安全生產(chǎn)智能化保障技術(shù) 第2版 課件 第三章 智能傳感器

安全生產(chǎn)智能保障技術(shù)

第三章智能傳感器

1智能傳感器概述

2智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑

3MEMS傳感器

4智能傳感器在工業(yè)安全中的應(yīng)用主要內(nèi)容傳感器與傳感技術(shù)

傳感器：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置傳感技術(shù)：傳感技術(shù)是研究傳感器的材料、設(shè)計(jì)、工藝、性能和應(yīng)用的綜合技術(shù)。傳感技術(shù)是門(mén)涉及邊緣學(xué)科的高新技術(shù)，它涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、工藝學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和各種現(xiàn)代前沿的學(xué)科技術(shù)。傳感器內(nèi)涵①傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；②它的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等;③它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電物理量；④輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。

智能傳感器的概念

智能傳感器的概念于20世紀(jì)80年代由美國(guó)宇航局首次提出，是在傳統(tǒng)的傳感器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與傳統(tǒng)傳感器有著密不可分的關(guān)系，但絕不是傳統(tǒng)概念中的傳感器。所謂傳統(tǒng)傳感器是指:能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器組成。

智能傳感器克服了傳統(tǒng)傳感器只獲取而不處理信息的不足。智能傳感器技術(shù)是一門(mén)正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代傳感器技術(shù)，它涉及到傳感技術(shù)、微機(jī)械與微電子技術(shù)、信號(hào)與信息處理技術(shù)、電路與系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種學(xué)科。

智能傳感器基本結(jié)構(gòu)

智能傳感器的功能和特點(diǎn)——功能1、信息存儲(chǔ)和傳輸2、自補(bǔ)償和計(jì)算功能3、自檢自校、自診斷功能4、復(fù)合敏感功能5、組態(tài)功能6、數(shù)字通訊功能

智能傳感器的功能和特點(diǎn)——特點(diǎn)1、高精度2、高可靠性3、高信噪比4、高自適應(yīng)性5、高性價(jià)比

智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1、向高精度發(fā)展2、向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展3、向微型化發(fā)展4、向微功耗和無(wú)源化發(fā)展5、向智能化數(shù)字化發(fā)展6、向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展發(fā)展趨勢(shì)

智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1、應(yīng)用機(jī)器智能的故障探測(cè)和預(yù)報(bào)2、非常態(tài)和誤動(dòng)作下對(duì)故障的探測(cè)和預(yù)測(cè)3、多維狀態(tài)傳感的研究與開(kāi)發(fā)4、目標(biāo)成分分析的遠(yuǎn)程傳感5、用于資源有效循環(huán)的傳感器智能發(fā)展重點(diǎn)

智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì)1、物理轉(zhuǎn)換機(jī)理的研究2、多數(shù)據(jù)融合的研究發(fā)展熱點(diǎn)

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑利用計(jì)算機(jī)合成1、非集成化實(shí)現(xiàn)非集成化智能傳感器是將傳統(tǒng)的基本傳感器、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)整體而構(gòu)成的智能傳感器系統(tǒng)。

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑利用計(jì)算機(jī)合成2、集成化實(shí)現(xiàn)集成化智能傳感器系統(tǒng)是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用硅作為基本材料制作的敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上而構(gòu)成的

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑利用計(jì)算機(jī)合成3、混合實(shí)現(xiàn)所謂混合實(shí)現(xiàn)智能傳感器，是將智能傳感器的各個(gè)子系統(tǒng)，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塊或三塊芯片上，并封裝在同一殼體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)智能傳感器的混合集成

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑利用智能材料——智能血糖儀在生物傳感器中酶和微生物對(duì)特殊物質(zhì)具有高選擇性，有時(shí)甚至能辨別出一個(gè)特殊分子，現(xiàn)已廣泛使用的血糖傳感器就是酶?jìng)鞲衅鞯囊粋€(gè)典型例子

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑利用智能材料——“電子鼻”由不同的傳感材料制成厚膜氣體傳感器，對(duì)各種待測(cè)氣體有不同的敏感性。這些氣體傳感器被安裝在一個(gè)普通的基片上，用于各種氣體的傳感器的敏感模式辨識(shí)

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑利用智能結(jié)構(gòu)利用智能結(jié)構(gòu)途徑實(shí)現(xiàn)的智能傳感器又稱為幾何結(jié)構(gòu)型智能傳感器。其信號(hào)處理功能是通過(guò)傳感器裝置的幾何結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。MEMS傳感器概述MEMS傳感器是微機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)感知、信號(hào)處理的功能器件。MEMS傳感器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1、開(kāi)始由毫米、微米器件向更微小、更集成方向發(fā)展2、逐漸向非硅工藝與硅基MEMS傳感器工藝相兼容的方向發(fā)展3、感知檢測(cè)與信號(hào)處理、通信功能一體化已經(jīng)成為MEMS發(fā)展的主方向4、向智能復(fù)合多功能MEMS傳感器集成5、向標(biāo)準(zhǔn)化集成快速轉(zhuǎn)換MEMS傳感器的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)MEMS傳感器、器件

汽車(chē)安全系統(tǒng)MEMS硅加速計(jì)、角速度計(jì)、微慣性傳感器，位移、位置和壓力傳感器，微閥，硅陀螺儀發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力控制系統(tǒng)硅壓阻、硅電容歧管（絕對(duì)）壓力傳感器，胎壓計(jì)、MEMS硅胎壓監(jiān)測(cè)芯片、ABS硅壓力傳感器、診斷和健康檢測(cè)系統(tǒng)壓阻型壓力傳感器、硅微動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)

