智能传感器

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第九章智能传感器 (1)

9.1 智能传感器概述 (1)

9.2 智能传感器的构成、功能与特点 (2)

9.3 智能传感器的实现途径 (5)

9.3.1 集成化 (6)

9.3.2 软件化 (8)

9.3.2.1 非线性自校正技术 (8)

9.3.2.2 软件抗干扰技术 (15)

9.3.2.3 自补偿技术 (18)

9.3.2.4自检技术 (22)

9.3.3 多传感器信息融合 (23)

9.3.3.1多传感器信息类型及其融合方法 (23)

9.3.3.2 多传感器信息融合过程 (24)

9.3.3.3多传感器信息融合结构 (25)

9.3.3.4 多传感器信息融合方法 (27)

9.3.3.5 多传感器融合实例 (34)

9.3.4 网络化 (35)

9.3.4.1基于现场总线的智能传感器 (36)

9.3.4.2基于IEEE1451标准的网络化智能传感器 (37)

9.4典型智能传感器简介 (38)

第九章智能传感器

9.1 智能传感器概述

智能传感器（Intelligent sensor 或 Smart sensor）最初是由美国宇航局1978 年在开发出来的产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，要不丢失数据，并降低成本，必须有能实现传感器与计算机一体化的灵巧传感器。智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能的传感器。它不仅具有传统传感器的各种功能,而且还具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通讯等多种功能。它是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物。

早期的智能传感器是将传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理机部分进行运算处理。80年代智能传感器主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微电子计

算机存贮器及接口电路集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高,使传感器实现了微型化、结构一体化、阵列式、数字式,使用方便和操作简单、具有自诊断功能、记忆与信息处理功能、数据存贮功能、多参量测量功能、联网通信功能、逻辑思维以及判断功能。

智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。在今后的发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。

9.2 智能传感器的构成、功能与特点

智能传感器是由传感器和微处理器相结合而构成的，它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并对它的内部行为进行调节。图1是智能传感器的原理框图，它主要包括传感器、信号调理电路和微处理器。

微处理器是智能传感器的核心，它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器充分发挥各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而能有效降低制造难度，提高传感器性能，降低成本。智能传感器的信号感知器件往往由主传感器和辅助传感器两种。以智能压力传感器为例,主传感器是压力传感器,测量被测压力参数,辅助传感器是温度传感器和环境压力传感器。温度传感器检测主传感器工作时,由于环境温度变化或被测介质温度变化而使其压力敏感元件温度发生变化,以便根据其温度变化修正和补偿由于温度变化对测量带来的误差。环境压力传感器则测量工作环境大气压变化,以修正其影响。微机硬件系统对传感器输出的微弱信号进行放大、处理、存储和与计算机通信。

智能处理单元

敏感单元

图9.1智能传感器原理框图

智能传感器的结构

智能传感器的实现结构

（1）非集成化实现

非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（采用非集成化工艺制作的传感器，仅具有

获取信号的功能）、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统。其框图如图2

图 9.2 非集成化智能传感器框图

信号调理电路用来调理传感器的输出信号，即将传感器输出信号进行放大并转换为数字信号后输入微处理器，再由微处理器通过数字总线接口挂接在现场数字总线上，是一种实现智能传感器系统的最快途径与方式。例如美国罗斯蒙特公司、SMART 公司生产的电容式智能压力（差）变送器系列产品，就是在原有传统式非集成化电容式变送器基础上附加一块带数字总线接口的微处理器插板后组装而成。同时，开发配备可进行通信、控制、自校正、自补偿、自诊断等智能化软件，从而形成智能传感器。 （

2）集成化实现

这种智能化传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上而构成，故又可称为集成智能传感器（integrated smart/intelligent sensor ）。其外形如图3所示。

图 9.3集成智能传感器结构 图9.4在一个封装中可能的混合集成实现方式

这种智能传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术,利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路,以及微处理器单元,并把它们集成在一块芯片上构成的。敏感元件构成阵列后,配合相应图像处理软件,可以实现图形成像且构成多维图像传感器。 这时的智能传感器就达到了它的最高级形式。 （3）混合实现

根据需要与可能，将系统各个集成化环节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。如图4所示集成化敏感单元包括弹性敏感元件及变换器。信号调理电路包括多路开关、放大器、基准、模/数转换器（ADC ）等。

微处理器单元包括数字存储器(EEPROM 、ROM 、RAM)、I/O 接口、微处理器、数模转换器（DAC ）等。图（a ）中，三块集成化芯片封装在一个外壳里；图（b ）、（c ）、（d ）中，

两块集成化芯片封装在一个外壳里。图（a）（c）中的智能信号调理电路，具有部分智能化功能，如自校零、自动进行温度补偿，这是因为这种电路带有零点校正电路和温度补偿电路才获得了这种简单的智能化功能。

智能传感器的功能

（1）具有自动调零、自校准、自标定功能。智能传感器不仅能够自动检测各种被测参数，还能进行自动调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还能自动完成标定工作。

（2）具有逻辑判断和信息处理能力，能对被测量进行信号调理和信号处理（对信号进行预处理、线性化、或对温度、静压力等参数进行自动补偿等）。

（3）具有自诊断功能。智能传感器通过自检软件，能对传感器和系统的工作状态进行定期或不定期的检测，诊断出故障的原因和位置并做出必要的响应。

（4）具有组态功能，使用灵活。在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户可通过微处理器发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能。

（5）具有数据存储和记忆功能，能随时存取检测数据。

（6）具有双向通信功能，能通过各种标准总线接口、无线协议等直接与微型计算机及其它传感器、执行器通信。

与传统传感器相比，智能传感器具有以下特点：

（1）精度高

由于智能传感器具有信息处理的功能，因此通过软件不仅可以修正各种确定性系统误差，如；通过自动校零去除零点；与标准参考基准实时对比以自动进行整体系统标定；对整体系统的非线性等系统误差进行自动校正；通过对采集的大量数据的统计处理以消除偶然误差的影响等。这样，保证了智能传感器的高精度。例如，美国霍尼韦尔（Honeywell）公司PPT系列智能精密压力传感器精度为0.05%，比传统压力传感器提高一个数量级；美国BB 公司XTR精密电流变送器精度0.05%，非线性误差仅为0.003%。

（2）测量范围很宽，并具有很强的过载能力。例如，美国ADI公司ADXRS300角速度陀螺仪集成传感器测量范围±300o/s，并联一只电阻扩展到±1200o/s，并可承受1000g击加速度。

（3）高信噪比高、高分辨力由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能，通过软件进行数字滤波、相关分析等处理，可以去除输入数据中的噪声，将有用信号提取出来；通过数据融合、神经网络技术，可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，从而保证在多参数状态下对特定参数测量的分辨能力。例如，ADXRS300角速度陀螺仪集成传感器能在噪声环境下保证精度不变，其角速度噪声低至0.2o/s/Hz。

（4）高可靠性与高稳定性智能传感器能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化后所引起的系统特性的漂移，如：温度变化产生的零点和灵敏度漂移；当被测参数变化后能自动改换量程；能实时、自动地对系统进行自我检验，分析、判断所采集的数据的合理性，并给出异常情况的应急处理（报警或故障提示）。

（5）自适应性强智能传感器具有判断、分析与处理功能它能根据系统工作情况决策各部分的供电情况和与上位计算机的数据传送速率，使系统工作在最优低功耗状态和传送效率优化的状态。例如，US0012是一种基于数字信号处理器和模糊逻辑技术的智能化超声波干扰探测器集成电路，它对温度环境等自然条件有自适应能力。

（6）性价比高智能传感器所具有的上述高性能，不是像传统传感器技术用追求传感器本身

的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得的，而是通过与微处理器、微计算机相结合，采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的，因此，其价格性能比低(改为“高”)。

（7）超小型化、微型化随着微电子技术的迅速推广，智能传感器正朝着小和轻的方向发展，以满足航空、航天及国防需求，同时也为一般工业和民用设备的小型化、便携发展创造了条件，汽车电子技术的发展便是一例。智能微尘（Smart Micro Dust）是一种具有电脑功能的超微型传感器。从肉眼看来，它和一颗沙粒没有多大区别。但内部却包含了从信息采集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。

（8）低功耗降低功耗对智能传感器具有重要的意义。这不仅可简化系统电源及散热电路的设计，延长智能传感器的使用寿命，还为进一步提高智能传感器芯片的集成度创造了有利条件。智能传感器普遍采用大规模或超大规模CMOS电路，使传感器的耗电量大为降低，有的可用叠层电池甚至扭扣电池供电。暂时不进行测量时，还可用待机模式将智能传感器的功耗降至更低。

