傳感器集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化

物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)系列教材榮獲陜西省高等教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng)

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用第12章

傳感器集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

傳感器不僅可以單獨(dú)使用，還可以構(gòu)成傳感器的網(wǎng)絡(luò)，傳感器是朝著集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的傳感器不僅融入了物聯(lián)網(wǎng)之中，也成為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基石。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）及MEMS傳感器12.1智能傳感器12.2多傳感器信息融合技術(shù)12.3傳感器網(wǎng)絡(luò)化12.4物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）及MEMS傳感器12.1物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

MEMS是微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystems）的英文縮寫，是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。MEMS的概念是1980年代出現(xiàn)的，MEMS已從初期的探索和研究階段，迅速發(fā)展為目前的量產(chǎn)、實(shí)用和開辟新應(yīng)用階段。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.1.1微傳感器的材料

1.半導(dǎo)體硅材料

半導(dǎo)體硅材料不僅是大規(guī)模集成電路的支柱，同時(shí)也是傳感器使用的主要敏感材料。微傳感器采用的硅材料包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、硅-藍(lán)寶石、碳化硅等。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（1）單晶硅

單晶硅是硅的單晶體。（2）多晶硅

多晶硅是許多單晶（晶粒）的聚合物。（3）非晶硅

非晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。（4）硅-藍(lán)寶石

硅-藍(lán)寶石材料是一種在藍(lán)寶石襯底上應(yīng)用外延生長技術(shù)形成的硅薄膜。（5）碳化硅點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用2.其它材料

（1）化合物半導(dǎo)體材料

（2）石英晶體材料

（3）功能陶瓷材料

（4）功能高分子材料點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.1.2微傳感器的加工工藝

1.光刻技術(shù)

光刻技術(shù)是將設(shè)計(jì)好的圖形轉(zhuǎn)換到硅片上的一種技術(shù)，是加工制造半導(dǎo)體集成電路和集成傳感器微圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。2.蝕刻技術(shù)

蝕刻技術(shù)是將不需要的薄膜利用化學(xué)溶液或其它方法去除掉。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用3.薄膜技術(shù)

薄膜是指襯底上的一層薄層材料，可作為敏感膜、介質(zhì)膜和導(dǎo)電膜等。4.鍵合技術(shù)

在不使用粘接劑的情況下，將分別制作的硅部件連接在一起的技術(shù)稱為鍵合技術(shù)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用5.半導(dǎo)體摻雜

半導(dǎo)體常用的摻雜技術(shù)主要有兩種，分別為擴(kuò)散和離子注入。6.LIGA技術(shù)LIGA是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)，主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個(gè)工藝步驟。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.1.3硅電容式集成壓力傳感器

圖12.1所示為硅電容式集成壓力傳感器的示意圖，圖中的膜片是硅材料的敏感膜片。圖12.1是差動(dòng)輸出結(jié)構(gòu)，核心部件是一個(gè)對(duì)壓力敏感的電容器Cp和固定的參考電容Cref。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.1.4硅微機(jī)械三軸加速度傳感器

一種硅微機(jī)械三軸加速度傳感器的外形結(jié)構(gòu)如圖12.2（a）所示，它有四個(gè)敏感質(zhì)量塊，采用表面加工和體加工相結(jié)合的加工工藝。質(zhì)量塊連接敏感梁，敏感梁具有非常小的剛度，能夠感知加速度。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用

智能傳感器12.2點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.2.1智能傳感器的功能和特點(diǎn)

智能傳感器（intelligentsensor或smartsensor）不僅僅是一個(gè)簡單的傳感器，它帶有微處理器，具有采集、處理和交換信息的能力，是集成化傳感器與微處理器相結(jié)合的產(chǎn)物。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用1.智能傳感器的功能

（1）自補(bǔ)償和計(jì)算功能。（2）自檢、自診斷和自校功能。（3）雙向通信功能。（4）信息存儲(chǔ)和記憶功能。（5）復(fù)合敏感功能。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用2.智能傳感器的技術(shù)特點(diǎn)

（1）智能傳感器的集成化。（2）微機(jī)械加工技術(shù)。（3）軟件。（4）人工智能材料的應(yīng)用。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.2.2智能傳感器的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用1.非集成化實(shí)現(xiàn)

非集成化智能傳感器是將傳統(tǒng)的經(jīng)典傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)智能的傳感器系統(tǒng)，其框圖如圖12.5所示。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用2.集成化實(shí)現(xiàn)

集成化智能傳感器是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝，利用硅作為基本材料制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路和微處理器單元，并將它們集成在一塊芯片上。3.混合實(shí)現(xiàn)

智能傳感器的混合實(shí)現(xiàn)是根據(jù)需要，將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié)，如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口，以不同的組合方式集成在兩或三塊芯片上，并裝在一個(gè)外殼里。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.2.3智能傳感器的典型實(shí)例1.光電式智能壓力傳感器

該傳感器使用了一個(gè)紅外發(fā)光二極管和兩個(gè)光敏二極管，通過光學(xué)方法測(cè)量壓力敏感元件（膜片）的位移。二極管的非線性、膜的非線性可由微處理器修正，這就是智能化傳感器的設(shè)計(jì)途徑。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用2.智能質(zhì)量流量傳感器系統(tǒng)3.智能的天線伺服跟蹤系統(tǒng)

當(dāng)天線用來捕捉天空中微弱的電磁波時(shí)，為了提高信號(hào)的接收質(zhì)量，一些高增益的天線配有天線伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是精確跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。例如，車用衛(wèi)星接收機(jī)的天線有一套伺服跟蹤系統(tǒng)，在伺服跟蹤系統(tǒng)的控制下天線的朝向隨著車的移動(dòng)始終向著衛(wèi)星，從而達(dá)到穩(wěn)定接收的目的。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（1）天線伺服跟蹤系統(tǒng)

天線伺服系統(tǒng)的基本工作原理就是根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)弱變化控制俯仰和方位電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整天線的俯仰和方位角度，使天線達(dá)到信號(hào)的正常接收。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（2）天線伺服系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

采用模塊化設(shè)計(jì)，如圖12.13所示。其中，傾角傳感器用來實(shí)時(shí)測(cè)量天線的俯仰角和天線基座相對(duì)于水平面的傾角。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用（3）天線伺服系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

采用上位機(jī)和下位機(jī)共同控制天線伺服跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理，然后通過串行口發(fā)送指令給下位機(jī)。下位機(jī)主要對(duì)加速度傳感器的信號(hào)進(jìn)行讀取，確定加速度的大小，再通過RS-232接口發(fā)送到上位機(jī)。另外，下位機(jī)還要接收上位機(jī)的控制指令，通過I/O口控制繼電器。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與應(yīng)用12.2.4智能傳感器的發(fā)展前景

智能傳感器是美國宇航局1978年首先提出的。1980年代初，美國Hon