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    傳感器智能化是當今國際化研究方向的熱點趨勢

    時間:2020-12-18 點擊次數:

    測控系統的自動化、智能化,使得傳統的傳感器得以滿足一定的數據處理能力和自檢、自調、自補功能,智能傳感器和多功能傳感器的開發和應用已開始進入市場。與人的五感一樣,智能傳感器的結構和特征傳感器是獲取信息的重要工具。它在工業生產,國防建設和科學技術方面都有重要的作用。但作為五感傳感器的計算機,遠沒有作為大腦的計算機發展得那么快,因為它發展得很快。檢測系統具有自動化、智能化的特點,傳感器精度高,可靠性和穩定性好,具有一定的數據處理能力,能夠進行自我檢測,自我教育,自我補償。常規傳感器已無法滿足這種需求。另外,要想制造高性能的傳感器,光靠改進材料的加工工藝是很困難的,需要將計算機技術與傳感器技術相結合,以彌補其性能上的不足,計算機技術使傳感器技術有了很大的變化,微處理器(即微型計算機)與傳感器相結合,生產出功能強大的智能傳感器。傳統的傳感器通常只能測量一個參數,有時需要同時測量多個參數較小的多功能傳感器。當前,各國科學家都非常重視這方面的研究,并研制了多功能傳感器。


    傳感器智能化是當今國際化研究方向的熱點趨勢(圖1)


    智能化傳感器是當今國際科技界的一個研究熱點,但它并沒有一個統一而精確的定義。國內外學者普遍認為,智能傳感器是由傳統傳感器與微處理器(或微機)相結合,利用計算機的計算和存儲能力,對傳感器數據進行處理,調節其內部行為,使采集的數據達到最佳效果。該智能傳感器具有以下功能:

    (1)自我補償能力:

    對傳感器的非線性,溫度漂移,時間漂移,響應時間等進行軟件自動補償。

    (2)自校正功能:

    在操作者輸入一定的零值或標準值后,自動標定軟件可以在線自動標定傳感器。

    (3)自我診斷功能:

    開電后,可對感應器進行自檢,檢查感應器各部分是否正常,對故障部件進行診斷。

    (4)數字處理功能:

    依據其內部程序,可對統計處理、異常值等數據進行自動處理。

    (5)雙向交流職能:

    單片機與基本傳感器組成閉環,單片機既能接收、處理傳感器數據,又能向傳感器反饋信息,并對測量過程進行調控。

    (6)信息儲存和記憶功能。

    (7)數字輸出函數:

    便于與計算機或接口總線連接,輸出數字信號。當前發展的智能傳感器只是其中一部分。

    常規傳感器只能作為靈敏元件來檢測物理量的變化,而智能傳感器則包括測量信號調節(如放大、A/D轉換等)、數據處理、數據顯示等。它幾乎包含了儀器的所有功能。智慧傳感器的功能已經擴展到儀器領域。在智能傳感器的早期,傳感器的輸出信號經過處理和轉換后,由接口發送給微處理器進行運算處理。在80年代,智能傳感器主要以微處理器為核心,在傳感器信號調節電路、微電子計算機存儲器和接口電路中,都采用了人工智能技術。1990年代智能測量技術進一步發展,傳感器實現了微型化、結構化、數位化、數位化等多種功能,具備自診斷、記憶與信息處理、數據存儲、多參數測量、網絡通信、邏輯思考與判斷等功能。隨著科學技術的發展,智能傳感器的功能將會不斷提高,它將運用人工神經網、人工智能、信息處理技術(如傳感器信息融合技術、模糊理論等),使傳感器具有更高層次的智能,并具有分析、判斷、適應和自我學習等功能,可以完成圖像識別、特征檢測和多維檢測等復雜任務。智能化傳感器可分為三類:判斷型傳感器和學習型傳感器;創造型傳感器。

    其結構主要由傳感器、微處理器(微電腦)及相關電路組成的智能傳感器。感應器把測量的物理量轉換成相應的電信號,發送給信號處理電路,經過濾、放大、模數轉換后,發送給微機。微機是智能傳感器的核心,它不僅能對傳感器測量數據進行計算、存儲和處理,而且能通過反饋回路進行調整。因為計算機能充分發揮各種軟件的功能,完成硬件難于完成的任務,從而大大降低了制造傳感器的難度,提高了傳感器的性能,降低了成本。根據其結構,可分為集成型、混合型和模塊型三類,并進行了分類。一體化智能傳感器將一種或多種敏感器件與微處理器、信號處理電路集成到同一芯片中,具有高集成度和小體積。在當前的技術水平上,還很難實現這種集成傳感器。以傳感器為核心,采用單片機和信號處理電路組成混合智能傳感器?,F在有很多這樣的結構。

    由于環境的特殊性,智能農業的應用大多是在田間進行,操作十分不便,人工成本也很高,對傳感器數據的穩定性要求很高,智能傳感器是最有效的傳感器。

    在現代工業生產中,尤其是在自動化生產中,工業自動化的應用是利用各種傳感器對生產過程中的各種參數進行監測和控制,使設備工作在正常狀態或最佳狀態,以達到最好的產品質量。工業自動化離不開出色的智能傳感器。

    應用在機器人上,現在的機器人已經具備了像人一樣的身體和感覺功能,有一定的智能,有靈活的動作程序,工作時不需要人工操作,所有這些都離不開作為機器人感知外部世界的重要助手的傳感器。

    隨著智能化醫療的發展,作為五感系統的醫療傳感器,作為獲取生命體征信息的五感系統,其作用日益凸顯,并得到廣泛應用。比如在圖像處理,臨床化學檢查,監測生命體征參數,呼吸,神經,心血管疾病的診斷和治療等領域,智能傳感器的作用是不可替代的,并且在未來的現代醫療設備中幾乎無所不在。

    應用智能家用電器是未來智能家居的一大趨勢,智能家用電器是許多家庭的必備產品,智能傳感器在電視、風扇、空調、洗衣機、冰箱、衣柜等眾多家用電器中都能得到應用,它是實現人與家用電器的溝通的基本手段。

    工業化能力不足,由于我國企業技術力量落后,產業發展還沒有形成規范,國內的傳感器產品不適合、不成系列,重復生產,惡性競爭現象頻發,產品可靠性差,低端偏高,產業化程度與品種和系列不相稱,只能長期依靠國外進口。

    工業自動化水平不斷提高,工業中對傳感器的需求也在不斷增加,為保證生產自動化的可靠性,必須發展靈敏度高,精度高,響應速度快,適應性強的新型傳感器。

    傳感器的可靠性向高可靠、寬溫度范圍發展,直接影響到電子設備的抗干擾能力,研制高可靠、寬溫度范圍的傳感器是一個永恒的方向。

    各種微型開發的控制設備的功能越來越強,每個部件的體積越小、傳感器本身的體積越小、越好,需要開發新的材料和加工技術,現在的傳感器是用硅材料制造的。比如,傳統的加速傳感器都是由重力塊、彈簧等材料制成,體積大、穩定性差、壽命短,硅加速傳感器采用激光等多種微加工技術制作而成,體積小、兼容性可靠。

    傳感網絡化是傳感器發展的一個重要方向,網絡的作用和優勢逐漸顯現。網絡化傳感器必將推動電子技術的發展。作為物聯網發展的重要技術之一,智能傳感器在給傳統產業注入新鮮血液的同時,也引領了傳感產業的潮流,在醫藥、工業、海洋、航天、軍事、農業等領域都扮演著核心角色,隨著智能傳感器技術的不斷發展,新一代的智能傳感器結合神經網絡、人工智能等技術,將會有很好的發展前景。

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