9.3 智能传感器的实现途径

智能传感器的“智能”主要体现在强大的信息处理功能上。在技术上有以下一些途径来实现。在先进的传感器中至少综合了其中两种趋势，往往同时体现了几种趋势。

1）采用新的检测原理和结构实现信息处理的智能化。采用新的检测原理，通过微机械精细加工工艺设计新型结构，使之能真实地反映被测对象的完整信息，这也是传感器智能化的重要技术途径之一。例如多振动智能传感器，就是利用这种方式实现传感器智能化的。工程中的震动常使多种震动模式的综合效应，常用频谱分析方法分析解析振动。由于传感器在不同频率下灵敏度不同，势必造成分析上的失真。采用微机械加工技术，可在硅片上制作出极其精细的沟、槽、孔、膜、悬臂梁、共振腔等，构成性能优异的微型多振动传感器。目前，已能在2mm×4mm的硅片上制成50条振动板、谐振频率为4～14kHz的多振动智能传感器。2）应用人工智能材料实现信息处理的智能化利用人工智能材料的自适应、自诊断、自修复、自完善、自调节和自学习特性，制造智能传感器。人工智能材料具有感知环境条件变化（普通传感器的功能），自我判断（处理器功能）及发出指令和自我采取行动（执行器功能）。因此，利用人工智能材料就能实现智能传感器所要求的对环境检测和反馈信息调节与转换的功能。人工智能材料种类繁多，例如半导体陶瓷、记忆合金、氧化物薄膜等。1按电子结构和化学键分为金属、陶瓷、聚合物和复合材料等几大类；按功能特性又分为半导体、压电体、铁弹体、铁磁体、铁电体、导电体、光导体、电光体和电致流变体等集中按形状分为块材、薄膜和芯片智能材料。

3）集成化集成智能传感器是利用集成电路工艺和微机械技术将传感器敏感元件与功能强大的电子线路集成在一个芯片上（或二次集成在同一外壳内），通常具有信号提取、信号处理、逻辑判断、双向通讯等功能。和经典的传感器相比，集成化使得智能传感器具有体积小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精度高以及功能强大等优点。

4）软件化传感器与微处理器相结合的智能传感器，利用计算机软件编程的优势，实现对测量数据的信息处理功能主要包括以下两方面：

●运用软件计算实现非线性校正、自补偿、自校准等，提高传感器的精度、重复性等。用

软件实现信号滤波,如快速傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换等技术,简化硬件、提高信噪比、改善传感器动态特性；

●运用人工智能、神经网络、模糊理论等，使传感器具有更高智能即分析、判断、自学习

的功能。 5）多传感器信息融合技术 单个传感器在某一采样时刻只能获取一组数据，由于数据量少，经过处理得到的信息只能用来描述环境的局部特征，且存在着交叉敏感度的问题。多传感器系统通过多个传感器获得更多种类和数量的传感数据，经过处理得到多种信息能够对环境进行更加全面和准确的描述2。

6）网络化 独立的智能传感器，虽然能够做到快速准确地检测环境信息，但随着测量和控制范围的不断扩大，单节点、被动的信息获取方式已经不能满足人们对分布式测控的要求，智能传感器与通信网络技术相结合，形成网络化智能传感器。网络化智能传感器使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多点检测发展；从被动检测向主动进行信息处理方向发展；从就地测量向远距离实时在线测控发展。传感器可以就近接入网络，传感器与测控设备间无需点对点连接，大大简化了连接线路，节省投资，也方便了系统的维护和扩充。

9.3.1 集成化

智能传感器的集成化有两种途径。一是利用微电子电路制作技术和微型计算机接口技术将传感器信号调理单元集成在同一个芯片上。这种集成化传感器信号调理电路又可分为两种类型：1）传感器信号调理器；2）传感器信号处理系统。

1）传感器信号调理器 传感器信号调理器是将信号的A/D 转换器、温度补偿及自动校正电路集成在一起，输出模拟量或数字量。例如菲利普公司生产的UZZ9000型单片角度传感器信号调理器，配上KMZ41型磁阻式角度传感器后即可精确地测量角度。

UZZ9000型电压输出式角度传感器信号调理器

U 0

DDA

U DD2DD1ss SSA

IA1U IA2

U 1OFFS 2

OFFS U U U U （5，6，7，9，19，20）

图9. 5 UZZ9000的内部框图

UZZ9000的输出电压与被测角度信号成正比，测量角度的范围是0～360度，其测量范围和输出零点均可从外部调节。UZZ9000能将两个有相位差的正弦信号（一个视为正弦UI1，另一个可视为余弦信号UI2）转换成线性输出信号。利用UZZ9000可完成模/数转换、线性化及数/模转换等功能。上述信号直接取自两个用来测量角度的磁阻传感器。

2）传感器信号处理系统 是在芯片种集成了微处理器（μP ）或数字信号处理器（DSP ），并且带串行总线接口。和传感器信号调理器相比，传感器信号处理系统则以数字电路为主，其性能比传感器信号调理器更先进，使用更灵活。例如美国德州仪器公司（TI ）生产的TSS400

－S2（带MCU

PO U T

U

ss

图9. 6 MMX1460传感器信号处理系统内部框图

二是利用集成电路制作技术和微机械加工技术将多个功能相同、功能相近或功能不同的单个传感器件集成为一维线型传感器或二维面型（阵列）传感器。

现代传感器技术以硅材料为基础，采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺实现传感器系统的集成化，使得智能传感器具有以下特点：

1）微型化

以硅及其他新型材料为基础，采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺使得传感器的体积已经达到了微米级。一种微型的血液流量传感器，其尺寸为1mm×5mm，可以放在注射针头内送进血管，测量血液流动情况。

2）精度高

比起分体结构，结构一体化后的传感器迟滞、重复性指标将大大改善，时间漂移大大减小，精度提高。后续的信号调理电路与敏感元件一体化后可以大大减小由引线长度带来的寄生变量的影响，这对电容式传感器更有特别重要的意义。

3）多功能

将多个不同功能的敏感元件集成制作在一个芯片上，使传感器能测量不同性质的参数，实现综合检测。例如美国霍尼韦尔公司80年代初期生产的ST—3000型智能压力（差）和温度变送器，就是在一块硅片上制作感受压力、压差及温度三个参量的具有三种功能（可测压力、压差、温度）的敏感元件结构的传感器，不仅增加了传感器的功能，而且可以通过数据融合技术消除交叉灵敏度的影响，提高传感器的稳定性与精度。

4）阵列化

将多个功能相同的敏感元件集成在一个芯片上，可以用来测量线状、面状甚至体状的分布信息。例如，丰田中央研究所半导体实验室用微机械加工技术制作的集成化应变计式阵触觉传感器，在8mm×8mm的硅片上制作了1024个（32×32）敏感触点（桥），基片四周作了信号处理电路，其元件总数约16000个。

将多个结构相近、功能相近的敏感元件集成制作在同一芯片上，在保证测量精度的同时，扩大了传感器的测量范围。例如基于磁控溅射方法形成的“电子鼻”，利用各种气敏元件对不同气体的敏感效应，采用神经网络模式识别和组分分析等先进的数据处理技术，经过学习

后，对12种气体样本的鉴别率高达100％。 5）使用方便。

集成化的智能传感器，没有外部连接元件，外接连线数量极少，包括电源、通信线可以少至四条，因此，接线极其简便。它还可以自动进行整体自校准，无需用户长时间多环节调节与校验。

根据以上特点可以看出，通过集成化实现的智能传感器，使得智能传感器实现高自适应性、高精度、高可靠性与高稳定性。

9.3.2 软件化

不论智能传感器以何种硬件组成方式实现，传感器与微计算机/微处理器相结合所实现的智能传感器系统，都是在最小硬件条件基础上采用强大的软件优势来“赋予”智能化功能的。传感器的数据经过A/D 转换后，所获得的数字信号一般不能直接输入微处理器应用程序中使用，还必须根据需要进行加工处理，如非线性校正、噪声抑制、自补偿、自检、自诊断等，以上这些处理也称为软件处理。以软件代硬件也体现出传感器智能化的优越性所在。

9.3.2.1 非线性自校正技术

测量系统的线性度（非线性误差）是影响系统精度的重要指标之一。产生非线性的原因，一方面是由于传感器本身的非线性，另一方面非电量转换过程中也会出现非线性。经典传感器技术主要是从传感器本身的设计和电路环节设计非线性校正器。而智能传感器系统的非线性自动校正技术是通过软件来实现的。

它并不介意系统前端的传感器及其条例电路至A/D 转换器的输入－输出特性有多么严重的非线性，也不需要再对改善测量系统中的每一个测量环节的非线性特性而耗费精力。只要求他们的输入－输出特性具有重复性3（重复性是什么意思？）。如图7所示，它能够自动按照图所示的反非线性特性进行特度转换，输出系统的被测输入值。输出y 与输入x 呈理想直线关系。也就是说智能传感器系统能够进行非线性的自动校正，只要前端传感器及其调理电路的输入－输出特性（x －u ）具有重复性。

