四川都睿感控科技有限公司

电话:028-87686694

都睿感控欢迎您!—— 传感器专注中国第一

首页 >> 新闻动态 >>行业资讯 >> 智能传感器技术发展
详细内容

智能传感器技术发展

    信息时代是计算机时代,取代和扩大人类脑力和劳动力的时代。 随着信息的发展,电子计算机需要功能组件-传感器,来感知、收集、转换、传输和处理信息。传感器已成为各领域系统的一部分,特别是自动检测和控制系统的重要技术工具。因此,传感器技术的演化正在变得越来越重要。

    自动化系统主要由执行器、计算机和传感器组成,如图1个所示。传感器是一种将外部参数(如物理、化学、机械等)转换为电学量或光学量的设备。传统分立式传感器在非集成工艺中构建,但只能获得信号。 利用敏感组件的结构参数的变化来获得模拟电阻、 电容、 电感或电压信号的外部信号,通常需要变送器来获得标准的模拟电压或电流输出,并使用二次仪表来测量和控制控制对象、外围电路的复杂、测量精度低、需校准和补偿等使得传统的分立传感器将逐渐被淘汰。

1.png

    图1 :自动控制系统边框图



    由于电子技术,特别是在开发半导体发展过程中,出现了模拟集成化传感器,这个传感器是通过硅中的半导体集成过程制成的,因此被称为硅传感器或单个集成传感器。模拟集成传感器在80年代设计为将传感器集成到一个芯片中,用于测量和模拟信号输出。模拟集成传感器主要是单一功能(仅限单一物理量)、测量差异小、低成本、响应快、传输距离远、小尺寸、能源消耗低等,适用于长距离测量、控制。无需非线性校正、简单的外围电路,同时具备校准、补偿、诊断及网络通讯功能。

    传统传感器技术存在严重的不足: (1)由于结构尺寸大,而时间(频率)响应差。(2)输入:输出属性是非线性的,并随时间漂移。(3)参数因环境条件的变化而异.  (3)信噪比低,易干扰;(4)存在交叉点敏感度,选择性及分辨率不高。 因此随着社会的发展,新的传感器技术将取代传统的传感器技术。

    随着微型机械和微服务器、计算机、信号处理技术、电路和系统、神经网络技术、模糊控制理论等技术的推出,在80年代末引入了智能传感器。智能传感器是具备微处理器传感器,可检测信息、具备逻辑思维以及判断能力。它的主要功能是将传感器信息检测功能与微处理器信息处理功能(具有某种人工智能)有机地融合在一起。

    简而言之,新的传感器技术(智能传感器)的主要功能包括: (1)具有自动调节、自我修复和校准功能。(2)自动补偿;(3)自动收集和预处理数据;(4)自动检查、自选量程、自动发现故障;(5)具有数据存储、记忆和信息处理功能;(6)双向通讯、标准数位输出或符号输出;(7)审核能力、决策处理能力。 智能传感器与传统传统传感器相比,智能传感器具有更高的准确性、可靠性和稳定性、更高的信噪比和分辨率、适应性、性价比高等特点。

   集成式、非集成式和混合式集成三种方式:

1. 集成化智能传感器(如图2 )采用微型系统技术和大规模集成电路,利用硅材料的敏感组件、信号调理电路、 微处理器单元等电路,并将其集成到单芯片上的新集成传感器系统中。这些传感器系统必须由集成电路制造商制造。

2. 非集成智能传感器系统(图3 )是一个非集成智能传感器系统,它将传统的传感器、信号调理电路和微处理器与数字总线接口结合起来,形成新的传感器系统。信号管理电路扩展并将传感器输出信号转换为微处理器,该微处理器通过数字接口和字段总线连接。非集成智能传感器系统还包括快速增长的模糊传感器。 智能传感器系统旨在方便快捷地使用。

3. 混合集成智能传感器系统(图4 )混合智能传感器系统,将智能传感器系统的每一部分整合到不同芯片上装在同一个外壳里。

现在,都睿感控科技可开发生产使用多种智能传感器,例如智能压力传感器和智能温度传感器等。


2.png

    图4 :可能的程序包集成实施

    智能传感器分为三个阶段,第一个阶段称为入门级智能传感器,可提高线性度、消除环境影响并提高准确性,例如我国国防科技大学研制的压阻式智能压力传感器。  第二阶段智能传感器具备自我修复功能,例如自动诊断功能,典型的是Honeywell ST 3000智能压力感应器。第三阶段智能传感器具有多元检测、特征检测、图像显示、图像识别等功能。它们可以从复杂对象获得有用的信号。 

