美國(guó)PCB傳感器356A15安裝尺寸
美國(guó)美國(guó)PCB傳感器356A15安裝尺寸
智能傳感器(intelligent sensor)是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī),具有采集、處理、交換信息的能力,是傳感器集成化與微處理機(jī)
相結(jié)合的產(chǎn)物。與一般傳感器相比,智能傳感器具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):通過(guò)軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集,而且成本低;具有一定的編程自動(dòng)化能力;功能多
樣化。
一個(gè)良好的‘智能傳感器’是由微處理器驅(qū)動(dòng)的傳感器與儀表套裝,并且具有通信與板載診斷等功能。
智能傳感器能將檢測(cè)到的各種物理量?jī)?chǔ)存起來(lái),并按照指令處理這些數(shù)據(jù),從而創(chuàng)造出新數(shù)據(jù)。智能傳感器之間能進(jìn)行信息交流,并能自我決定應(yīng)該傳送的數(shù)據(jù)
,舍棄異常數(shù)據(jù),完成分析和統(tǒng)計(jì)計(jì)算等。 [1]
中文名 智能傳感器 外文名 intelligent sensor 定 義 具有信息處理功能的傳感器 特 點(diǎn) 高精度的信息采集,成本低
目錄
1 簡(jiǎn)介
2 通信
3 診斷程序
4 定義
5 功能
6 特點(diǎn)
7 發(fā)展進(jìn)步
? 應(yīng)用與方向
? 應(yīng)用產(chǎn)業(yè)
8 注意事項(xiàng)
9 推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)
簡(jiǎn)介編輯
自動(dòng)化領(lǐng)域所取得的一項(xiàng)大進(jìn)展就是智能傳感器的發(fā)展與廣泛使用。但究竟什么是“智能”傳感器?下面,來(lái)自6個(gè)傳感器廠家的專家對(duì)這一術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了定義。
據(jù)Honeywell工業(yè)測(cè)量與控制部產(chǎn)品經(jīng)理Tom Griffiths的定義:“一個(gè)良好的‘智能傳感器’是由微處理器驅(qū)動(dòng)的傳感器與儀表套裝,并且具有通信與板載診斷
等功能,為監(jiān)控系統(tǒng)和/或操作員提供相關(guān)信息,以提高工作效率及減少維護(hù)成本。”智能傳感器集成了傳感器、智能儀表全部功能及部分控制功能,具有很高的
線性度和低的溫度漂移,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
通信編輯
*通信
“智能傳感器的優(yōu)勢(shì),”GE Fanuc自動(dòng)化公司控制器產(chǎn)品經(jīng)理Bill Black說(shuō),“是能從過(guò)程中收集大量的信息以減少宕機(jī)時(shí)間及提高質(zhì)量。”MTS傳感器公司
Temposonics(磁致伸縮位移傳感器)產(chǎn)品經(jīng)理David Edeal對(duì)此補(bǔ)充說(shuō):“分布式智能的基本前提是,在適當(dāng)位置和時(shí)間擁有有關(guān)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或組件的狀態(tài)的
全部知識(shí),以進(jìn)行‘*的’過(guò)程控制決策。”
Cognex公司Checker機(jī)器視覺(jué)部產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理John Keating繼續(xù)補(bǔ)充說(shuō),“對(duì)于一種真正的‘智能’(機(jī)器視覺(jué))傳感器,它應(yīng)該不需要使用者懂得機(jī)器視覺(jué)。”
智能傳感器必須具備通信功能。“起碼,除了滿足基本應(yīng)用的反饋信號(hào),‘智能’傳感器必須能傳輸其它信息。”Edeal表示。這可以是疊加在標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA
過(guò)程輸出、總線系統(tǒng)或無(wú)線安排上的HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議)信號(hào)。該領(lǐng)域正在增長(zhǎng)的因素是IEEE 1451——一系列旨在為不同廠家生
產(chǎn)的傳感器提供即插即用能力的智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)。
智能傳感器
智能傳感器
診斷程序編輯
智能傳感器可對(duì)其運(yùn)行的各個(gè)方面進(jìn)行自監(jiān)控,包括“攝像頭的污濁,超容忍限或不能開關(guān)等,”GE Fanuc自動(dòng)化公司的Black說(shuō)。Pepperl+Fuchs公司智能系統(tǒng)
經(jīng)理Helge Hornis補(bǔ)充說(shuō),“(除此之外),還有線圈監(jiān)控功能,目標(biāo)超出范圍或太近。”它也可以對(duì)工況的變化進(jìn)行補(bǔ)償。“‘智能’傳感器,”Omron電子有