图 9.7 开环式非线性补偿仪表框图

设图中传感器输入－输出关系的表达式为 11()V f x = 线性放大器的表达式为21V a KV =+

要求整台仪器的输入－输出特性为0V Sx b =+ 式中K ，a ，S ，b 都为常数

则，线性化器的输入－输出关系式为021(

)V b

V a Kf S

-=+ 从而有V 0=Sf 1-1(V 2-a/k)+b 可见，若校正环节具有和传感器非线性特性成反函数的输出特性，则可以实现对传感器输

出非线性的校正。

(a)

x

u

i

i

x

x

u

i

(b)

(c)

(d)

图9. 8智能传感器系统

(a) 智能传感器系统框图；（b ）输入（x ）、输出（u ）特性；（c ）反非线性特性u-x ；

（d ）智能传感器系统的输入（x ）—输出（y ）特性

下面介绍非线性自校正的三种实现方法：计算法、查表法、插值法。 1、 计算法

计算法就是利用软件编制一段反非线性特性关系表达式的计算程序。当被测参数经过采样、滤波后，直接进入计算程序进行计算，从而得到线性化处理的输出参数，因此，在掌握传感器输入输出特性f （x ）的情况下，利用编制好的反非线性特性函数，就能快速准确的实现传感器的线性输出。

而在实际工程中，被测参数和输出电压常常是一组测定的数据，这时，需要根据实际情况，用曲线来拟合传感器的输入－输出特性。如果近似表达式为线性的，则可采用理论直线法、端点线法、端点平移法、最小二乘法等来拟合；对于非线性曲线，利用传感器的标定数据，根据最小二乘原理，可以获得非线性特性的拟合函数。反过来，改变拟合过程中的变量关系，则可以取得反非线性特性曲线的拟合函数。关于多项式拟和曲线的参数确定，可以采用最小二乘法，也可以采用神经网络逼近等方法。

利用最小二乘法求取反非线性曲线的n 阶多项式表达式的具体步骤如下： 1）列出逼近反非线性曲线的多项式方程

（1） 对传感器及其条例电路进行静态标定，得校准曲线。标定点得数据为

r 123r 123 :,,,, :,,,

,N

N x x x x x u u u u u ?

??

输入输出N 为标定点个数，i ＝1～N （2） 假设反非线性特性拟合方程为：

230123()n i i i i i n i x u a a u a u a u a u =++++

(9- 1)

n 的数值由所要求的精度来定。若n ＝3，则

230123()i i i i i x u a a u a u a u =+++ (9- 2)

式中：0123a a a a 、、、为待定常数。

（3） 求解待定常数0123a a a a 、、、的函数。根据最小二乘法原则来确定待定常数

0123a a a a 、、、的基本思想是，由多项式（9－2）式确定的各个()i i x u 值，与

各个点的标定值x r 之均方差应最小，即

[]2

2

2

30

1231

1

()()N

N

i

i

i

i i i

i i i x u x a

a u a u a u x ==??-=+++-??∑∑＝最小值＝0123(,,,)F a a a a (9- 3)

（9－3）式是待定常数0123a a a a 、、、的函数。为了求得函数0123(,,,)F a a a a 最小值时的常数0123a a a a 、、、，对函数求导并令它为零，即 令

01230

(,,,)

0F a a a a a ?=?，得

23

01231

()10N

i i i i i a

a u a u a u x =??+++-?=??∑

令

01231

(,,,)

0F a a a a a ?=?，得

230

1231

()0N

i i i i i i a

a u a u a u x u =??+++-?=??∑

令

01232

(,,,)

0F a a a a a ?=?，得

232

1231

()0N

i i i i i i a

a u a u a u x u =??+++-?=??∑

令

01233

(,,,)

0F a a a a a ?=?，得

233

1231

()0N

i i i i i i a

a u a u a u x u =??+++-?=??∑

经整理后得矩阵方程

0123012301230123a N a H a I a J D a H a I a J a K E a I a J a K a L F a J a K a L a M G +++=?

?+++=?

?+++=??+++=?

式中：N 为试验标定点个数；1

N

i

i H u

==

∑

23411

1

6511

1

231

1

1

; ; ;

; ; ;

; ; ;

N N N

i

i

i i i i N

N N

i

i

i i i i N

N N

i i i i

i i i i i I u J u K u L u M u D x E x u F x u G x u ==================∑∑∑∑∑∑∑∑∑

求解该方程，得到待定系数a 0~a 3 2） 将所求得常系数a 0～a 3存入内存

将已知得反非线性特性拟合方程（9－2）式写成下列形式：

[]2301230123()()x u a a u a u a u a a a a u u u =+++=+++ (9- 4)

为了求取对应有电压为u 得输入被测值x ，每次只需将采样值u 代入（9－4）式中即可。 利用最小二乘法对反非线性曲线进行拟合时，可能存在矩阵病态无解（什么意思？）的问题，而函数链神经网络法能克服这个缺点。

下面介绍利用神经网络方法求解反非线性曲线系数的基本思路：

图 9.9函数链神经网络

采用函数链神经网络法求拟合多项式的系数0123a a a a 、、、的思路为： 如图9所示的一函数链神经网络，图中 (0,1,

,, 3)j W j n n ==为网络的连接权值，

连接权值的个数与反非线性多项式的结束相同，即j n =。假设神经网络的神经元是线性的，函数链神经网络的输入值为：

23

123

1,,,u u u i u 为静态标定实验中获得的标定点输出值。函数链神经网络的输出值为：

3

0()()est

j x

i j j x k u w k ==∑

式中：est i x 为输出估计值，将est i x 估计值与标定值i x 进行比较，经神经网络学习算法不断调整权值 (0,1,

,, 3)j W j n n ==，直至估计误差[()]i e k 的均方值足够小。

估计误差为：()()est i i i e k x x k =-

权值调节式为：(1)()()j j j i i i w k w k e k u η+=+ 式中：

()est i x k —第k 步神经网络输出估计值；

i x —第i 个标定点输入值，也是神经网络的第i 个期望输出值； ()i e k —估计误差，第k 步神经网络输出估计值与期望输出值之差； ()i w k —第k 步时，第j 个连接权值；

j η－学习因子，它的选择影响到迭代的稳定性和收敛速度。当权值调节趋于稳定时，所得

权值为0123:,,,j w w w w w 即为多项式待定常数03~a a

00112233,,,,a w a w a w a w ====

权值的初始值为一随机数。如果设定的合理则学习过程时间短，0ω与1ω一般为同一数量级；2ω比1ω至少低一个数量级；3ω比2ω低更多的数量级。所低数量级依非线性特性的非线性程度的不同而不同。 将学习完毕后的神经网络和原来的传感器系统相串联，就构成可以进行非线性自校正的智能传感器系统。如图所示。

智能传感器系统

图9.10利用神经网络进行非线性校正的智能传感器系统

2）查表法

查表法是将传感器的输出电压由小到大按顺序计算出该电压所对应的被测参数，将输出电压与被测参数的对应关系等分为若干点，将对应关系编写成表格，存入存储器。这样传感器每输出一个电压值，就从存储器中取出一个对应的被测参数值。

3） 插值法

实际使用时，可以把计算法和查表法结合起来，形成插值法。它是根据精度要求对反非线性曲线如图11进行分段，用若干段折线逼近曲线，将折点坐标值存入数据表中，测量时首先要明确对应输入被测量x 的电压值u 是在哪一段；然后根据那段的斜率进行线性插值，即得输出值y ＝x 。

下面以四段为例，折点坐标值为： 横坐标：u 1, u 2, u 3, u 4, u 5； 纵坐标：x 1, x 2, x 3, x 4, x 5； 各线性段得输出表达式为： 第Ⅰ段

21

1121

()()()x x y x x u u u u -==+

--ⅠⅠ

第Ⅱ段

32

2232

()()()x x y x x u u u u -==+

--ⅡⅡ

第Ⅲ段

43

3343

()()()x x y x x u u u u -==+

--ⅢⅢ

第Ⅳ段

54

4454

()()()x x y x x u u u u -==+

--ⅣⅣ

输出y ＝x 表达式的通式为

11()k k

k k k k

x x y x x u u u u ++-==+

--

式中：k 为折点的序数，四条折线有五个折点k ＝1，2，3，4，5。 由电压值u 求取被测量x 的程序框图，如图12所示。

1

425

i 3

x x x x x y

图 9.11 反非线性的折线逼近

4

图 9.12 非线性自校正流程图

折线与折点的确定有两种方法：?近似法与截线近似法。不论哪种方法所确定的折线段与折点坐标值与所要逼近的曲线之间存在误差?，按照精度要求，各点误差?i 都不得超过允许的最大误差界?m ，即i m ??≤。 1、?近似法

