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智能传感器的基本功能及应用


  智能传感器的基本功能及应用智能传感器是具有信息处理功能的传感器,带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。

  例如,在智能电网发展中,利用传统的传感器已经无法对某些电力产品的质量、故障定位等作出快速直接测量并在线监控。而利用智能传感器可直接测量,对产品质量指标、以及故障等进行测量(如温度、压力、流量)。

  为了满足智能电网发展需求,我国推出了光纤电流传感系统,实现了管线电流传感系统的全数字闭环控制,具有稳定性和线性度好、灵敏度高等特点,满足了大量程范围的高精度测量要求。

  目前,智能传感器已经成为国际上传感器研究的热点和前沿。大力发展智能传感器研究,应采取的跨越式的发展思路,是占领未来信息技术制高点的关键措施。

  智能传感器的基本功能

  智能传感器能在内部实现对原始数据的加工处理,并且可以通过标准的接口与外界实现数据交换,以及根据实际的需要通过软件控制改变传感器的工作,从而实现智能化、网络化。

  由于使用标准总线接口,智能传感器具有良好的开放性、扩展性,给系统的扩充带来了很大的发展空间。毫不夸张的说,未来物联网有多大的市场,智能传感器就能有多大的作为。

  智能传感器大体上可以分三种类型:即具有判断能力的传感器;具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。

  一般来说,无论什么类型,智能传感器都包括以下几项基本功能:

  自补偿能力

  通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。

  自校准功能

  操作者输入零值或某一标准量值后,自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。

  自诊断功能

  接通电源后,可对传感器进行自检,检查传感器各部分是否正常,并可诊断发生故障的部件。

  数值处理功能

  可以根据智能传感器内部的程序,自动处理数据,如进行统计处理,剔除异常值等。

  双向通信功能

  微处理器和基本传感器之间构成闭环,微处理机不但接收、处理传感器的数据,还可将信息反馈至传感器,对测量过程进行调节和控制。

  信息存储和记忆功能

  智能传感器可以存储大量信息数据,用户可随时查询。这些信息可包括装置的历史信息。如,传感器已工作多少小时,更换多少次电源等等。内容大小只受智能传感器本身存储容量的限制。

  随着科学技术的发展,智能传感器的功能将逐步增强:它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等),使传感器具有更高级的智能,具有分析、判断、自适应、自学习的功能,可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务。

  智能传感器的主要应用

  1.智能手机

  智能手机之所以智能,离不开各种各样的智能传感器。现在智能手机中比较常见的智能传感器有距离传感器、光线传感器、重力传感器、指纹识别传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘等。

  比如指纹识别传感器可以采集指纹数据,然后进行快速分析与认证,免去繁琐的密码操作,快速解锁。

  2.智能家居

  传感器是智能家居控制系统实现控制的基础,随着技术的发展,越来越多的传感器被用到智能家居系统中。

  智能家居领域需要使用传感器来测量、分析与控制系统设置,家中使用的智能设备涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测、安防感应等传感器等技术。

  例如,家里的空调不单单依靠温湿度传感器进行自我调节,还可以通过家庭成员的识别来自动选择模式,针对小孩、老人自动进行温度调节。这些新技术将带来无限大的想象空间,再结合机器增强学习的算法,将为人类提供深度智能体验。

  3.智能汽车/自动驾驶

  车联网是物联网发展的重大领域,智能汽车是车联网的核心,正处于高速发展中。在智能汽车时代,主动安全技术成为备受关注的新兴领域,需要改进现有的主动安全系统,比如侧翻与稳定性控制,这就需要加速度传感器角速度传感器来感测车身姿态。

  智能传感器在汽车领域还有很多应用,包括安全气囊(应用于正面防撞气囊的高g值加速度计和用于侧面气囊的压力传感器)、汽车发动机(应用于检测进气量的进气歧管绝对压力传感器和流量传感器)等。

  4.智能工业

  在工业生产领域,传感器应用非常广泛,工业生产各个环节都需要传感器进行监测,并把数据反馈给控制中心,以便对出现异常节点进行及时干预,保证工业生产正常进行。

  业界普遍认为,新一代的智能传感器是智能工业的“心脏”,它让产品生产流程持续运行,并让工作人员远离生产线和设备,保证人身安全和健康。

  5.安全行业

  比如,智能传感器可用于预测山体滑坡,保障人们安全。智能手机上常见的加速度传感经过一些修改后,加速度传感器可作为一种低成本的山体滑坡早期预警系统。加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器,通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。

  另外,使用运动传感器来测量土壤的运动该设备会测量土壤中发生的所有移动,当传感器检测到可能导致山体滑坡的重大位移时,就会发出巨大的报警声,并会向监控机构发送短信,以便他们能够疏散山体滑坡周围人员,并且阻止车辆前往该地。

  此外,智能传感器还可应用于地震检波器设计,地震检波器是用于地质勘探和工程测量的专用传感器,是一种将地面振动转变为电信号的传感器,能把地震波引起的地面振动转换成电信号,经过模/数转换器转换成二进制数据、进行数据组织、存储、运算处理。加速度传感器也可应用于监测高压导线舞动,目前国内对导线舞动监测多采用视频图像采集和运动加速度测量两种主要技术方案。

  结语:

  弗雷斯特研究公司预测,基于智能传感器,跟踪和智能产品的应用将成为增长快的用例,复合年增长率分别为24.2%和24%。

  未来,越来越多的智能传感器将会应用于我们生活中,比如工业设备,火车,飞机和建筑物等。

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