限公司戰(zhàn)略創(chuàng)意總監(jiān)Dan Armentrout表示,“必須首先能監(jiān)視自身及周圍的環(huán)境,然后再?zèng)Q定是否對(duì)變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償或?qū)ο嚓P(guān)人員發(fā)出警告。”
很多智能傳感器都能重裝到控制現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)提供“可設(shè)置參數(shù),使用戶能替換一些‘標(biāo)準(zhǔn)’傳感器,”Hornis說(shuō)道,“例如,典型的傳感器一般都設(shè)置為常開
(NO)或常關(guān)(NC),而智能傳感器則能設(shè)置為以上任何一種狀態(tài)。”
智能傳感器擁有很多優(yōu)勢(shì)。隨著嵌入式計(jì)算功能的成本繼續(xù)減少,“智能”器件將被更多地應(yīng)用。獨(dú)立的內(nèi)部診斷功能可避免代價(jià)高昂的宕機(jī),從而迅速收回投
資
定義編輯
智能傳感器系統(tǒng)是一門現(xiàn)代綜合技術(shù),是當(dāng)今世界正在迅速發(fā)展的高科技新技術(shù),但還沒(méi)有形成規(guī)范化的定義。早期,人們簡(jiǎn)單、 機(jī)械地強(qiáng)調(diào)在工藝上將傳感器
與微處理器兩者緊密結(jié)合, 認(rèn)為“傳感器的敏感元件及其信號(hào)調(diào)理電路與微處理器集成在一塊芯片上就是智能傳感器”。
關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂,尚未有統(tǒng)一的說(shuō)法。John Brignell和Nell White認(rèn)為“Intelligent Sensor”是英國(guó)人對(duì)智能傳感器的稱謂, 而“Smart
Sensor” 是美國(guó)人對(duì)智能傳感器的俗稱。 而Johan H.Huijsing在“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化程度的不同,分別稱為“Smart Sensor”、
“Integrated Smart Sensor”。 對(duì)“Smart Sensor”的中文譯名有譯為“靈巧傳感器”的, 也有譯為“智能傳感器”的。
《智能傳感器系統(tǒng)》書上的定義: “傳感器與微處理器賦予智能的結(jié)合,兼有信息檢測(cè)與信息處理功能的傳感器就是智能傳感器(系統(tǒng))”;模糊傳感器也是一種
智能傳感器(系統(tǒng)),將傳感器與微處理器集成在一塊芯片上是構(gòu)成智能傳感器(系統(tǒng))的一種方式。(《智能傳感器系統(tǒng)》,劉君華,西安電子科技大學(xué)出版社)
《現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用》書上的定義:所渭智能式傳感器就是一種帶行微處理機(jī)的,兼有信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器
。( 《現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用》 ,劉迎春,葉湘濱等,國(guó)防工業(yè)出版社,2000.5)
功能編輯
概括而言, 智能傳感器的主要功能是:
(1) 具有自校零、 自標(biāo)定、 自校正功能;
(2) 具有自動(dòng)補(bǔ)償功能;
(3) 能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù), 并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
(4) 能夠自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)、 自選量程、 自尋故障;
(5) 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能;
(6) 具有雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號(hào)輸出功能;
(7) 具有判斷、決策處理功能。
可實(shí)現(xiàn)的功能
智能傳感器的功能是通過(guò)模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作,結(jié)合*以來(lái)測(cè)試技術(shù)的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而提出來(lái)的。是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元,它的出現(xiàn)對(duì)原來(lái)
硬件性能苛刻要求有所減輕,而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。
1、信息存儲(chǔ)和傳輸——隨著全智能集散控制系統(tǒng)(SmartDistributedSystem)的飛速發(fā)展,對(duì)智能單元要求具備通信功能,用通信網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字形式進(jìn)行雙向通信,
