【正文】 作中進(jìn)行運(yùn)行自檢 ， 并可實(shí)時(shí)自行診斷測(cè)試 ， 以確定哪一組件有故障 ， 提高了工作可靠性 。 可根據(jù)待測(cè)物理量的數(shù)值大小及變化情況自動(dòng)選擇檢測(cè)量程和測(cè)量方式 ， 提高了檢測(cè)適用性 。 可實(shí)現(xiàn)多傳感器 、 多參數(shù)的復(fù)合測(cè)量 ， 擴(kuò)大了檢測(cè)與使用范圍 。 可進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的隨時(shí)存取 ， 加快了信息的處理速度 。 智能化傳感器具有數(shù)據(jù)通訊接口 ， 能與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī) ， 相互交換信息 ， 提高了信息處理的質(zhì)量 。 由于“ 電腦 ” 的加入 ， 智能傳感器可通過(guò)各種軟件對(duì)信息檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行管理和調(diào)節(jié) ， 使之工作在最佳狀態(tài) ， 從而增強(qiáng)了傳感器的功能 ， 提升了傳感器的性能 。 智能式傳感器系統(tǒng)一般構(gòu)成框圖如圖所示 。 63 智能傳感器的結(jié)構(gòu)框圖 64 三、 傳感器的智能化 傳感器的智能化概念 傳感器的智能化指?jìng)鞲衅髋c微處理機(jī)可分為兩個(gè)獨(dú)立部分 ， 傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)處理和轉(zhuǎn)化后由接口送入微處理機(jī)部分進(jìn)行運(yùn)算處理 。 傳感器將被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào) , 送到信號(hào)調(diào)理電路中 , 進(jìn)行濾波 、 放大 、 模 數(shù)轉(zhuǎn)換后 , 送到微處理機(jī)中 。 由于微處理機(jī)充分發(fā)揮各種軟件的功能 , 可以完成硬件難以完成的任務(wù) , 從而大大降低了傳感器制造的難度 , 提高了傳感器的性能 , 降低了成本 。 傳感器的信號(hào)經(jīng)一定的硬件電路處理后 ， 以數(shù)字信號(hào)的形式進(jìn)入計(jì)算機(jī) ， 于是計(jì)算機(jī)即可根據(jù)其內(nèi)存中駐留的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程的各種控制 、 邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理以及信息輸送等功能 ， 從而使傳感器獲得智能 。 實(shí)際上 ， 為了使智能式傳感器真正具有智能 ， 控制功能就應(yīng)該包括：鍵盤控制功能 、 量程自動(dòng)切換功能 、 多路與多路通道切換功能 、 數(shù)據(jù)極限判斷與越限報(bào)警功能 、 自診斷與自校正功能 。 66 該程序執(zhí)行步驟為：所用微機(jī)先向Ｄ /Ａ轉(zhuǎn)換口輸出一個(gè)定值 (固定代碼 )， 經(jīng) DAC變換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓值 ， 再送到Ａ /Ｄ通路的自校正輸入端 。 如結(jié)果相符或誤差在允許范圍內(nèi) ， 則認(rèn)為自校正功能正常 。 通過(guò)比較和判斷 ， 確定輸入 、 輸出以及接口等是否正常 。 智能式應(yīng)力傳感器用于測(cè)量飛機(jī)機(jī)翼上各個(gè)關(guān)鍵部位的應(yīng)力大小 ， 并判斷機(jī)翼的工作狀態(tài)是否正常以及故障情況 。 溫度傳感器用于測(cè)量環(huán)境溫度 ， 從而對(duì)應(yīng)力傳感器進(jìn)行誤差修正 。 多路開關(guān)根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的命令輪流選通各個(gè)傳感器通道 ， 0通道作為溫度傳感器通道 ， 1～ 6通道分別為 6個(gè)應(yīng)力傳感器通道 。 該智能式傳感器具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力 ， 它可以判斷工作環(huán)境因素的變化 ， 進(jìn)行必要的修正 ， 以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性 。 其軟件采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法 ， 軟件結(jié)構(gòu)如圖所示 。 其中信號(hào)采集模塊主要完成數(shù)據(jù)濾波 、 非線性補(bǔ)償 、 信號(hào)處理 、 誤差修正以及檢索查表等功能 。 鍵盤輸入及顯示模塊具有以下任務(wù)： 70 ① 查詢是否有鍵按下 ， 若有鍵按下則反饋給主程序模塊 ， 主程序模塊根據(jù)鍵意執(zhí)行或調(diào)用相應(yīng)的功能模塊； ② 顯示各路傳感器的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài) 。 通信模塊主要控制 RS232串行通信口和上位微機(jī)發(fā)通信 。 目前 ，傳感器的發(fā)展主要集中在集成化和智能化兩個(gè)方面 。 