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傳感器與檢測儀表發展趨勢之“淺談 ”

閱讀:428發布時間:2014-7-22

 

我國傳感器產業要適應技術潮流,向國內外兩個市場相結合的化方向發展,讓傳感器和檢測儀表抓住信息化的發展機遇。

1 當今儀器儀表的特點

  1.1 硬件功能軟件化

  隨著微電子技術的發展,微處理器的速度越來越快,價格越來越低,已被廣泛應用于儀器儀表中,使得一些實時性要求很高,原本由硬件完成的功能,可以通過軟件來實現。甚至許多原來用硬件電路難以解訣或根本無法解決的問題,也可以采用軟件技術很好地加以解決。數字信號處理技術的發展和高速數字信號處理器的廣泛采用,極大地增強了儀器的信號處理能力。數字濾波、FFT、相關、卷積等是信號處理的常用方法,其共同特點是,算法的主要運算都是由迭代式的乘和加組成,這些運算如果在通用微機上用軟件完成,運算時間較長,而數字信號處理器通過硬件完成上述乘、加運算,大大提高了儀器性能,推動了數字信號處理技術在儀器儀表領域的廣泛應用。

  1.2集成化、模塊化

  規模集成電路LSI技術發展到今天,集成電路的密度越來越高,體積越來越小,內部結構越來越復雜,功能也越來越強大,從而大大提高了每個模塊進而整個儀器系統的集成度。模塊化功能硬件是現代儀器儀表的一個強有力的支持,它使得儀器更加靈活,儀器的硬件組成更加簡潔,比如在需要增加某種測試功能時,只需增加少量的模塊化功能硬件,再調用相應的軟件來使用此硬件即可。

  1.3 參數整定與修改實時化

  隨著各種現場可編程器件和在線編程技術的發展,儀器儀表的參數甚至結構不必在設計時就確定,而是可以在儀器使用的現場實時置入和動態修改。

  1.4 硬件平臺通用化

  現代儀器儀表強調軟件的作用,選配一個或幾個帶共性的基本儀器硬件來組成一個通用硬件平臺,通過調用不同的軟件來擴展或組成各種功能的儀器或系統。一臺儀器大致可分解為三個部分:1)數據的采集;2)數據的分析與處理;3)存儲、顯示或輸出。傳統的儀器是由廠家將上述三類功能部件根據儀器功能按固定的方式組建,一般一種儀器只有一種或數種功能。而現代儀器則是將具有上述一種或多種功能的通用硬件模塊組合起來,通過編制不同的軟件來構成任何一種儀器。

  近年來,傳感器正處于傳統型向新型傳感器轉型的發展階段。新型傳感器的特點是微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化,它不僅促進了傳統產業的改造,而且可導致建立新型工業,是21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的,目前已成功應用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。

  微電子機械加工技術,包括體微機械加工技術、表面微機械加工技術、LIGA技術(X光深層光刻、微電鑄和微復制技術)、激光微加工技術和微型封裝技術等。MEMS的發展,把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。傳感器的檢測儀表,在微電子技術基礎上,內置微處理器,或把微傳感器和微處理器及相關集成電路(運算放大器、A/D或D/A、存貯器、網絡通訊接口電路)等封裝在一起完成了數字化、智能化、網絡化、系統化。(注:MEMS技術還完成了微電動機或執行器等產品,將另作文介紹)網絡化方面,目前主要是指采用多種現場總線和以太網(互聯網),這要按各行業的特點,選擇其中的一種或多種,近年內zui流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。

  除MEMS外,新型傳感器的發展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術,如新一代光纖傳感器、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網絡化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。

  多傳感器數據融合技術正在形成熱點,它形成于20世紀80年代,它不同于一般信號處理,也不同于單個或多個傳感器的監測和測量,而是對基于多個傳感器測量結果基礎上的更高層次的綜合決策過程。有鑒于傳感器技術的微型化、智能化程度提高,在信息獲取基礎上,多種功能進一步集成以致于融合,這是必然的趨勢,多傳感器數據融合技術也促進了傳感器技術的發展。多傳感器數據融合的定義概括:把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數據資源加以綜合,采用計算機技術對其進行分析,消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾,加以互補,降低其不確實性,獲得被測對象的一致性解釋與描述,從而提高系統決策、規劃、反應的快速性和正確性,使系統獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現,包括數據層(像素層)融合、特征層融合、決策層(證據層)融合。由于它比單一傳感器信息有如下優點,即容錯性、互補性、實時性、經濟性,所以逐步得到推廣應用。應用領域除軍事外,已適用于自動化技術、機器人、海洋監視、地震觀測、建筑、空中交通管制、醫學診斷、遙感技術等方面。


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