    第一阶段的压阻式智能压力传感器、第二阶段的ST 3000智能压力传感器和第三阶段的智能传感器,简要说明。  

    图5具有6路应力传感器和1路温度传感器的智能应力传感器结构图,其中每个应力传感器包含一个完整桥接电路(4个应变片构成)和前级放大器,用于测量应力大小。温度传感器用于测量环境温度并修正应力传感器错误。使用8031个单片机作为数据处理单元和控制单元。多路径开关轮流选择每个传感器通道,0作为温度传感器通道,1-6通道作为6个应力传感器通道,具体取决于单个驱动器执行的命令。 程控放大器选择不同的放大倍数,以在单个驱动器的程序控制下放大信号。智能传感器可提供更高的适应性,以判断工作环境因素的变化,进行必要的更正以确保测量准确性。智能应力传感器软件结构,如图6所示,主程序模块具有完整的自动检测、初始化、通道选择和各个功能模块调用功能。其中,信号收集器完成数据过滤、非线性净值、信号处理、错误修复和检索查表、运算采取先乘后除的顺序。故障排除模块的任务是分析每个应力传感器的信号,以确定检测到的对象的运行状态以及是否出现故障。

 

3.png

 图6 :自由落体传感器软件映射 

    ST 3000一种智能压力传感器,具有信息检测和管理功能,可以对增量状态进行复合测量以自动补偿温度、静压等。主要优势和性能是,可靠的数据测量和存取。量程比率最高可达400:1,涵盖多个传感器量程,并可让您测量工作台参数以校正和补偿精确度最高至±0.1 % fs,稳定性好;温度静压特性好,温度范围为- 40°c到110°c,静压21 MPa。通过用于直接连接到计算机的数字通信接口,自动诊断故障并确定状态。 传感器敏感元件是一个密尔厚l0的硅晶片,它采用离子注入等集成技术,配置差压、静压及温度三种敏感元件及温度补偿桥路等,总共300个元件、数位信号压力下的桥接输出讯号交换,以及将CMOS整合至具有d/a、a/d和其他功能的整合区块。该片连接到微芯片,并在必要时将4到20ma的数字信号或模拟信号传输到控制室。 如图7所示:

4.png

 图7 ST-3000模式

    第三阶段智能传感器通常是一个多功能3 d传感器,一个立体器件。单个3 d多维传感器是一个智能传感器,它将传感器、数据传输、存储和处理模块集成到基于硅的超大规模集成电路中。平面集成已转换为3 d集成,允许多层结构,如图8所示。将敏感组件、电源、记忆、传输等集成到硅片中,就像日本3DIC项目的视觉传感器一样。集成探测功能,如光源转换和提取硅芯片信息。基本过程由基于硅的集成电路2 d组成。此技术目前可以生成双层10位线性图像传感器,具有pn连接感光二极管和线宽在400到700毫米之间的较低级别的信号处理电路。此集成的3 d技术可将多层传感器、逻辑功能和内存功能集成到一个芯片中,这是智能传感器开发的一个重要方向。

5.png

 图8 :单一亮度传感器

    未来我们会研发能够学习和创造的传感器技术。这些传感器模拟人类的感知,比如,人类视野可以根据环境改变灵敏度,也可以改变敏感度,甚至改变灵活性。像盐和糖一样是白色的粉末,人类可以根据我们的知识来衡量结果。智能传感器未来还不能制造出这样的智能传感器。所谓具有创造力的智能感应器更复杂,更能模拟感应器,它们能够侦测到所谓的“思想”或“理论”是远远超出科学在极端科技发展后所能产生的东西,但是如果仍然能够确定人性的话.。

  


最新评论
请先登录才能进行回复登录

CULTURE MEDIA

Copyright  2014-2025,All rights reserved

网站导航

腾讯qq

新浪微博

腾讯微信

资讯分享

联系我们

四川省成都市高新西区校园路822号

028-87686694

2435226521@qq.com

周一到周五10:00—18:00

霍尔传感器淘宝店二维码

二维码

扫码进入淘宝购买