折点处误差最大，折点在m ±?误差界上。折线与逼近的曲线之间的误差最大值为m ?，且有正有负。

2、截线近似法

折点在曲线上且误差最小。这是利用标定值作为折点的坐标值。折线与被逼近的缺陷之间的最大误差在折线段中部，应该控制该误差值不大于允许的误差界m ?，各折线段的误差符号相同，或全部为正，或全部为负。

m

(a)(b)

(a) (b)

?近似法；截线近似法

图9.13曲线的折线逼近

线性插值法的线性化精度由折线的段数决定，分段数越多，精度越高，但数表占内存越多。一般分为24段折线比较合适。在具体分段时，可以等分也可以不等分，根据传感器的特性而定。

当传感器的输入和输出之间的特性曲线的斜率变化较大时，采用线性插值不能满足精度要求时，可采用二次曲线插值法。就是利用抛物线代替原来的曲线，以提高精度。

9.3.2.2 软件抗干扰技术5

被测信号在进入测量系统之前与之后都受到各种干扰与噪声的侵扰。排除干扰与噪声把有用信息从混杂有噪声的信号中提取出来，这是测量系统或仪器的主要功能。智能传感器系统具有数据存储、记忆与信息处理功能。通过智能化软件可以进行数字滤波、相关分析、统计平均处理等，并可以消除偶然误差、排除内部或外部引入的干扰，将有用信号从噪声中提取出来，从而使智能传感器系统具有高的信噪比与高的分辨率。智能传感器系统所具有的抑制噪声的智能化功能也是由强大的软件来实现的。这就使智能传感器系统集经典传感器具有获取信息的功能与传统仪器只有信息处理功能于一身，冲破了“传感器”与“仪器”之间不可逾越的界线。

利用软件进行抗干扰处理的方法可以归纳成两种：一种方法是利用数字滤波器来滤除干扰，另一种方是采用软件开门狗（什么东西？）、指令冗余、软件陷阱、多次采样技术、延时防止抖动、定时刷新输出口等技术来抑制干扰。如果信号的频谱合噪声的频谱不重合，则可用滤波器消除噪声；当信号合噪声频带重叠或噪声的幅值比信号大时就需采用其它的噪声抑制方法，如相关技术、平均技术等。这里简要介绍数字滤波器的设计过程。

数字滤波器

传统的模拟滤波器是由硬件电路构成，存在受元器件精度限制、滤波器变通性差，器件体积庞大等缺点。智能传感器系统中采用数字滤波器，它通过计算机执行一段相应的程序来了（应去掉）滤除夹杂在信号中的干扰部分，而无需增加任何硬件设备。由软件实现的离散时间系统的数字滤波器和由硬件实现的连续时间系统的模拟滤波器相比，虽然实时性较差，但稳定性合（改为“和”）重复性好，调整方便灵活，能在模拟滤波器不能实现的频带下进行滤波，故得到越来越广泛的应用。

数字滤波器的基本结构

对被测模拟信号的处理过程如图所示。被测模拟两（改为“量”）首先经过采样/保持电路（S/H），送至模数转换器（ADC）转换成数字量，然后通过数字滤波器（DF）滤除其中的干扰信号，最后通过数模转换器（DAC）获得模拟量输出。

图 9.14模拟信号的处理过程

经过模数转化器后得到的信号，从时间上看，数字信号是离散的，从幅度上看，它又是量化的。因此，数字信号可用一个序列数来表示，而每个数又可表示成二进制码的形式。数字滤波器的功能就是利用软件对一组数字序列进行一定的运算，再变换成另一组输出数字序列。

根据所用数学模型的不同，数字滤波器可分为两大类：一类是递归型滤波器，其特点是滤波器的输出不仅与输入信号有关，还与过去的输出值有关；另一类是非递归型滤波器（如一阶、二阶低通滤波器），其特点是滤波器的输出仅与输入信号有关，而与过去输出值无关。

设数字滤波器的输入信号为()X n ，输出信号为()Y n ，则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程表示为

1

()()()N N

K K K K Y n b X n K a Y n K ===-+-∑∑

式中，输入信号()X n 可以是模拟信号经过采样和ADC 变换后得到的数字序列，也可以是计算机的输出信号；K a 、K b 均为系数。上述差分方程组成的数字滤波器，称为递归型数字滤波器，其输出不仅与输入有关，还与过去的输出有关。 若差分方程中的系数K a 均取0，则得到

()()N

K K Y n b X n K ==-∑

式中表示，输出值仅与输入有关，而与过去的输出无关。这类滤波器即为非递归型滤波器。系数K a 、K b 选择不同，可设计成低通、高通、带通或带阻式数字滤波器。

数字滤波器的设计 1）设计步骤

设计数字滤波器时，一般可按以下步骤来进行： ● 首先，（在此处加入“根据”）干扰信号的特征来选择合适的数字滤波器；

● 建立其典型的差分方程数学模型，并对差分方程进行Z 变换，写出其Z 传递函数； ● 根据有用信号和干扰信号的频率特征，来确定系统所期望的通频带；

● 根据Z 传递函数，确定其幅频特性和相频特性，再对Z 进行反变换，求出滤波器的线

性离散方程；

● 按照线性差分方程来编制相应的软件，最终实现数字滤波器的功能。所设计的数字滤波

器特性，可用MATLAB 软件进行仿真。 2） 数字滤波器的软件设计

在测控系统中，由于各种参数的干扰成分不同，因而滤除这些干扰成分的方式也不同。数字滤波器方法有多种，可根据具体情况加以选用。 ① 程序判断滤波器（即限幅滤波法）

测控系统在工业现场进行采样时，由于许多强干扰的存在，会引起输入信号的大幅度跳变，造成计算机系统的误操作。在这种情况下，可设置相邻采样数据差的门限值，如超过该门限值，则作为噪声信号舍去，否则将本次采样值作为有用信号保留。 ② 中位值滤波法

中位值滤波法就是对某一被测参数连续采样N 次（N 一般取奇数），然后把N 次采样值按大小排列，取中位值作为本次采样值。中位值滤波器能有效地克服因偶然因素而引起的波动干扰。对于温度、液位等缓慢变化的被测参数，采用此法能收到良好的滤波效果，单（改为“但”）对快速变化的参数一般不宜采用。 ③ 算术平均滤波法

算术平均滤波法就是连续取N 个值进行采样，然后求出算术平均值。该方法适用于对随即（改为“机”）干扰信号进行滤波，这时信号会在某一数值范围内波动。当N 值较大时，用次（改为“此”）方法得到的信号平滑度高，但灵敏度低；当N 值较小时，信号平滑度低，但灵敏度高。因此，应视具体情况选取N 值，这样才能节省时间，又能取得较好的滤波效果。

④ 递推平均滤波法

递推平均滤波法是一种只需测量一次，就能得到当前算术平均值的方法。对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制系统，此方法更为使用（改为“实用”）。递推平均滤波法是把N 个测量数据看成一个队列，队列的长度为N ，每进行一次新的测量，就把测量结果放入队尾，去掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有N 个最新的数据。计算滤波值时，只要把队列中的N 个数据进行平均，即可得到新的结果。

递推平均滤波法队周期性干扰具有良好的抑制作用，其平滑度高，灵敏度低；但对偶尔出现的脉冲干扰的抑制作用差，不易消除由脉冲干扰而引起的采样值偏差。因此，它不适用于脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频振荡系统。通过观察在不同N 值下递推平均的输出响应来选取N 值，以便既少占用时间，又能达到最佳滤波效果。对于测控系统，N 一般取1～4。

⑤ 防脉冲干扰平均滤波法

在脉冲干扰严重的场合，若采用一般的平均滤波法，干扰就会被“平均”到结果中去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的误差。为此，可先去掉N 个数据中最大值和最小值，然后计算（N －2）个数据的算术平均值。为提高测量速率，一般取N ＝4。 ⑥ 一阶滞后滤波法

一阶滞后滤波算法对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于对波动频率较高的参数进行滤波。其不足是会使相位滞后，灵敏度降低。 一阶滞后滤波算法为

()(1)()(1)Y n X n Y n αα=-+-

其中：()X n 是本次采样值，()Y n 、(1)Y n -是本次、上次滤波输出值。令滤波时间常数为f T ，采样周期为T ，则()f f T T T α=+。α值与采样参数和干扰的成分有关，可由实验确定，只要使被测信号不产生明显的失真即可。

