传感器：第十章 智能传感技术

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第十章 智能传感技术

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把具有一种或多种功能， 把具有一种或多种功能，能够完成信号探测和 处理、逻辑判断、双向通信、自检、自校、自补偿、 处理、逻辑判断、双向通信、自检、自校、自补偿、 自诊断和计算等全部功能的器件称为智能传感器。 自诊断和计算等全部功能的器件称为智能传感器。 主要特点有： 主要特点有： (1) 高精度； 高精度； (2) 多功能； 多功能； (3)自适应能力强； (3)自适应能力强 自适应能力强； (4) 高可靠性、高稳定性； 高可靠性、高稳定性； (5) 超小型化、微型化、微功耗。 超小型化、微型化、微功耗。

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10.1 智能传感器的体系结构与功能实现一、智能传感器的体系结构 (一)非集成化结构 将传统的传感器、 将传统的传感器、信号调理电路及带数字接口的 微处理器组合为一个整体。 微处理器组合为一个整体。

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(二)集成化结构 采用微电子机械加工技术和集成电路工艺技术， 采用微电子机械加工技术和集成电路工艺技术， 将传感器、信号调理电路、 将传感器、信号调理电路、微处理器单元集成到一个 硅片上构成。 硅片上构成。

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集成化智能传感器具有以下特点： 集成化智能传感器具有以下特点： 1.微型化 2.结构一体化 3.精度高 4.多功能 5.阵列式 6.全数字化 使用方便、 7.使用方便、操作简单

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(三)混合实现 将系统各个集成化环节，如敏感单元、 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， 电路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合 方式集成在一块或多块芯片上，并封装在一起。 方式集成在一块或多块芯片上，并封装在一起。 参见下图。 参见下图。

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二、智能传感器功能的实现 (一)非线性校正 造成传感器非线性原因主要有两个方面： 造成传感器非线性原因主要有两个方面： 传感器转换原理是非线性的；信号调理电路是非 传感器转换原理是非线性的； 线性的； 线性的； 与传统的传感器相比智能传感器采用了不同非 线性校正方法。 线性校正方法。

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1.插值法 对于一些计算复杂，特别是公式涉及指数、对数、 对于一些计算复杂，特别是公式涉及指数、对数、 三角函数和微、积分运算时，程序复杂、 三角函数和微、积分运算时，程序复杂、CPU运行时 间长、 处理能力要求高，此时可采用插值法。 间长、对CPU处理能力要求高，此时可采用插值法。 另外，一些传感器输入输出关系只有实验曲线没 另外， 有解析公式，只能采用插值法。 有解析公式，只能采用插值法。 插值法的思想是通过一组离散的输入输出对应表 插值法的思想是通

过一组离散的输入输出对应表， 一组离散的输入输出对应表， 利用插值的方式得到任意输出下的输入值 插值的方式得到任意输出下的输入值。 利用插值的方式得到任意输出下的输入值。

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a.线性插值 线性插值的思想认为在相邻的两个校正点(节点) 输入输出为线性。参见下图。 间，输入输出为线性。参见下图。

b3b2

bxb 1

ax

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图中A1,A2,A3为节点，用连接各个节点的一条折 为节点， 线代替曲线。折线的节点又等距和非等距两种。 线代替曲线。折线的节点又等距和非等距两种。 对于非线性斜率变化不大的时候可以采用等距节 点，对于非线性斜率变化比较大的时候采用非等距节 点。Y Y

X

X

X

X

X

x1x2 x3 x4 x5

x6

x7 X

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b.非线性插值 非线性插值的思想认为在相邻的两个校正点(节点) 输入输出为固定的曲线。由于插值曲线不易确定， 间，输入输出为固定的曲线。由于插值曲线不易确定， 该法使用较少。大量使用的是线性插值。 该法使用较少。大量使用的是线性插值。 2.拟合法 其主要思想是用一固定的解析式拟合实验得到的 一组输入输出关系。拟合方法有多种， 一组输入输出关系。拟合方法有多种，最常用的是最 小二乘法。 小二乘法。 该方法首先根据测得的输入输出关系， 该方法首先根据测得的输入输出关系，选取一个 描述输入输出关系的带参数的解析函数，然后根据实 描述输入输出关系的带参数的解析函数， 验数据用拟合的方法计算出解析函数的参数。 验数据用拟合的方法计算出解析函数的参数。

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(二)自校准技术 有于各种内在和外在因素的影响，传感器系统的 有于各种内在和外在因素的影响， 各个参数(如增益、零点等)会发生变化， 各个参数(如增益、零点等)会发生变化，自校准技 术能够自动校准传感器系统的参数， 术能够自动校准传感器系统的参数，使得系统精度保 持稳定。自校准框图如下。 持稳定。自校准框图如下。

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(二)噪声抑制技术 传感器检测信号中带有噪声和各种干扰信号。 传感器检测信号中带有噪声和各种干扰信号。智 能传感器系统应具有噪声滤出功能。 能传感器系统应具有噪声滤出功能。 当信号频谱和噪声频谱不重合 不重合时 当信号频谱和噪声频谱不重合时，可以采用滤波 器滤出噪声。滤波器 …… 此处隐藏：2390字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……