智能传感器：定义、结构和应用

欢迎来到今天的新岗位.今天我将为大家介绍智能传感器.由于测控系统的自动化和智能化,传统传感器已不能完成某些数据处理任务,包括自检\自校准\自补偿等.智能传感器和多用途传感器已经开发出来,并已开始使用.本文详细介绍了智能传感器的结构特点\应用领域\市场发展和技术进步.

Ⅰ.智能传感器的结构和特点
传感器是收集信息的重要工具,就像人脸特征一样.它对科学技术发展\国家安全和工业生产力至关重要.但是,作为"面部特征"的传感器的发展速度远远落后于作为"大脑"的计算机.

随着测控系统自动化\智能化程度的提高,传感器必须具有高精度\高可靠性\强稳定性\特定的数据处理能力以及自检\自校准\自补偿能力.传统的传感器已无法满足这样的要求.

此外,为了制造高性能传感器,单独提高材料工艺是具有挑战性的.为了弥补其不足,传感器技术必须与计算机技术相结合.微处理器(或微型计算机)和传感器的结合创造了强大的智能传感器,极大地改变了传感器技术.在其他国家被称为智能传感器(智能传感器)或智能传感器(智能,警报,智能传感器).此外,传统传感器通常只能测量一个参数,偶尔需要一个微型多功能传感器同时监测多个参数.来自几个国家的科学家最近专注于这一领域的研究,并创造了一些多用途传感器.

01智能传感器

在当今国际科技界,智能传感器是一个热门的研究领域,但目前还没有一个统一的描述.这两个统称为智能传感器的词(Intelligentsensor或Smartsensor)之间的区别不在本文中讨论.

目前,国内外研究人员都倾向于将传统传感器和微处理器组成智能传感器(或微型计算机).为了最大限度地收集数据,设备的内部行为被改变.智能传感器具有以下功能：

(1)自我补偿能力：

软件自动补偿传感器的非线性\温度漂移\时间漂移\响应时间等.

(2)自校准功能

操作者输入零值或某一标准值后,自校准软件可自动在线校准传感器.

(3)自诊断功能

上电后,传感器可进行自检,检查传感器各部分是否正常,并可诊断出故障部件.

(4)数值处理功能

根据智能传感器内部的程序,可以对数据进行自动处理,如统计处理\离群值消除等.

(5)双向通信功能

微处理器和基本传感器形成一个闭环.除了接收和处理传感器的数据外,微处理器还将信息发送回传感器,以便修改和调节测量过程.

(6)信息存储和记忆功能

(7)数字输出功能

传感器是计算机.它不仅可以计算\存储和处理传感器的测量数据,还可以通过反馈回路改变传感器.由于计算机能够充分利用各种软件的功能,它可以执行对硬件具有挑战性的工作,大大降低了传感器制造的复杂性,提高了传感器性能,降低了传感器成本.

根据结构的不同,智能传感器的结构可以是集成的\分离的,也可以分为集成的\混合的\模块化的三种类型.集成智能传感器是一种紧凑的\高度集成的硅芯片,它结合了一个或多个敏感器件\一个微处理器和一个信号处理电路.在目前的技术水平下,制造这样一个集成传感器是具有挑战性的.为了创建混合智能传感器,传感器\微控制器和信号处理电路被安排在单独的芯片(HybridSmart2Sensor)上.

这样的结构很多.许多独立的模块可能构成主要的智能传感器.例如,如果将传感器\输出电路模块\显示电路模块\信号调理电路模块\微型计算机全部组合在同一机箱中,则组高\体积大,但目前在技术层面上仍是一种有用的结构形式.



Ⅱ.智能传感器的应用领域非常广泛
01在智慧农业中的应用

由于环境的独特性质,大多数农业项目都是在野外进行的,这使得校正操作非常不方便,人工成本极高.因此,对传感器数据的稳定性有非常严格的要求,而智能传感器是效率最高的传感器.

工业自动化中的应用

在现代工业生产中,特别是在自动化生产过程中,采用各种传感器来监测和管理各种生产过程参数,使机械在正常或最佳状态下运行,使产品达到最高质量.有人可能会说,没有好的智能传感器,工业自动化是不可能实现的.