9.3.2.3 自补偿技术

传感器的自补偿技术主要是为了消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系统特性的漂移，如温度变化引起的零点漂移、灵敏度温度漂移等。另外一个重要目的是改善传感器系统的动态特性，使其频率响应特性向更高或更低频段扩展。

通过自补偿技术可改善传感器系统的动态性能，使其频率响应向更高或更低频段扩展。在不能进行完善的实时自校准的情况下，可采用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系统特性的漂移，如零点漂移、灵敏度温度漂移等。自补偿与信息融合技术有一定程度的交叠，信息融合有更深更广的内涵。

1、温度补偿

温度是传感器系统最主要的干扰量，在经典传感器种（改为“中”）主要采用结构对称（机械结构对称、电路结构对称）来消除其影响，在智能传感器的中，也有采用硬件电路来实现补偿的，但补偿效果不能满足实际测量的要求。在传感器与微处理器/微计算机相结合的智能传感器系统中，则是采用监测补偿法，它是通过对干扰量的监测再由软件来实现补偿的。

一般情况下，对应不同的工作温度，传感器有不同的输入（P）－输出（U）特性。如果能够确定工作温度为T时相应的P－U特性，并按反非线性特性读取被测量P，从原理上就能消除温度引入的误差。而在前面可知输入P与输出U之间通常存在非线性，需要对其进行非线性的校正，校正的方法是查表、插值或者曲线拟合。曲线拟合的结果是确立输入和输出之间拟合多项式的系数，从而某个获得标定温度下的输入和输出的拟合多项式曲线。这样通过标定实验得到的有限数量的几个温度值条件下的标定曲线。通过曲线拟合法，可以找出工作温度范围内非标定条件下任一温度T状态的输入（P）－输出（U）特性。因此，温度补偿的曲线拟合法的过程与步骤与前非线性校正类似。

2、频率补偿

传感器的动态特性可以用低阶（一阶、二阶）方程来表示。其本身都有一定的固定带宽和固有频率。当信号的频率高而传感器的工作带宽不能满足测量允许误差的要求时，则希望扩展系统的频带，以改善系统的动态性能。与数字滤波相同，动态补偿既可以以通过硬件电路实时补偿，也可以通过软件进行补偿，智能传感器系统具有强大的软件优势，能够补偿原有系统动态性能的不足。通常，已知传感器动态特性时，常采用的数字滤波器与频域校正法，在未知传感器动态特性时，则可以采用神经网络方法进行补偿。

1）数字滤波器

数字滤波法的补偿思想是：给现有的传感器系统（设系统传递函数为H（s））附加一个校正环节（Hc（s）），使得系统总传递函数满足动态性能的要求。这个附加的串联环节由软件编程设计的滤波器来实现。

图9.15校正方案

动态补偿滤波器的设计方法比较简单，首先令动态补偿滤波器与传感器传递函数的极点相同，即令其抵消传感器传递函数的极点；

设某传感器（一阶环节）的传递函数为

()1K

H s s

τ=

+ 为改善其动态特性，在其后串入一个超前校正环节，该环节的传递函数为

1111(1)(1)

()11c K s K s H s K s s

τττ++=

=

++ 式中111, 1K K ττ=<。传感器与校正环节合成后的传递函数为

11

111(1)()()()111c K s KK K H s H s H s s s s

ττττ+==

=

+++ 有了校正环节后传感器的时间常数1τ是原来的K 1倍，由于设计K 1<1，因而时间常数见效，响应速度变快。如果10.01K =，11

100

ττ=

，响应速度将变快100倍。 在数字滤波器的设计过程中，主要考虑以下三个问题：

① 滤波器的数学模型的建立，即系统函数的导出； ② 数字滤波器设计方法的选择及系数的确定； ③ 数字滤波器的设计及其程序编制。

数字滤波器的设计方法主要有两种：脉冲响应不变法和双线性变换法。脉冲响应不变法的缺点是高频时频响混淆严重，在校正高频特性时，宜采用双线性变换法。

一个线性定常的离散环节（或系统）可用差分方程来表示。对于N 阶环节，其一般形式为

1

()()()N N

i i i i y n b y n i a x n i ==+-=-∑∑ (9- 5)

若环节起始为零状态，对上式两端取Z 变换得

1

()()()N N

i

i i i i i y Z b Z y Z a Z X Z --==+=∑∑

因此环节的系统函数为

11

()

()()

1N

i

i i N i

i i a Z

Y Z H Z X Z b Z -=-===

+∑∑

上式即为环节的数学模型，表示环节的特性。 若环节为一阶，即N ＝1，则(9-5)为

101()(1)()(1)y n b y n a x n a x n +-=+-

令环节输入为y ，输出为y c ，则上式应写成

101()(1)()(1)c c y n b y n a y n a y n +-=+-

系统函数为：

1

011

1()()()1c Y Z a a Z H Z Y Z b Z

--+==+ 由前面的讨论已知：若对一阶环节()1K

H s s

τ=

+实现校正，模拟校正环节的传递函数应为1111(1)(1)

()11c K s K s H s K s s τττ++=

=

++。对H c （s ）作归一化处理，令截止频率处的值为1，即在S 前乘以

11

K τ

，即得1111()1c K s H s s +=+

对上式进行双线性变换，即令

1

11

11Z s C Z

---=+ 可实现模拟域（s 域）到数字域（z 域）的变换，得到数字校正滤波器的系统函数为

1

011

1()1a a Z H Z b Z --+=

+ 式中01111()(1)()(1)(1)(1)a K C C a K C C b C C =++?

?

=-+??=-+?

常数C 的引入是用于克服双线性变换可能引起的相频非线性畸变，它由下式确定

tan

2

T

C c ωΩ= 式中，ω为模拟域频率，Ω为数字域频率，T 为采样周期。频率的选取一般采用的原则是：使用模拟和数字两个滤波器的截止频率相等。对应模拟滤波器归一化频率11ω=，在数字域11

K τΩ=

，于是 1tan

2T

C c K τ

= 系数a 0、a 1、b 1确定之后，引入辅助Z 变换U （z ），有

1011

1()()1

()()()()1c Y Z U Z H Z a a Z U Z Y Z b Z

--=

=++ 因此，数字校正滤波器时域输出序列和输入序列得关系式可写为

011()()(1)

()()(1)

c y n a u n a u n u n y n b u n =+-??

=--?

智能传感器的五大领域应用

智能传感器的五大领域应用 近年来，我国的物联网产业发展迅速，据相关数据统计和预测，2014年产业规模达到了6320亿元人民币，同比增长22.6%；2015年产业规模达到7500亿元人民币，同比增长29.3%；2017年产业规模突破9300亿元，同比增长9.31%。预计2018年我国的物联网整体规模将突破万亿元。 传感器在物联网产业中的作用 物联网是将各种信息传感设备和互联网结合起来形成的一个巨大网络，它是互联网的升级，也是信息化时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑，而感知的关键就是传感器及相关技术，可以毫不夸张的说，没有传感器的进步，就没有物联网的繁荣。随着物联网的发展，传感器产业也将迎来爆发，传感器是物联网采集数据的关键组件，扮演着不可或缺的角色。 随着全球开始步入高速发展的信息时代，在获取和处理信息过程中，首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息，而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代，要用传感器来监视和控制生产过程中的参数，使设备保持正常的工作状态；在智能家居领域，传感器是实现用户和家居单品（灯光、电视、冰箱、音响等）互动的基础；在无人驾驶中，需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理，这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说，未来物联网有多大的市场，传感器就能有多大的作为。 物联网时代，智能传感器将大有可为 中国的传感器产业相对落后，但随着物联网需求的增加，目前国内传感器呈现一种高速增长的态势。据统计，2017年中国的传感器市场规模为2070亿元，预计到2021年将增至5937亿元，未来五年中国传感器产业年均复合增长率约30%，远高于全球平均水平。我国的传感器发展大致分为三个阶段，以利用结构变化感知信号的结构型传感器；以半导体和材料组成的固体型传感器；以具有信息交换、处理能力的智能传感器，这也是物联网时代最有前景的传感器类型。 智能传感器具有高精度、成本低、功能多样化、自动化强等特点，它是一种具有信息处理功能的传感器，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。在很多物联网场景下的传感器都具有智能传感器得特点，未来得物联网时代，智能传感器将是市场主流。 传感器的类型有上万种，智能传感器亦是如此，一个良好的智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装等组成，智能传感器能将检测到的信息储存起来并处理这些数据，从而创造出新数据。智能传感器实现物联网的关键技术之一，它在工业、农业、医疗、交通等领域将发挥巨大作用，在未来的传感器市场上，智能传感器的比重会越来越大。近期云里物里也将发布光传感器，红外线传感器，压力传感器等新品。 五大领域对智能传感器的需求暴涨 近日，某国内知名研究机构发布了未来最有前景的几大物联网场景，其中智能工业、智能家