這也是智能傳感器關(guān)鍵標(biāo)志之一。智能傳感器通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸或接收指令來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。如增益的設(shè)置、補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置、內(nèi)檢參數(shù)設(shè)置、測(cè)試數(shù)據(jù)輸出等
。
2、自補(bǔ)償和計(jì)算功能——多年來(lái)從事傳感器研制的工程技術(shù)人員一直為傳感器的溫度漂移和輸出非線性作大量的補(bǔ)償工作,但都沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。而智能
傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開辟了新的道路。這樣,放寬傳感器加工精密度要求,只要能保證傳感器的重復(fù)性好,利用微處理
器對(duì)測(cè)試的信號(hào)通過(guò)軟件計(jì)算,采用多次擬合和差值計(jì)算方法對(duì)漂移和非線性進(jìn)行補(bǔ)償,從而能獲得較精確的測(cè)量結(jié)果壓力傳感器。
3、自檢、自校、自診斷功能——普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定,以保證它在正常使用時(shí)足夠的準(zhǔn)確度,這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場(chǎng)拆卸送到實(shí)驗(yàn)室
或檢驗(yàn)部門進(jìn)行。對(duì)于在線測(cè)量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時(shí)診斷。采用智能傳感器情況則大有改觀,首先自診斷功能在電源接通時(shí)進(jìn)行自檢,診斷測(cè)試以確定組
件有*。其次根據(jù)使用時(shí)間可以在線進(jìn)行校正,微處理器利用存在EPROM內(nèi)的計(jì)量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校對(duì)。
4、復(fù)合敏感功能——我們觀察周圍的自然現(xiàn)象,常見(jiàn)的信號(hào)有聲、光、電、熱、力、化學(xué)等。敏感元件測(cè)量一般通過(guò)兩種方式:直接和間接的測(cè)量。而智能傳感
器具有復(fù)合功能,能夠同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量,給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息。如美國(guó)加利弗尼亞大學(xué)研制的復(fù)合液體傳感器,可同時(shí)測(cè)量介
質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。復(fù)合力學(xué)傳感器,可同時(shí)測(cè)量物體某一點(diǎn)的三維振動(dòng)加速度(加速度傳感器)、速度(速度傳感器)、位移(位移傳感器),等
等。 [2]
5、智能傳感器的集成化----由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得傳感器與相應(yīng)的電路都集成到同一芯片上,而這種具有某些智能功能的傳感器叫作集成智能傳感器集
成智能傳感器的功能有三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):較高信噪比:傳感器的弱信號(hào)先經(jīng)集成電路信號(hào)放大后再遠(yuǎn)距離傳送,就可大大改進(jìn)信噪比。改善性能:由于傳感器與
電路集成于同一芯片上,對(duì)于傳感器的零漂、溫漂和零位可以通過(guò)自校單元定期自動(dòng)校準(zhǔn),又可以采用適當(dāng)?shù)姆答伔绞礁纳苽鞲衅鞯念l響。信號(hào)規(guī)一化:傳感器
的模擬信號(hào)通過(guò)程控放大器進(jìn)行規(guī)一化,又通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),微處理器按數(shù)字傳輸?shù)膸追N形式進(jìn)行數(shù)字規(guī)一化,如串行、并行、頻率、相位和脈沖等。
特點(diǎn)編輯
智能式傳感器是一個(gè)以微處理器為內(nèi)核擴(kuò)展了外圍部件的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。相比一般傳感器,智能式傳感器有如下顯著特點(diǎn):
1.提高了傳感器的精度
智能式傳感器具有信息處理功能,通過(guò)軟件不僅可修正各種確定性系統(tǒng)誤差(如傳感器輸入輸出的非線性誤差、服度誤差、零點(diǎn)誤差、正反行程誤并等)而且
還可適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償隨機(jī)誤差、降低噪聲,大大提高了傳感器精度。
2.提高了傳感器的可靠性
集成傳感器系統(tǒng)小型化,消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的某些不可靠因素,改善整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾件能;同時(shí)它還有診斷、?;春蛿?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能(對(duì)于智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還有自
