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智能传感器与传感器技术的发展

成都华芯智云科技有限公司 2020-07-28 11:33:18 775  浏览
  •     随着综合国力的不不断发展,传感器与传感器技术的发展水平也是衡量一个国家综合实力的重要标志,作为连接自然信息与人类感知的精确桥梁,其在采集、转换、传输各种信息过程中所处的核心地位,正在不断得到人们的关注和确认,可以说传感器和传感器技术几乎已经渗透到了人们生产、生活的所有领域。

        作为人类获取信息的工具,传感器是现代信息技术的重要组成部分。传统意义上的传感器输出的多是模拟量信号,本身不具备信号处理和组网功能,需连接到特定测量仪表才能完成信号的处理和传输功能。智能传感器能在内部实现对原始数据的加工处理,并且可以通过标准的接口与外界实现数据交换,以及根据实际的需要通过软件控制改变传感器的工作,从而实现智能化、网络化。由于使用标准总线接口,智能传感器具有良好的开放性、扩展性,给系统的扩充带来了很大的发展空间。

        智能传感器概念蕞早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,并于1979年形成产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数据。何况飞船又限制计算机体积和重量,因此希望传感器本身具有信息处理功能,于是将传感器与微处理器结合,就出现了智能传感器。

        智能传感器系统主要由传感器、微处理器及相关电路组成。传感器将被测的物理量、化学量转换成相应的电信号,送到信号调制电路中,经过滤波、放大、A/D转换后送达微处理器。微处理器对接收的信号进行计算、存储、数据分析处理后,一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节,以实现对测量过程的调节和控制;另一方面将处理的结果传送到输出接口,经接口电路处理后按输出格式、界面定制输出数字化的测量结果。微处理器是智能传感器的核心,由于微处理器充分发挥各种软件的功能,使传感器智能化,大大提高了传感器的性能。

        智能传感器的特点:

        1.精度高:可通过自动校零去除零点,与标准参考基准实时对比自动进行整体系统标定、非线性等系统误差的校正,实时采集大量数据进行分析处理,消除偶然误差影响,保证智能传感器的高精度。

        2.高可靠性与高稳定性:能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化而引起的系统特性的漂移,如环境温度、系统供电电压波动而产生的零点和灵敏度的漂移;在被测参数变化后能自动变换量程,实时进行系统自我检验、分析、判断所采集数据的合理性,并自动进行异常情况的应急处理。

        3.高信噪比与高分辨力:由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能,通过数字滤波等相关分析处理,可去除输入数据中的噪声,自动提取有用数据;通过数据融合、神经网络技术,可消除多参数状态下交叉灵敏度的影响。

        4.强自适应性:具有判断、分析与处理功能,它能根据系统工作情况决策各部分的供电情况、与高/上位计算机的数据传输速率,使系统工作在低功耗状态并优化传输效率。

        5.较高的性能价格比:智能传感器具有的高性能,不是像传统传感器技术那样通过追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得的,而是通过与微处理器/微计算机相结合,采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的,所以具有较高的性能价格比。

        智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。

        智能传感器技术发展及趋势

        1、高精度:随着自动化生产程度的提高,对传感器的要求也在不断提高,必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。

        2、高可靠性、宽温度范围:传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能,研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永J性的方向。发展新兴材料(如陶瓷)传感器将很有前途。

        3、微型化:各种控制仪器设备的功能越来越强,要求各个部件体积越小越好,因而传感器本身体积也是越小越好,这就要求发展新的材料及加工技术,目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的,体积较大、稳定性差、寿命也短,而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。

        4、微功耗及无源化:传感器一般都是非电量向电量的转化,工作时离不开电源,在野外现场或远离电网的地方,往往是用电池供电或用太阳能等供电,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向,这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前,低功耗损的芯片发展很快,如T12702运算放大器,静态功耗只有1.5安,而工作电压只需2~5V。

        5、智能化数字化:随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出不再是单一的模拟信号(如0~10mV),而是经过微电脑处理好后的数字信号,有的甚至带有控制功能,这就是所说的数字传感器。

        6、网络化:网络化是传感器发展的一个重要方向,网络的作用和优势正逐步显现出来。网络传感器必将促进电子科技的发展。

        数字化输出是智能传感器的典型特征之一,它不仅仅是模拟-数字转换实现简单的数字化,而是从机理上实现数字化输出。其中,谐振式传感器具有直接数字输出、高稳定性、高重复性、抗干扰能力强,分辨力和测量精度高等优点。传统写真式传感器的频率信号检测需要较复杂的设计,这限制了其的广泛应用和在工业领域内的发展。而现在只需在同一硅片上集成智能检测电路,就可以迅速提取频率信号从而使谐振式微机械传感器成为国际上传感器的研究热点。

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智能传感器与传感器技术的发展

    随着综合国力的不不断发展,传感器与传感器技术的发展水平也是衡量一个国家综合实力的重要标志,作为连接自然信息与人类感知的精确桥梁,其在采集、转换、传输各种信息过程中所处的核心地位,正在不断得到人们的关注和确认,可以说传感器和传感器技术几乎已经渗透到了人们生产、生活的所有领域。