传感器与自动检测技术课后习题答案余成波主编

读书破万卷下笔如有神 一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？ 答：（1）能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。 1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息 其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。 1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？ 答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性 Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%； 1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？ 答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。 1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。 2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？ 答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？ 答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。 2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？ 答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的

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—H ■ ——= H H H —H ■ ■ H H H H — H I 3.霍尔原件的性能参数 1）额定激励电流 2）灵敏度KH 3）输入电阻和输出电阻 4）不等位电动势和不等位电阻 5）寄生直流电动势 6）霍尔电动势温度系数 4.霍尔开关 霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 图1-6霍尔开关 5.霍尔传感器的应用 1）霍尔式位移传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，有功功率及电能 参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。 1-7 霍尔式位移传感器的工作原理图 2）霍尔式转速传感器 图1-8所示的是几种不同结构的霍尔式转速传感器。 图1-8 几种霍尔式转速传感器的结构 3）霍尔计数装置 图1-9所示的是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器 时，传感器可输出峰值20 mV的脉冲电压，该电压经运算放大器（卩A741）放大后，驱动半导 蒞H尤 ｛牛 吐n惑坳强屢曲同的传黑 器 霜晦疋件 \ -Av 骷］罰腋的怖楞传想 器 雷耳朮件 At 畑铀构柑同的拉牌传感盟 1 了解霍尔传感器 I i的应用。 它不仅用于磁感应强度、 U) 2

2020 年智能传感器行业调研分析报告( word 可编辑版)

2020 年智能传感器行业分析调研报告 2020 年 1 月

目录 1.智能传感器行业概况及市场分析 (5) 1.1智能传感器市场规模分析 (5) 1.2智能传感器行业结构分析 (5) 1.3智能传感器行业 PEST 分析 (6) 1.4智能传感器行业特征分析 (7) 1.5智能传感器行业国内外对比分析 (8) 2.智能传感器行业存在的问题分析 (10) 2.1技术相对落后 (10) 2.2政策体系不健全 (10) 2.3基础工作薄弱 (10) 2.4地方认识不足，激励作用有限 (11) 2.5产业结构调整进展缓慢 (11) 2.6与用户的互动需不断增强 (11) 2.7管理效率低 (12) 2.8盈利点单一 (13) 2.9过于依赖政府，缺乏主观能动性 (13) 2.10供给不足，产业化程度较低 (14) 2.11人才问题 (14) 2.12产品质量问题 (14) 3.智能传感器行业政策环境 (16) 3.1行业政策体系趋于完善 (16) 2

3.2一级市场火热，国内专利不断攀升 (16) 3.3“十三五”期间智能传感器建设取得显著业绩 (17) 4.智能传感器产业发展前景 (18) 4.1中国智能传感器行业市场驱动因素分析 (18) 4.2中国智能传感器行业市场规模前景预测 (18) 4.3智能传感器进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5细分化产品将会最具优势 (19) 4.6智能传感器产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7智能传感器人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (22) 4.9建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 4.10行业发展需突破创新瓶颈 (23) 5.智能传感器行业发展趋势 (24) 5.1宏观机制升级 (24) 5.2服务模式多元化 (24) 5.3新的价格战将不可避免 (24) 5.4社会化特征增强 (24) 5.5信息化实施力度加大 (25) 5.6生态化建设进一步开放 (25) 5.7呈现集群化分布 (26) 5.8各信息化厂商推动"智能传感器"建设 (27) 3

传感器与检测技术期末考试试卷及答案

传感器与自动检测技术 一、填空题（每题3分） 1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。 2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 7、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。 8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用

毕业设计---智能压力传感器系统设计

毕业设计任务书 一、题目 智能压力传感器系统设计 二、指导思想和目的要求 1.培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风； 3.培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 1.培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风； 3.培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 本设计主要设计一个智能压力传感器的设计，要求如下： 被测介质：气体、液体及蒸气 量程：0Pa～500pa 综合精度：±0.25%FS 供电：24V Dc（12～36VDC） 介质温度：-20～150℃ 环境温度：-20～85℃ 过载能力：150%FS 响应时间：≤10mS 稳定性：≤±0.15%FS/年 能实时显示目标压力值和保存参数，并能和上位机进行通信，并具有较强的抗干扰能力。 所需要完成的工作： 1.系统地掌握控制器的开发设计过程，相关的电子技术和传感器技术等，进行设计任务和功能的描述；

2.进行系统设计方案的论证和总体设计； 3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行系统的硬件设计和软件设计； 4.进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调； 5.查阅到15篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及1.5万（或翻译成中文后至少在3000字以上）字符以上的英文翻译。 四、进度和要求 第01周----第02周：查阅相关资料，并完成英文翻译； 第03周----第04周：进行市场调查，给出系统详细的设计任务和功能，进行系统设计方案的论证和总体设计； 第05周----第07周：完成硬件电路设计，并用PROTEL画出硬件电路图； 第08周----第10周：完成软件模块设计与调试； 第11周----第12周：进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调； 第13周----第14周：撰写毕业设计论文； 五、主要参考书及参考资料 1. 单片机原理及应用，张鑫等，电子工业出版社 2. MCS51单片机应用设计，张毅刚等，哈尔滨工业大学 3. MCS51系列单片机实用接口技术，李华等，北京航天航空大学 4. PROTEL2004电路原理图及PCB设计，清源科技，机械工业出版社 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究，曹卫芳，山东科技大 学，2005．5 6. 单片机应用技术选编，何立民，北京航空航天大学出版社，2000 7. 检测技术与系统设计，张靖等，中国电力出版社，2001

智能传感器的在线自诊断1

基于神经网络模型的智能传感器在线自诊断、自修复 胡学海、古天祥 电子科技大学自动化学院 成都飞机设计研究所 摘要：本文首次提出了基于神经网络模型实现智能传感器在线诊断、在线修复的原理、方案，及软、硬件实现方法，对利用生物结构来提高电子系统可靠性进行了初步尝试。本文的成果适用于对速度要求不高的智能传感器系统，有一定的参考价值。 关键字：智能传感器、在线自诊断、自修复、神经网络模型、触突、阈值 The Intelligent Sensor’s check and repair on line Which based on Nervous Model Hu Xue Hai 、Gu Tian Xiang Abstract：In this paper , it is carried out the research on the principle of Intelligent Sensor’s check and repair on line which based on nervous model and it’s structure of software and hardware . The way to improve reliability by natural structure is tried . The way suits for the Intelligent Sensor . Key words：intelligent sensor, check and repair on line , nervous model , conjunction , limit value 中图分类号：TP212.6 1引言 进入信息时代后，一场数字化革命正在各国蓬勃的展开。作为信息技术的三大支柱之一的传感器技术也同样面临着这个挑战。内置MCU系统，可自动对输出进行线性化、标度变换、数字滤波、数字补偿，即提高测量精度，又能补偿受温度、压力、气体浓度等因素影响的智能传感器成为了当今传感器技术发展和研究的主流和前沿。 但由于内部结构更加复杂，特别是系统全部基于内置MCU系统的正常运行，不可避免的降低了传感器的可靠性。为了提高可靠性，就必须对传感器内置的MCU系统进行在线监控，这也就成为了智能传感器研究的重要课题。 2基本原理 智能传感器使用内置的MCU系统作为系统控制核心。由于MCU系统较易受电磁干扰而发生系统程序“跑飞”，或内存单元数据突然改变现象，这种故障是随机发生的，且和运行环境有关，难于检测、排除。传统方法采用电压比较器对电源监控，采用“看门狗”对程序监控，存在的缺陷主要有：测试故障覆盖率低、难以检测变周期运行系统、测试时间太长，并可能因此而引起连锁反应，造成直接经济损失、故障处理智能度差，无法进行过程重入，从而无法实现在线故障排除。我们利用神经网络模型可以很好的解决这一问题，实现了MCU系统的智能在线监控和在线故障排除，从而极大的提高智能传感器的可靠性和运行平稳性。 2.1 神经网络模型

智能压力传感器的设计

密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2009—2013年） 题目智能化压力传感器的设计 学院：环化学院系测控系 专业班级：测控技术与仪器093班 学生姓名：钟刚学号： 5801209114 指导教师：刘诚职称：讲师 起讫日期： 2013.3.15—2013.6.6 南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：