適應(yīng)功能),具有良好的穩(wěn)定性。
3.提高了傳感器的性能價(jià)格比
在相同精度的需求下,多功能智能式傳感器與單一功能的普通傳感器相比,性能價(jià)格比明顯提高,尤其是在采用較便宜的單片機(jī)后更為明顯。
4.促成了傳感器多功能化
智能式傳感器可以實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測(cè)量,通過(guò)編程擴(kuò)大測(cè)量與使用范圍;有一定的自適應(yīng)能力,根據(jù)檢測(cè)對(duì)象或條件的改變,相應(yīng)地改變量程反輸出
數(shù)據(jù)的形式;具有數(shù)字通信接口功能,直接送入遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理;具有多種數(shù)據(jù)輸出形式(如Rs232串行輸批,PIO并行輸出,IEE-488總線輸出以及經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后
的模擬量輸出等),適配各種應(yīng)用系統(tǒng)。 [3]
發(fā)展進(jìn)步編輯
電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使傳感器技術(shù)、特別是集成智能傳感器技術(shù)日趨活躍發(fā)展,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展,國(guó)外一些*的公司和高等院校正
在大力開展有關(guān)集成智能傳感器的研制,國(guó)內(nèi)一些*的高校和研究所以及公司也積極跟進(jìn),集成智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展。國(guó)產(chǎn)智能傳感器逐漸
在智能傳感器領(lǐng)域邁開步伐,運(yùn)用JUNGONG產(chǎn)品的生產(chǎn)線和工藝,精度高,穩(wěn)定性好,成本低,采用高性能微控制器(MCU),同時(shí)具備數(shù)字和模擬兩種輸出方式
,同時(shí)針對(duì)用戶的特定需求(如組網(wǎng)式測(cè)量,自定義通訊協(xié)議),均可在原產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),周期極短,為用戶節(jié)省時(shí)間,提高效率。已廣泛應(yīng)用于航
空、航天、石油、化工、礦山、機(jī)械、大壩、地質(zhì)、水文等行業(yè)中測(cè)量各種氣體和流體的壓力、壓差、流量和流體的高度和重量。
應(yīng)用與方向
智能傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。例如,它在機(jī)器人領(lǐng)域中有著廣闊應(yīng)用前景,智能傳感器使機(jī)器人具有類人
的五官和大腦功能,可感知各種現(xiàn)象,完成各種動(dòng)作。
在工業(yè)生產(chǎn)中,利用傳統(tǒng)的傳感器無(wú)法對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(例如,黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等)進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線控制。而利
用智能傳感器可直接測(cè)量與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的生產(chǎn)過(guò)程中的某些量(如溫度、壓力、流量等),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)<蚁到y(tǒng)技術(shù)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算
,可推斷出產(chǎn)品的質(zhì)量。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,糖尿病患者需要隨時(shí)掌握血糖水平,以便調(diào)整飲食和注射胰島素,防止其它并發(fā)癥。通常測(cè)血糖時(shí)必須刺破手指采血,再將血樣放到葡萄糖
試紙上,后把試紙放到電子血糖計(jì)上進(jìn)行測(cè)量。這是一種既麻煩又痛苦的方法。而“葡萄糖手表”,其外觀像普通手表一樣,戴上它就能實(shí)現(xiàn)無(wú)疼、無(wú)血、連續(xù)
的血糖測(cè)試。“葡萄糖手表”上有一塊涂著試劑的墊子,當(dāng)墊子與皮膚接觸時(shí),葡萄糖分子就被吸附到墊子上,并與試劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生電流。傳感器測(cè)
量該電流,經(jīng)處理器計(jì)算出與該電流對(duì)應(yīng)的血糖濃度,并以數(shù)字量顯示。
智能傳感器
智能傳感器
應(yīng)用產(chǎn)業(yè)
1、應(yīng)用于電池拓展閱讀
