第十三章智能传感器与检测技术的发展详解

3．生物传感器的主要应用 （1）发酵工业 （2）食品工业 （3）医学领域 （4）环境监测
4．生物传感器的未来发展 （1）功能全微型化 （2）智能化 （3）生物传感器发展的条件
四、其他类型智能传感器

1．特殊材料型智能传感器 2．几何结构型智能传感器
五、智能传感器实例
1．智能压力传感器
2．气象参数测试仪
（2）软测量中传感器的模型

传感器模型可分为动态模型和静态模型 动态模型要用一组微分方程表达 ； 静态模型是系统输入输出在稳态时的关系


（3）软测量的应用举例

对于气固两相流中的固体粒子的质量流量，很难 用—个传感器直接测得，这时可以利用管道上的 压力传感器、温度传感器、测量内部摩擦噪声的 声音传感器，以及管道上其他的受该两相流体的 湿度、密度、粒子分布影响的接触或非接触式传 感器的输出，将这些传感器信号进行适当的处理 （如滤波预处理），送入通过实验回归得到的测 量公式，或送入通过训练得到的含有神经元网络 的运算单元，从而估算管道中实时的质量流量。

二、计算型智能传感器 1．计算型智能传感器构成方式
1）非集成化方式：非集成化传感器是把基本传感器、信号 处理电路和带数字总线接口的微处理器相隔一定距离组合 在一起，构成智能传感器系统。 此类智能传感器系统实现方式方便快捷，熟悉自动化仪表 与嵌入式系统设计的人都能入手。 2）集成化方式：集成化方式是采用微型计算机技术和大规 模集成电路工艺，把传感元件、信号处理电路、微处理器 集成在一个硅材料芯片上制成独立的智能传感器功能块。 作为商品已有多种集成化智能传感器，如单片智能压力传 感器和智能温度传感器等。 3）混合集成方式：混合集成方式是将智能传感器的传感元 件、信号处理电路、微处理器等各个部分以不同的组合方 式分别集成在几个芯片上。然后封装在同一个外壳里。
3．汽车制动性能检测仪
第二节 检测技术的新技术发展
一、检测技术的发展趋势

发展变化包括； ①组传感器的复合检测技术 ②微机械量检测技术 ③智能传感器技术和智能仪表 ④计算机多媒体化的虚拟仪表 ⑤传感器、变送器和调节器的网络化。
1．检测领域新技术及其相互关系



1）软测量 2）在测量缺乏明确模型、内部作用机理非常复杂 3）虚拟仪器 4）新材料、新传感器件
全国高等职业教育规划教材 省级精品课程配套教材
传感器与检测技术
董春利 主编 潘洪坤 执笔
大连职业技术学院电气电子工程系
2008年3月
第十三章 智能传感器与检测技术的发展
13.1 智能传感器 13.2 检测技术的新技术发展
第一节 智能传感器
一、智能传感器概述

国际电气电子工程师学会（IEEE）的定义：
2百度文库基于新技术的检测仪器的特点


1）新型传感元件的研制 2）新的测量方法和它在微处理器硬件和软件平台 上的实现 3）新型自动测量单元，是系统往往采用多传感器 技术
二、检测新技术简介 1．软测量技术
（1）软测量的概念 软测量是指利用一些容易测得的过程参数或物理 参数，借助于测量模型，由程序或神经元网络计 算出难以直接测量的过程参数。
1．智能传感器的功能
从功能上，智能传感器是具备了记忆、分析和思考能力，输 出期望值的传感器。 1）能提供更全面、更真实的信息，消除异常值、例外值。 2）具有信号处理包括温度补偿、线性化等功能。 3）随机调整和自适应。 4）一定程度的存储、识别和自诊断。 5）含有特定算法并可根据需要改变算法。 这种传感器不仅在物理层面上检测信号，而且在逻辑层面上 对信号进行分析、处理、存储和通信。 相当于具备了人类的记忆、分析、思考和交流的能力，即具 备了人类的智能。所以称之为智能传感器。
2．生物传感器的分类
（1）生物亲和性传感器 当固定生物组件与待测定之分析物发生亲和性结合时，造 成生物分子形状改变与/或引起诸如荷电、厚度、质量、 热量或光学等物理量的变化。 此种经由分子辨认─结合类型的生物传感器有免疫传感器、 化学受体传感器等，其分析可为荷尔蒙、蛋白质、醣类、 抗原或抗体，而相对应的受体可为荷尔蒙受体、染剂、外 源凝集素(lectins)、抗体或抗原等。 （2）生物催化型感应器 此类传感器之信号侦测并不在于分子辨认─结合的阶段， 而且当固定划分子与待测物反应后，产生生化代谢物质， 再经特定电极侦测特定代谢物后以电子讯号表现出来。 最为人所熟悉的为属第一代生物传感器的酵素电极。

除产生一个被测量或被控量的正确表示之外 还同时具有简化换能器的综合信息 用于网络环境的功能的传感器
1．智能传感器的功能

先看一个智能传感器的例子（工作原理）

红外传感器将被检测目标的温度转为电信号，A／D后输入单片机 温度传感器将环境温度转换为电信号，经A／D变换后输入单片机 单片机中存放有红外传感器的非线性校正数据； 红外传感器检测的数据经单片机计算处理，消除非线性误差后， 可获得被测目标的温度特性与环境温度的关系； 供记录、显示、存储备用。

2．智能传感器的层次结构
理想智能传感器的层次结构应是三层：
①底层，分布并行传感过程，实现被测信号的收集。 ②中间层，将收集到的信号融合或集成，实现信息处理。 ③顶层，中央集中抽象过程，实现融合或集成后的信息的知 识处理。
3．智能传感器的实现
有3条不同的途径： ①利用计算机合成方式，称作计算型智能。 ②利用特殊功能的材料，称作智能材料型。 ③利用功能化几何结构，称作智能结构型。
典型的数字信号处理硬件：

（1）微控制器MCU （2）数字信号处理器DSP （3）专用集成电路ASIC （4）场编程逻辑门阵列FPGA （5）微型计算机
2．计算型智能传感器基本结构
计算型智能传感器基本结构图
三、生物传感器
1．生物传感器的定义与发展


第一代生物传感器为血糖测试用酵素电极。 第二代的生物传感器定义为使用抗体或受体蛋白当分子识 别组件，换能器的选用则朝向更为多样化，诸如场效半导 体(FET)，光纤(FOS)，压晶体管(PZ)，表面声波器(SAW) 等。 第三代的生物传感器定位在更具携带式，自动化，与实时 测定功能。