传感器及转换器形成系统的“前端”，没有它，许多现代化的电子系统都无法正常工作。传感器已广泛的应用于工业控制系统和能源工业装置当中（如石油和天然气的生产、配电工业）。它们也是制造录音机和录像机这些原始设备产品的重要内在组成部分。大多数这些数字电子系统之所以具有普遍性和强大优势是得益于传感器广泛应用于这些电子电路中。 本课题将深入研究智能压力传感器系统理论及其在压力测试方面的应用，对新型智能压力传感器系统的智能化功能、智能化软件和硬件配置进行全面的设计。提出了一种差动电容式传感器的前置电路,基于电容/ 电压转换的原理,对微小电容变化量进行测量。电路输出的直流电压与差动电容变化量成线性关系,且能对偏差电容和电路的漂移进行自动补偿。 完善智能化软件，实现温度补偿、自动校准、总线数字通讯、自动增益控制等多种智能化特性，使智能化程度尽可能的提高。 关键词：传感器；压力；智能化。

智能传感器产业研究报告

智能传感器产业研究报告 construction of party communist network, mobile, Al, where XX channels, "taught the XX Party" app platform and learning such as distance education platform. Guide party members to use "e XX Party members" participate in networked learning, interaction and "three lessons", offline synchronization of encouraging party members to carry out study and education, enriching the content of forms, expand the coverage of education. 5, strengthen the Organization and supervision. Party (total) branch to effectively assume the main responsibility for organizational learning, combining to make a study plan, urged the implementation of "three lessons" system and implementing learning requirements. For different areas, different types of party member's actual situation and needs, providing suitable learning materials and time, venue and funding of the necessary protection. Task specific, precise, and educational differences. Town Party Committee will set up a "two" study and education Steering Group, customized research, targeted monitoring, on-site observation and random way, timely understanding of party members and cadres and ordinary party members to study, identify and resolve symptoms and problems to ensure education solid and effective. Poor organization and perfunctoryResponsibilities, well, serious criticism and serious accountability, and reported as appropriate. 6, lead. Party leading cadres should set an example, to lead by example in the whole town, layers of driven model, layer upon

《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波_主编)

一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？ 答：（1）能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。 1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息 其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路； （2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。 1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%； 1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？ 答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。 1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。 2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？ 答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。 2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？ 答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。 2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？ 答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的角度来说，精确度（准确度）是测得值的随机误差和系统误差的综合反映。正确度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。反映的是测得的系统误差。

传感器与检测技术课程教学大纲

《传感器与检测技术》课程教学大纲 一、课程的性质、课程设置的目的及开课对象 本课程是机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向）学生的重要专业课程。本课程设置的目的是通过对传感器的一般特性与分析方法，传感器的工作原理、特性及应用，检测系统的基本概念的学习，通过本课程的学习，使学生掌握检测系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理。 开课对象：机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向）本科生。 二、先修课程：高等数学、工程数学、电子技术、数字电子技术等。 三、教学方法与考核方式 1.教学方法：理论教学与实验教学相结合。 2.考核方式：闭卷考试。 四、学时分配 总学时48学时。其中：理论38学时，实验10学时 五、课程教学内容与学时 （一）传感器与检测技术概念 传感器的组成、分类及发展动向，技术的定义及应用。 重点：传感器与检测技术的目的和意义。 教学方法：课堂教学和现场认识教学相结合。 （二）传感器的特性 1.传感器的静态特性 2.传感器的动态特性及其响； 重点：传感器的静态特性与动态特性的性质。 难点：工艺计算与平面布置；微机联网控制系统。 广度：本章主要讲述传感器特性的基础知识。 深度：主要讲述传感器的特性，不涉及复杂的内容。 教学方法、手段：课堂教学、多媒体教学，强化实际操作。 （三）电阻式传感器 1.电位器式传感器的主要特性及其应用 2.应变片的工作原理 3.应变片式电阻传感器的主要特性及应用 重点：理解电位器式传感器、应变片式传感器的工作原理，掌握它们的性能特点，了解其常用结构形式及应用。 难点：线性与非线性电位器的测量原理，应变片式传感器的测量原理、温度误差及其补偿。

2018智能传感器的研究现状及展望

2018智能传感器的研究现状及展望 物联网已成为信息科技发展趋势，各种智能设备将作为传感器的载体，实现人、机、云端无缝的交互，让智能设备与人工智能（AI）结合从而拥有“智慧”，使得人体感知能力得到拓展和延伸。目前我国从事传感器的研制、生产和应用的企业超过1700家，产业门类基本齐全，传感器产品达到10大类、42小类、6000多个品种，无论是在健康医疗、城市规划，还是城市交通方面，传感器正在发挥着核心作用。 此前，国家工业和信息化部下发意见函，中国工程院组织遴选的MEMS传感器产业化等16个项目，拟作为《中国制造2025》2017年重大标志性项目。随着更多的设备通过传感器焕发了第二春，而且提升了效率，那么下一代的工程师、创新者和艺术家的使命是，发掘由数据构成的世界所给予的几乎无限的机会。 1.智能传感器简介 1.1智能传感器的概念 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来，并于1979年形成产品。IEEE协会将能提供受控量或待感知量大小且能典型简化其应用于网络环境的集成的传感器称为智能传感器。《现代新型传感器原理与应用》一书中认为智能传感器是带微处理机的，兼有信息检测、信息记忆以及逻辑思维与判断功能的传感器。 智能传感器是正在高速发展的高新技术，至今还未形成统一的规范化的定义，人们普遍认为智能传感器是具有对外界环境等信息进行自动收集、数据处理以及自诊断与自适应能力的传感器。 1.2智能传感器的功能 (1)自补偿与自诊断功能：通过微处理器中的诊断算法能够检验传感器的输出，并能够直接呈现诊断信息，使传感器具有自诊断的功能。 (2)信息存储与记忆功能：利用自带空间对历史数据和各种必需的参数等的数据存储，极大地提升了控制器的性能。 (3)自学习与自适应功能：通过内嵌的具有高级编程功能的微处理器可以实现自学习功能，同时在工作过程中，智能传感器还能根据一定的行为准则重构结构和参数，具有自适应的功能。 (4)数字输出功能：智能传感器内部集成了模数转换电路，能够直接输出数字信号，缓解了控制器的信号处理压力。

智能压力传感器的设计说明

前言 (1) 1 压力传感器 (1) 1.1压力传感器的简介 (1) 1.2 压力传感器的种类 (1) 1.3压力传感器的结构与特点 (1) 2 智能压力传感器 (1) 2.1智能压力传感器的构造 (1) 2.2智能压力传感器的作用 (2) 2.3智能压力传感器的优势 (2) 与传统传感器相比，智能压力传感器的特点是： (2) 2.4智能压力传感器的前景 (3) 3 智能压力传感器的系统设计 (3) 3.1系统结构整体设计 (3) 3.2系统的特点 (3) 4 系统硬件设计 (4) 4.1前端传感器模块 (4) 4.2信号调理电路模块 (5) 4.3 A/D转换模块 (5) 4.4微处理器 (8) 4.5显示模块 (9) 4.6温度补偿模块 (11) 4.7 硬件设计原理图 (11) 5软件程序设计 (16) 5.1软件程序语言介绍 (16) 5.2程序流程图 (16) 5.3 C语言程序设计 (16) 6问题与探究 (16) 7总结.......................................... 错误!未定义书签。

参考文献 (17)

前言 压力传感器是目前最为大众常见所知的传统传感器，这种传感器以压力形变为指标体现压力变化，这种结构传感器存在质量大，敏感度低，不能和电路器件相连使用等缺陷。随便科技的进步，半导体的迅猛发展，半导体压力传感器的诞生弥补了这些不足，半导体压力传感器，不仅体积小，重量轻，而且可以和电路元器件配套使用，从而大大的提高了智能化和可操作性。压力传感器大大的推动了传感器的发展，让人们能够更好的实现压力体现发展。 1 压力传感器 1.1压力传感器的简介 压力传感器是最为普遍的一种传感器，大多使用在各种自动化环境中，涉及到电力石化，军工科技，船舶制造，数码产品等多方面。一般压力传感器都是用模拟信号转换成输出信号，将输出信号转换为数值表现。这种转换方式大大的提高了工作效率。进而为智能化提供了强有力的发展基础。 1.2 压力传感器的种类 压力传感器通常分为以下几种：1；电容式，2；电阻式，3；压电式，4；电感式，5；智能式。智能式传感器是通过和微处理器相连，与传感器相结合，从而产生了智能化效果，它具有信号处理，信号记忆和逻辑思辨的能力。 1.3压力传感器的结构与特点 本次论文采用差压式电容传感器，电容式传感器灵敏度高，性价比高，操作简单，质量高，过载能力强，在极端环境下，能够稳定工作，提供持续的传感能力，保证了整个元器件工作，并把环境影响降到最低，特点鲜明。 2 智能压力传感器 2.1智能压力传感器的构造 智能压力传感器是利用精密机械制造工艺和集成电路原理，将智能芯片和传感器紧密结合在一个半导体原件上，与传统传感器相比，智能式传感器体积更小，质量小，适用围更大。整个智能压力传感器结构如下图所示；