工業(yè)過(guò)程控制

力學(xué)量控制系統(tǒng)（力學(xué)、壓力、流體、慣性、角度姿態(tài)等）硅壓阻、硅電容、硅諧振、陶瓷電容、石英壓電、濺射薄膜等壓力、壓差、絕對(duì)壓力傳感器（變送器）、硅微應(yīng)變計(jì)、多軸硅慣性器件環(huán)境控制系統(tǒng)（溫濕度、氣體等）硅材料、多晶硅材料、薄膜等溫濕度、氣體傳感器（變送器）電磁電量控制系統(tǒng)硅電磁電量、霍爾、多晶硅電磁電量（變送器）應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)MEMS傳感器、器件

生物醫(yī)療臨床化驗(yàn)系統(tǒng)生化分析儀用生物傳感器（硅微閥、微通道、微噴管）基因分析和遺傳診斷系統(tǒng)硅微鏡陣列、電泳微器件顱內(nèi)壓力檢測(cè)系統(tǒng)硅電容式壓力傳感器微型手術(shù)硅微驅(qū)動(dòng)器超聲成像系統(tǒng)微型成像探測(cè)器（探頭）電磁微機(jī)電系統(tǒng)MEMS硅微磁泳器件、微電磁膜片鉗人工／仿生器官電子鼻、植入式微軸血泵液體測(cè)控系統(tǒng)微噴、微管路、微腔室、微閥、微泵、微傳感器藥物控釋系統(tǒng)微泵、微注射管陣列、微閥、微針刀、微傳感器、微激勵(lì)器

航空航天微型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)微陀螺儀、微加速度計(jì)、壓力微傳感器空間姿態(tài)測(cè)定系統(tǒng)微型太陽(yáng)和地球傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、推進(jìn)器動(dòng)力和推進(jìn)系統(tǒng)微噴嘴、微噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、微壓力傳感器、化學(xué)傳感器、微推進(jìn)器、陣列、微開(kāi)頭通信和雷達(dá)系統(tǒng)RF微開(kāi)頭、微鏡、微可變電容器、電導(dǎo)諧振器、微光機(jī)電系統(tǒng)控制和監(jiān)視系統(tǒng)微熱管、微散熱器、微熱控開(kāi)頭、微磁強(qiáng)計(jì)、重力梯度監(jiān)視器微型衛(wèi)星微馬達(dá)、微傳感器、微處理器、微型火箭、微控制器等信息通訊光纖通信系統(tǒng)光開(kāi)關(guān)、光檢測(cè)器、光纖耦合器、光調(diào)制器、光圖像顯示器無(wú)線通信系統(tǒng)微電感器、微電容器、微開(kāi)關(guān)、微諧振器能源微動(dòng)力系統(tǒng)微內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、靜電、電磁、超聲微電機(jī)、微發(fā)電機(jī)、微渦輪機(jī)微電池微燃料電池、微太陽(yáng)能電池、微鋰電池、微核電池智能傳感器在工業(yè)安全中的應(yīng)用1、智能傳感器在汽車(chē)電子系統(tǒng)中的應(yīng)用汽車(chē)超聲波智能傳感器測(cè)距系統(tǒng)自動(dòng)酒精檢測(cè)傳感器系統(tǒng)智能胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能雨刷系統(tǒng)智能傳感器在工業(yè)安全中的應(yīng)用2、在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用民用氣體探測(cè)網(wǎng)絡(luò)家用燃?xì)夤芫W(wǎng)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用石化工業(yè)、電力工業(yè)、半導(dǎo)體微電子工業(yè)、食品工業(yè)、

汽車(chē)和窯爐工業(yè)智能傳感器在工業(yè)安全中的應(yīng)用2、在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用環(huán)境檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)氣象部門(mén)對(duì)于氮的氧化物、硫的氧化物、氫化氫等引起酸雨的氣體的檢測(cè)環(huán)保領(lǐng)域?qū)τ诙趸?、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟利昂等溫室效?yīng)氣體的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)市政系統(tǒng)對(duì)于氨氣、硫化氫和其他難聞氣體的檢測(cè)氣體傳感器在化工、石油、冶金領(lǐng)域應(yīng)用智能傳感器在工業(yè)安全中的應(yīng)用3、在煤炭安全中的應(yīng)用

在煤礦瓦斯安全監(jiān)測(cè)中，應(yīng)用基于模糊傳感技術(shù)的智能傳感器不僅可以給出瓦斯量測(cè)量結(jié)果的數(shù)值測(cè)量值，而且還可以給出測(cè)量結(jié)構(gòu)的擬人類(lèi)語(yǔ)言描述。另外，模糊傳感器還可以將領(lǐng)域?qū)＜以谠摐y(cè)量領(lǐng)域的研究成果與有益經(jīng)驗(yàn)融入到測(cè)量過(guò)程，從而減少井下復(fù)雜環(huán)境中非目標(biāo)參量對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，提高瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。智能傳感器在工業(yè)安全中的應(yīng)用4、在航空航天、通信領(lǐng)域中的應(yīng)用在航空航天中的應(yīng)用監(jiān)視飛行器各分系統(tǒng)與部件在飛行過(guò)程中的工作狀態(tài)監(jiān)視飛行器自身的工作狀態(tài)與相對(duì)位置等運(yùn)動(dòng)信息，向載人飛行器的測(cè)控系統(tǒng)中的故障檢測(cè)、環(huán)境控制逃逸救生、飛船艙外活動(dòng)與再入登陸等系統(tǒng)提供有用信