智能壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)由哪幾方面組成？
智能壓力傳感器的基本結(jié)構(gòu)由哪幾方面組成？
集成式智能傳感器
壓力傳感器的集成化是指將多個功能相同或不同的敏感器件制作在同一個芯片上構(gòu)成傳感器陣列，主要有三個方面的含義:
一、是將多個功能完全相同的敏感單元集成制造在同一個芯片上，用來測量被測量的空間分布信息，例如壓力傳感器陣列或我們熟知的ＣＣＤ器件。
二、是對多個結(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”，利用各種敏感元對不同氣體的交叉敏感效應(yīng)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別等先進(jìn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以對混合氣體的各種組分同時監(jiān)測，得到混合氣體的組成信息，同時提高氣敏傳感器的測量精度;這層含義上的集成還有一種情況是將不同量程的傳感元集成在一起，可以根據(jù)待測量的大小在各個傳感元之間切換，在保證測量精度的同時，擴(kuò)大傳感器的測量范圍。
智能壓力傳感器主要由傳感器、微處理器及其相關(guān)電路組成。壓力傳感器不但可以對傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于計(jì)算機(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)，從而大大降低傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。傳感器將被測的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，送到信號調(diào)理電路中，進(jìn)行濾波、放大、模-數(shù)轉(zhuǎn)換后，送到微計(jì)算機(jī)中。
如果從結(jié)構(gòu)上劃分，智能傳感器可以分為集成式、混合式和模塊式。集成智能傳感器是將一個或多個敏感器件與微處理器、信號處理電路集成在同一硅片上，集成集成度高，體積小，但目前的技術(shù)水平還很難實(shí)現(xiàn)；將傳感器和微處理器、信號處理電路做在不同芯片上，則構(gòu)成混合式智能傳感器，目前這類結(jié)構(gòu)較多；初級的智能傳感器也可以由許多互相獨(dú)立的模塊組成，如將微計(jì)算機(jī)、信號調(diào)理電路模塊、數(shù)據(jù)電路模塊、顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼結(jié)構(gòu)內(nèi)則組成模塊式智能傳感器。
下面以智能式壓力傳感器為例來說明智能傳感器的典型結(jié)構(gòu)和各部分的功能。
在DTP型智能式壓力傳感器中，主壓力傳感器為壓力傳感器，它的作用是用來測量被測壓力參數(shù)的。輔助傳感器為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。溫度傳感器的作用是用來檢測主傳感器工作時，由于環(huán)境溫度變化或被測介質(zhì)溫度變化而使其壓力敏感元件溫度變化，以便根據(jù)其溫度變化修正與補(bǔ)償溫度變化對測量帶來的誤差。而環(huán)境壓力傳感器的作用時測量工作環(huán)境大氣壓變化，以便修正大氣壓變化對測量的影響。由此可見，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，保證測量的準(zhǔn)確性。
微機(jī)硬件系統(tǒng)，用于對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行放大、處理、存儲和計(jì)算機(jī)通信。系統(tǒng)構(gòu)成情況由其應(yīng)具備的功能而定。DTP就有一個串行輸出口，以RS－232指令格式傳輸數(shù)據(jù)。
上面以智能式壓力傳感器為例給了智能傳感器一個形象直觀的說明。下面具體談?wù)劸唧w設(shè)計(jì)智能傳感器所采用的兩種主要結(jié)構(gòu)，一種是數(shù)值傳感器信號處理(DSSP)，另一種是數(shù)字控制的模擬信號處理(DCASP)。
DCASP結(jié)構(gòu)是一種最基本的結(jié)構(gòu)，它在傳感器和模擬輸出之間直接提供了一個模擬通道，因此，被測量分辨率和相應(yīng)時間不受影響。溫度補(bǔ)償和校正都在并聯(lián)賄賂實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)回路能改變信號放大器的失調(diào)和增益。要獲得數(shù)字輸出信號，可加一個A/D變換器。
精確的設(shè)計(jì)都采用DSSP結(jié)構(gòu)。它通常包括兩個傳感器：被測量傳感器(例如壓力)和溫度(補(bǔ)償)傳感器。壓力開關(guān)在硅器件中，溫度信號可直接從被測量傳感器提取出來。傳感器信號經(jīng)多路調(diào)制器送到A/D變換器，然后再送到微控器進(jìn)行信號的補(bǔ)償和校正。測量的穩(wěn)定性只由A/D變換器的穩(wěn)定性決定。可用傳感器輸出的算法趨近或多表面逼近法進(jìn)行信號處理。每個給定傳感器的校正系數(shù)都被單獨(dú)儲存再永久寄存器中。如果需要模擬輸出，可另外加一個D/A變換器。
具有DSSP結(jié)構(gòu)智能傳感器一個突出的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以與其他任一數(shù)字接口的儀器連接，采用點(diǎn)點(diǎn)之間通信總線，多點(diǎn)通信總線以及局域網(wǎng)絡(luò)Mininet進(jìn)行通信。但是，DSSP結(jié)構(gòu)的分辨率受輸入A/D變換的分辨率和補(bǔ)償/校正處理分辨率的限制。響應(yīng)時間受A/D變換時間和補(bǔ)償處理時間限制。
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