智能传感产业三年行动指南(2017-2019年)

智能传感器产业三年行动指南 （2017-2019年） 为贯彻落实制造业与互联网融合发展、大数据等国家战略，把握新一代信息技术深度调整战略机遇期，提升智能传感器产业核心竞争力，保障国家信息安全，按照《国家集成电路产业发展推进纲要》要求，结合《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》，制订本行动指南。 一、行动背景 当今世界，以信息技术为代表的新一轮科技革命方兴未艾，全球信息技术发展正处于跨界融合、加速创新、深度调整的历史时期，呈现万物互联、万物智能的新特征。智能传感器作为与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源，是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的多元件集成电路，是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品，市场应用正呈现爆发式增长态势，已成为决定未来信息技术产业发展的核心与基础之一。同时，物联网、云计算、大数据、人工智能应用的兴起，推动传感技术由单点突破向系统化、体系化的协同创新转变，大平台、大生态主导核心技术走向态势明显，并成为发达国家和跨国企业布局的战略高地。经过近

些年的发展，我国智能传感器技术与产业具备了加快突破的基础，但由于起步较晚，目前仍面临产品有效供给不足、技术创新能力不强、产业生态不健全、科研生产与应用不协同等问题，由此带来的产业安全、信息安全挑战不容忽视。 二、总体要求 （一）发展思路 紧抓智能传感器市场需求爆发增长、技术创新高度活跃的战略机遇期，聚焦移动终端、智能硬件、物联网、智能制造、汽车电子等重点应用领域，突出“后摩尔”时代融合创新发展主线，紧紧围绕产业链协同升级和产业生态完善，补齐以特色半导体工艺为代表的基础技术、通用技术短板，布局基于新原理、新结构、新材料等的前沿技术、颠覆性技术，做大做强一批深耕智能传感器设计、制造、封测和系统方案的龙头骨干企业，打造一批具有国际影响力的技术标准、知识产权、检测认证和创新服务的机构，建成核心共性技术协同创新平台，有效提升中高端产品供给能力，推动我国智能传感器产业加快发展，支撑构建现代信息技术产业体系。 （二）总体目标 到2019年，我国智能传感器产业取得明显突破，产业生态较为完善，涌现出一批创新能力较强、竞争优势明显的国际先进企业，技术水平稳步提升，产品结构不断优化，供给能力有效提高。

传感器与自动检测技术实验指导书.

传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月

目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)

CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。

传感器与智能检测技术课后习题答案.doc

西安理工研究生考试 传 感 器 与 智 能 检 测 技 术 课 后 习 题

1、对于实际的测量数据，应该如何选取判别准则去除粗大误差？ 答：首先，粗大误差是指明显超出规定条件下的预期值的误差。去除粗大误差的准则主要有拉依达准则、格拉布准则、t检验准则三种方法。准则选取的判别主要看测量数据的多少。 对于拉依达准则，测量次数n尽可能多时，常选用此准则。当n过小时，会把正常值当成异常值，这是此准则的缺陷。 格拉布准则，观测次数在30—50时常选取此准则。 t检验准则，适用于观察次数较少的情况下。 2、系统误差有哪些类型？如何判别和修正？ 答：系统误差是在相同的条件下，对同一物理量进行多次测量，如果误差按照一定规律出现的误革。 系统误差可分为：定值系统误差和变值系统误差。 变值系统误差乂可以分为：线性系统误差、周期性系统误差、复杂规律变化的系统误差。判定与修正： 对于系统误差的判定方法主要有： 1、对于定值系统误差一?般用实验对比检验法。改变产生系统误差的条件，在不同条件下进行测量，对结果进行比较找出恒定系统误差。 2、对于变值系统误差：a、观察法：通过观察测量数据的各个残差大小和符号的变化规律来判断有无变值系统误差。这些判断准则实质上是检验误差的分布是否偏离正态分布。 b、残差统计法：常用的有马利科夫准则（和检验），阿贝-赫梅特准则（序差检验法）等。 c、组间数据检验正态检验法 修正方法： 1.消除系统误差产生的根源 2.引入更正值法 3.采用特殊测量方法消除系统误差。主要的测量方法有：1）标准量替代法2）交换法3）对称测量法4）半周期偶数测量法 4.实时反馈修正 5.在测量结果中进行修正 3、从理论上讲随机误差是永远存在的，当测量次数越多时，测量值的算术平均值越接近真值。因此，我们在设计自动检测系统时，计算机可以尽可能大量采集数据，例如每次采样数万个数据计算其平均值，这样做的结果合理否？ 答：这种做法不合理。随机误差的数字特征符合正态分布。当次数n增大时，测量精度相应提高。但测量次数达到一定数Id后，算术平均值的标准差下降很慢。对于提高精度基本可忽略影响了。因此要提高测量结果的精度，不能单靠无限的增加测量次数，而需要采用适当的测量方法、选择仪器的精度及确定适当的次数等几方面共同考虑来使测量结果尽可能的接近真值。 4、以热电阻温度传感器为例，分析传感器时间常数对动态误差的影响。并说明热电阻传感器的哪些参数对有影响？ 答：1、对于热电阻温度传感器来说，传感器常数对于温度动态影响如式子t2=t x-T （dtJdt）所示，7■决定了动态误差的波动幅度。了的大小决定了随着时间变化

智能化压力传感器的设计开题报告

本科生毕业设计（论文）开题报告题目：智能化压力传感器的设计 学院：环境与化学工程学院系化工系 专业：测控技术与仪器 班级： 学号： 姓名： 指导教师：刘诚 填表日期：年月日

一、选题的依据及意义 随着计算机技术和传感器技术的发展，两者的结合也愈来愈紧密，智能化传感器作为两者结合的新兴的研究方向，越来和越受到更多人的关注。近年来，虽然取得了一定的研究和开发成果，但是实际的需求还远远得不到满足。压力测控系统正急需发展，已经开发和使用的压力传感器在无法满足需求，智能化的压力传感器系统，即将信息采集、信息处理和数字通信功能集于一身，能自主管理的开发和使用具有巨大意义。 此次选题是打算对智能压力传感器系统理论及其压力测量方面的应用进行深入研究，提出对智能压力传感器的设计开发和设计。利用集成程度高，功能强大的新型微处理器控制压力传感器，微处理器内部集成大量模拟和数字外围模块，会具有很强大的数据处理能力。 此次论文将在对智能压力传感器系统的智能化功能深入研究的基础上，设计了较为完善的智能化软件，实现了自动增益控制、温度补偿、自动校准、总线数字通讯等多种智能化特性，使传感器具有较高的智能化程度。提出了利用传感元件自身特性实现温度补偿的算法以及对系统非线性补偿的算法。并对传感器系统进行了较全面的抗干扰和系统故障自诊断设计，保证了系统的稳定性和可靠性。提出一种带有程序判断的智能数字滤波算法，它既具有较好的平滑能力，又具有较快的响应速度。 本系统在软件上运用C语言编程，系统采用与PC机通信，完成数据转换、数据处理以及实时数据显示等功能，便于实现系统集中监控。 本研究设计的智能压力传感器系统具有体积小、成本低、可靠性好、响应速度快、智能化程度高等特点，通过仿真对软、硬件进行了充分的调试，效果良好，在众多压力测控系统中有着广阔的应用前景。 二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述） 传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。在工业、农业、国防、科技等各个领域，传感器技术都得到了广泛的应用，并展现出极其广阔的前景。因此。许多国家对传感器技术的发展十分重视。例如在日本传感器技术被列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导和传感器)之一?“，并且是将传感器列为十大技术之首；美国将90年代看作是传感器时代，将传感器技术列为90年代22项关键技术之一”“。我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就“?。目前，在“科学技术就是第一生产力”的思想指引下，各项科学技术取得了突飞猛进的发展，传感器技术也越来越受到各方面的重视，虽然在某些方面已赶上或者接近世晃先进水平。但是从总体来看，与国外传感器技术的发展相比，我国对传感器技术的研究和生产还比较落后，现正处于方兴未艾的阶段。 据了解，1994年世界传感器市场总的交易额高达260亿美元，并且在2000年以的前，世界传感器市场规模年增幅为7％以上，其中高档的传感器增幅可达18％以上，而那些采用微机械加工技术和微系统技术等高新技术制造的各类型新型智能传感器．其年增长率可达30％以上。从市场销售情况来看，压力传感器占第一位。利用硅材料制作的半导体传感器除具有固体传感器的一般优点以外，还可以把一些集成电路与传感器制作在一起从而构成集成化传感器。集成电路部分若制作了微处理机，则形成智能化传感器。到目前为止，高精确度、高可靠性、小型化、低成本的智能传感器已成为世界传感器市场的主流。