基于智能傳感器的DANYAO庫(kù)溫/濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
注意事項(xiàng)編輯
好的傳感器的設(shè)計(jì)是經(jīng)驗(yàn)加技術(shù)的結(jié)晶。一般理解傳感器是將一種物理量經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換成一種能以另外一種直觀的可表達(dá)的物理量的描述。比如轉(zhuǎn)換成僅依賴于
此測(cè)物理量的較高的電壓電流等信號(hào),再顯示出來(lái)。因此需要注意幾點(diǎn):
1、一般所測(cè)得的物理量是非常小的,通常還帶有作為傳感器物理轉(zhuǎn)換元件固有的轉(zhuǎn)換噪聲。比如傳感器在1被放大倍率下的信號(hào)強(qiáng)度為0.1~1uV,此時(shí)的背景
噪聲信號(hào)也有這么大的水平,甚至于將其湮滅。如何將有用信號(hào)盡量取出并且壓低噪聲是傳感器設(shè)計(jì)的首要解決的問(wèn)題。
2、傳感器電路一定要簡(jiǎn)單精煉。設(shè)想具有3級(jí)放大電路的,帶有2級(jí)有源濾波器的放大回路,放大了信號(hào)的同時(shí)也將噪聲放大了,如果噪聲不是明顯偏離有用
信號(hào)頻譜,則無(wú)論怎樣濾波兩者同時(shí)放大,結(jié)果信噪比沒(méi)有提高。因此傳感器電路一定要精煉簡(jiǎn)約。能省1只電阻或電容就一定要將它去掉。這一點(diǎn)是許多設(shè)計(jì)傳
感器的工程師們?nèi)菀缀雎缘膯?wèn)題。已知的情況是,傳感器電路隨著噪聲的問(wèn)題困擾,電路越修改越復(fù)雜,成為怪圈。 [4]
3、功耗問(wèn)題。傳感器通常在后續(xù)電路的前端,有可能需要較長(zhǎng)的引線連接。當(dāng)傳感器功耗較大時(shí)引線的連接將會(huì)所有的無(wú)謂噪聲以及電源噪聲引入使得后續(xù)
電路愈發(fā)難以設(shè)計(jì)。在夠用的情況小如何降低功耗也是一個(gè)不小的考驗(yàn)。
4、元器件的選用和電源回路。元器件的選用一定要夠用為好,只要器件指標(biāo)在需要的范圍之內(nèi)就可以了,余下的就是電路設(shè)計(jì)問(wèn)題。電源是傳感器電路設(shè)計(jì)
過(guò)程一定要遇到的難題,不要追求無(wú)法達(dá)到的電源指標(biāo),而選擇一款帶有較好的共模抑制比的運(yùn)放,采用差分放大電路設(shè)計(jì)可能普通的開關(guān)電源以及器件就能
滿足你的要求。電源的退偶一定要可靠設(shè)計(jì),并且遵循器件手冊(cè)的要求,寧多勿少。 [5]
推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)編輯
智能傳感器作為廣泛地系統(tǒng)前端感知器件,既可以助推傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí),例如,傳統(tǒng)工業(yè)的升級(jí)、傳統(tǒng)家電的智能化升級(jí);又可以對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行推動(dòng),比如機(jī)
器人、VR/AR(虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))、無(wú)人機(jī)、智慧家庭、智慧醫(yī)療和養(yǎng)老等領(lǐng)域。
在工業(yè)領(lǐng)域,傳統(tǒng)企業(yè)面臨人力成本提高、市場(chǎng)需求下降等問(wèn)題,傳統(tǒng)企業(yè)開始從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)向自動(dòng)化、智能化。在整個(gè)轉(zhuǎn)型中,智能傳感器發(fā)揮著至關(guān)重要
的作用,推動(dòng)傳統(tǒng)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
2015年我國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1100億元,預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到2115億元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%。但是由于國(guó)內(nèi)傳感器企業(yè)技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝、規(guī)模和盈利能力
等方面的差距導(dǎo)致國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)高度依賴進(jìn)口。特別是傳感器方面,由于種類多、跨學(xué)科研發(fā)技術(shù)水平高、開發(fā)成本大,企業(yè)不愿承擔(dān)開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),造成我
國(guó)傳感器基本依靠進(jìn)口。2015 年,我國(guó)中傳感器進(jìn)口比例達(dá)到80%。
智能傳感技術(shù)是智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的先行技術(shù),作為前端感知工具,具有非常重要的意義。