技术已达到其技术极限。 它的价格性能比不可能再有大的下降。 它在以下几方面存在严重不足： ·因结构尺寸大， 而时间(频率)响应特性差； ·输入—输出特性存在非线性， 且随时间而漂移； ·参数易受环境条件变化的影响而漂移； ·信噪比低， 易受噪声干扰； ·存在交叉灵敏度， 选择性、 分辨率不高。 现场总线是连接测控系统中各智能装置(包括智能传感器)的双向数字通信网络。其主要特点是： 1. 传输数字信号 用数字信号取代原来的 4～20 mA标准模拟信号， 进而提高可靠性和抗干扰能力。这就要求传感器由可输出 4～20 mA标准信号的变送器改变为带数字总线接口并输出数字信号。所有现场传感器， 通过数字总线接口都方便地挂接在一条环形现场总线上。这样可以大大削减现场与控制室(高/上位计算机)之间一对一的连接导线， 节约初期安装费用，大大简化整个系统的布线和设计。这种节约对一个大型、 多点测量系统是很有意义的， 譬如： 这种节约对一个大型、 多点测量系统是很有意义的，譬如： 一个电站 需要5 000 台传感器及其仪表； 一个钢铁厂 需要2 万台传感器及其仪表； 大型石油化工厂需要6 000 台传感器及其仪表； 大型发电机组 需要3 000 台传感器及其仪表； 一部汽车 需要30 至 100 台传感器； 一架飞机 需要3 600 台传感器； … 2. 标准化 总线采用统一标准，使系统具有开放性。不同厂家的产品， 在硬件、软件、通信规程、连接方式等方面互相兼容、 互换联用，既方便用户使用，又易于安装维修。不少大公司都推出了自己的现场总线标准。国际化的统一标准的工作正在加紧进行中。 3. 智能化 采用智能与控制职能分散下放到现场装置的原则，现场总线网络的每一节点处安装的现场仪表应是“智能”型的，即安装的传感器应是“智能传感器”。在这种控制系统中，智能型现场装置是整个控制管理系统的主体。这种基于现场总线的控制系统， 要求必须使用智能传感器， 而不是一般传统的传感器。 智能传感器代表了传感器的发展方向，这种智能传感器带有标准数字总线接口，能够自己管理自己。它将所检测到的信号经过变换处理后，以数字量形式通过现场总线与高/上位计算机进行信息通信与传递。 9.2.1 智能传感器的功能 概括而言， 智能传感器的主要功能是： (1) 具有自校零、 自标定、 自校正功能； (2) 具有自动补偿功能； (3) 能够自动采集数据， 并对数据进行预处理； (4) 能够自动进行检验、 自选量程、 自寻故障； (5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能； (6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能； (7) 具有判断、决策处理功能。 9.2 智能传感器的功能与特点 9.2.2 智能传感器的特点 与传统传感器相比， 智能传感器的特点是： 1. 精度高 2. 高可靠性与高稳定性 3. 高信噪比与高的分辨力 4. 强的自适应性 5. 低的价格性能比 智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范化的定义。早期，人们简单、 机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合， 认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”。 9.3 智能传感器概念与传感器系统 关于智能传感器的中、英文称谓，目前也尚未统一。John Brignell和Nell White认为“Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器的称谓， 而“Smart Sensor” 是美国人对智能传感器的俗称。 而Johan H.Huijsing在“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化