集成化主要有三個(gè)方面的含義： 一是將多個(gè)功能完全相同的敏感單元集成在同一個(gè)芯片上 ， 用來(lái)測(cè)量被測(cè)量的空間分布信息 ， 例如壓力傳感器陣列或我們熟知的CCD器件； 二是對(duì)多個(gè)結(jié)構(gòu)相同 、 功能相近的敏感單元進(jìn)行集成 ， 例如將不同氣敏傳感元集成在一起組成 “ 電子鼻 ” ， 利用各種敏感元對(duì)不同氣體的交叉敏感效應(yīng) ， 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別等先進(jìn)數(shù)據(jù)處理技術(shù) ， 可以對(duì)組成混合氣體的各種成分同時(shí)監(jiān)測(cè) ，得到混合氣體的組成信息 ， 同時(shí)提高氣敏傳感器的測(cè)量精度 。 74 集成電路和各種傳感器的特征尺寸已達(dá)到亞微米和深亞微米量級(jí) ， 由于非電子元件接口未能做到同等尺寸而限制了其體積 、 重量 、 價(jià)格等的減小 。 系統(tǒng)能夠通過(guò)電路進(jìn)行信號(hào)提取和信號(hào)處理 ， 根據(jù)具體情況自主地對(duì)整個(gè)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行自檢 、 自校準(zhǔn)和自診斷 ， 并能根據(jù)待測(cè)物理量的大小及變化情況自動(dòng)選擇量程和測(cè)量工作方式 。 75 2 、 智能傳感器的研究熱點(diǎn) 1） 物理轉(zhuǎn)化機(jī)理 理論上講 ， 有很多種物理效應(yīng)可以將待測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 。 由于智能傳感器可以很容易對(duì)非線性的傳遞函數(shù)進(jìn)行校正 ， 得到一個(gè)線性度非常好的輸出結(jié)果 ， 從而消除了非線性傳遞函數(shù)對(duì)傳感器應(yīng)用的制約 ， 因此一些科研工作者正在對(duì)這些穩(wěn)定性好 、 精確度高 、靈敏度高的轉(zhuǎn)換機(jī)理或材料重新進(jìn)行研究 。 數(shù)據(jù)融合通過(guò)分析各個(gè)傳感器的信息 ， 來(lái)獲得更可靠 、 更有效 、 更完整的信息 ， 并依據(jù)一定的原則進(jìn)行判斷 ， 作出正確的結(jié)論 。 77 多傳感器系統(tǒng)的融合中心接受各傳感器的輸入信息 ， 得到一個(gè)基于多傳感器決策的聯(lián)合概率密度函數(shù) ， 然后按一定的準(zhǔn)則作出最后決策 。 傳感器數(shù)據(jù)融合是傳感器技術(shù) 、 模式識(shí)別 、 人工智能 、 模糊理論 、 概率統(tǒng)計(jì)等交叉的新興學(xué)科 ， 目前還有許多問題沒有解決 ， 如最優(yōu)的分布檢測(cè)方法 、 數(shù)據(jù)融合的分布式處理結(jié)構(gòu) 、 基于模糊理論的融合方法 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于多傳感器系統(tǒng) 、 多傳感器信號(hào)之間的相互耦合 、系統(tǒng)功能配置及冗余優(yōu)化設(shè)計(jì)等 ， 這些問題也是當(dāng)今數(shù)據(jù)融合理論的研究熱點(diǎn) 。 但傳統(tǒng)的微機(jī)械傳感器制作工藝與 CMOS工藝兼容性較差 。 因?yàn)槿绻韧瓿蓹C(jī)械加工工序 ， 基底的平面性將會(huì)有所犧牲；如果先完成 CMOS工序 ， 基底將經(jīng)受高溫退火 。 為了解決這個(gè) “ 瓶頸 ” 問題 ， 目前在研究二次集成技術(shù)的同時(shí) ， 智能傳感器的工藝研究熱點(diǎn)集中在 研制與 CMOS工藝兼容的各種傳感器結(jié)構(gòu)及其制造工藝流程上 。 當(dāng)前 ， 集成式微型智能傳感器正朝著更高功效及輕 、 薄 、 短 、 小的方向發(fā)展 ， 傳統(tǒng)的封裝技術(shù)將無(wú)法滿足這些需求 。 現(xiàn)階段 ， 制造微機(jī)械的加工設(shè)備和工藝與制造 IC的設(shè)備和工藝是緊密匹配的 ， 但是 ， 封裝技術(shù)還未能達(dá)到同樣高的匹配水準(zhǔn) 。 因此 ， 一些新封裝技術(shù)的研究和開發(fā)已越來(lái)越得到人們的重視 ， 開發(fā)更先進(jìn)的封裝形式及其技術(shù)也成為集成式微型智能傳感器制造相關(guān)技術(shù)的研究熱點(diǎn) 。 這種傳感器還具有與主機(jī)自動(dòng)對(duì)話 、 自行選擇最佳方案的能力 。 目前 ， 這類傳感器雖然尚處于研究開發(fā)階段 ， 但是已出現(xiàn)不少實(shí)用的智能傳感器 。 智能傳感器系統(tǒng)的核心是 Motorola公司的 68HC11微控制器 (MCU)， 其中包含有內(nèi)存 、 八位Ａ /Ｄ 、 時(shí)序電路 、 串行通信電路 。 82 傳感系統(tǒng)包括了溫度傳感器 、 壓力傳感器陣列 、 加速度傳感器陣列 、 啟動(dòng)加速度計(jì)陣列 、 濕度傳感器等多種傳感器或傳感器陣列 。 傳感器由6Ｖ電池供電 ， 功耗小于 700 μＷ ， 至少能夠連續(xù)工作 180天 。 美國(guó) Honeywell公司研制的 DSTJ—3000智能壓差壓力傳感器 ， 能在同一塊半導(dǎo)體基片上用離子注入法配置擴(kuò)散了壓差 、 靜壓和溫度三個(gè)敏感元件 。 83 混合智能傳感器組成框圖