03在机器人中的应用

如今的机器人拥有与人类相似的四肢和感官能力,以及一定程度的智力和适应性行动计划.它们能够在没有人为干预的情况下运行.传感器在这一切中的作用是显而易见的.机器人需要传感器来感知周围环境.帮手.

04在智慧医疗中的应用

随着智能传感器的进步,医疗智能传感器作为采集生命体征数据的面部特征变得越来越重要.例如,智能传感器在图像处理\临床化学检测\生命体征参数的监测和监测\呼吸\神经\心血管疾病的诊断和治疗等方面都不可或缺,在未来的医疗设备中几乎无处不在.

05在智能家电中的应用

未来的家庭将深受智能家居趋势的影响,智能家电将成为许多家庭的标配.未来的家居产品,如电视剧\风扇\空调\洗衣机\干衣机\冰箱\衣柜等,都可以使用智能传感器.它是建立个人与家庭设备之间通信的基本工具,是家庭物联网的基石.

Ⅲ.中国智能传感器产业发展的三大短板

关键技术尚未突破

要克服传感器设计技术中的许多学科\理论\材料和工艺知识是极具挑战性的.由于人才短缺,研发费用昂贵,企业竞争激烈,我国在一些常见的关键传感器技术上尚未取得重大进展.

二\产业化能力不足

由于中国企业缺乏先进的技术能力,行业规范的形成尚未发生,国内传感器产品不匹配,不形成系列化,重复制造,无情竞争,产业化由此产生.它只能在相当长的一段时间内依赖进口,因为进口的程度与品种和系列不成比例.

03资源不集中

目前我国有1600多家传感器企业,但大多数是小微企业,盈利能力较低,缺乏技术驱动的龙头企业,最终导致了资本\技术\企业设计\产业结构\市场等方面的实现.在权力分散的状态下,资源无法有效集中,工业进步也经历了很长时间.

高端人才缺乏

由于传感器领域仍处于发展的早期阶段,资金\技术和工业基础相对不稳定.它还涉及许多学科,需要广泛的知识,并且看到新技术的不断出现,这使得招募顶尖人才具有挑战性.该领域人才的缺乏也是我国人才培养体系无效和不适当的结果.

Ⅳ.智能传感器技术的发展与趋势

01迈向高精度

随着自动化生产的进步,对传感器的需求也在不断增长.为了保证工业自动化的可靠性,必须创造出高灵敏度\高精度\快速反应\互换性好的新型传感器.

02朝着高可靠性和宽温度范围发展

传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰性能和其他性能.开发具有宽温度范围的高可靠性传感器仍将是一个优先事项.它将有望使用新型材料(如陶瓷)制造传感器.

3走向小型化

各种控制仪器的能力越来越强,传感器本身越小越好.这是因为每个组件的体积要求都在减少.为此,创造新的材料和加工技术是必要的.用硅材料制造的传感器数量仍然很少.与利用各种微处理技术(如激光)构建的硅加速度计相比,硅加速度计的尺寸非常小,而且始终可以互换,而传统的加速度计通常由重力块和弹簧组成,尺寸巨大,不稳定,寿命短.性是优越的.

4 .走向微功耗和被动发展

传感器通常将非电转换为电,因此没有电源就不能工作.在野外偏远地区作业时,他们经常使用电池或太阳能.无源传感器和微功耗传感器的发展是必然的.目前,低功耗芯片的开发正在加速.一个例子是T12702运算放大器,其工作电压仅为2.5 V,静态功耗低于1.5 A.

05朝着智能化数字化发展

随着现代化的推进,传感器的功能已经超越了它的传统用途.它的输出现在是由微型计算机处理的数字信号,其中一些甚至具有控制功能,而不是单一的模拟信号(如0-10mV).它被称为数字传感器.

06网络发展

网络是传感器发展的一个关键领域,它的好处和意义越来越明显.毫无疑问,网络传感器将推动电气技术的发展.

智能传感器是物联网发展的关键技术之一.它们不仅为现有行业提供了新的生命,而且还设定了传感器行业的趋势.它们对许多行业都是必不可少的,包括农业\海洋\航空航天和工业.随着人工神经网络\人工智能和其他技术的进步,新一代智能传感器将会出现.这些传感器的发展前景非常光明.