    作为人类获取信息的工具,传感器是现代信息技术的重要组成部分。传统意义上的传感器输出的多是模拟量信号,本身不具备信号处理和组网功能,需连接到特定测量仪表才能完成信号的处理和传输功能。智能传感器能在内部实现对原始数据的加工处理,并且可以通过标准的接口与外界实现数据交换,以及根据实际的需要通过软件控制改变传感器的工作,从而实现智能化、网络化。由于使用标准总线接口,智能传感器具有良好的开放性、扩展性,给系统的扩充带来了很大的发展空间。

    智能传感器概念蕞早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,并于1979年形成产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数据。何况飞船又限制计算机体积和重量,因此希望传感器本身具有信息处理功能,于是将传感器与微处理器结合,就出现了智能传感器。

    智能传感器系统主要由传感器、微处理器及相关电路组成。传感器将被测的物理量、化学量转换成相应的电信号,送到信号调制电路中,经过滤波、放大、A/D转换后送达微处理器。微处理器对接收的信号进行计算、存储、数据分析处理后,一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节,以实现对测量过程的调节和控制;另一方面将处理的结果传送到输出接口,经接口电路处理后按输出格式、界面定制输出数字化的测量结果。微处理器是智能传感器的核心,由于微处理器充分发挥各种软件的功能,使传感器智能化,大大提高了传感器的性能。

    智能传感器的特点:

    1.精度高:可通过自动校零去除零点,与标准参考基准实时对比自动进行整体系统标定、非线性等系统误差的校正,实时采集大量数据进行分析处理,消除偶然误差影响,保证智能传感器的高精度。

    2.高可靠性与高稳定性:能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化而引起的系统特性的漂移,如环境温度、系统供电电压波动而产生的零点和灵敏度的漂移;在被测参数变化后能自动变换量程,实时进行系统自我检验、分析、判断所采集数据的合理性,并自动进行异常情况的应急处理。

    3.高信噪比与高分辨力:由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能,通过数字滤波等相关分析处理,可去除输入数据中的噪声,自动提取有用数据;通过数据融合、神经网络技术,可消除多参数状态下交叉灵敏度的影响。

    4.强自适应性:具有判断、分析与处理功能,它能根据系统工作情况决策各部分的供电情况、与高/上位计算机的数据传输速率,使系统工作在低功耗状态并优化传输效率。

    5.较高的性能价格比:智能传感器具有的高性能,不是像传统传感器技术那样通过追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得的,而是通过与微处理器/微计算机相结合,采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的,所以具有较高的性能价格比。

    智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。

    智能传感器技术发展及趋势

    1、高精度:随着自动化生产程度的提高,对传感器的要求也在不断提高,必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。

    2、高可靠性、宽温度范围:传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能,研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永J性的方向。发展新兴材料(如陶瓷)传感器将很有前途。

    3、微型化:各种控制仪器设备的功能越来越强,要求各个部件体积越小越好,因而传感器本身体积也是越小越好,这就要求发展新的材料及加工技术,目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的,体积较大、稳定性差、寿命也短,而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。

    4、微功耗及无源化:传感器一般都是非电量向电量的转化,工作时离不开电源,在野外现场或远离电网的地方,往往是用电池供电或用太阳能等供电,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向,这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前,低功耗损的芯片发展很快,如T12702运算放大器,静态功耗只有1.5安,而工作电压只需2~5V。

    5、智能化数字化:随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出不再是单一的模拟信号(如0~10mV),而是经过微电脑处理好后的数字信号,有的甚至带有控制功能,这就是所说的数字传感器。

    6、网络化:网络化是传感器发展的一个重要方向,网络的作用和优势正逐步显现出来。网络传感器必将促进电子科技的发展。

    数字化输出是智能传感器的典型特征之一,它不仅仅是模拟-数字转换实现简单的数字化,而是从机理上实现数字化输出。其中,谐振式传感器具有直接数字输出、高稳定性、高重复性、抗干扰能力强,分辨力和测量精度高等优点。传统写真式传感器的频率信号检测需要较复杂的设计,这限制了其的广泛应用和在工业领域内的发展。而现在只需在同一硅片上集成智能检测电路,就可以迅速提取频率信号从而使谐振式微机械传感器成为国际上传感器的研究热点。

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[第1题](单选题)当石英晶体受压时,电荷产生在( )。 与光轴垂直的z面上 电轴垂直的x面上 与机械轴垂直的y面上 所有的面(x、y、z)上 [第2题](单选题)式位置传感器输出的信号是( )。 电流信号 电压... [第1题](单选题)当石英晶体受压时,电荷产生在( )。 与光轴垂直的z面上 电轴垂直的x面上 与机械轴垂直的y面上 所有的面(x、y、z)上 [第2题](单选题)式位置传感器输出的信号是( )。 电流信号 电压信号 脉冲信号 二进制格雷码 [第3题](判断题)光电传感器是将被测量的变化转换成光信号的变化,然后通过光电元件转换成电信号,光电传感器属于非接触测量。 正确 错误 [第4题](多选题)光纤传感器与传统传感器相比有许多特点,包括以下哪几种?( )。 灵敏度高 结构简单 耗电量小 绝缘性好 [第5题](单选题)光导纤维是利用( )原理来远距离传输信号的。 光的偏振 光的干涉 光的散射 光的全反射 [第6题](判断题)对于石英晶体,不论沿X轴方向还是沿Y轴方向作用力,电荷只产生在垂直于X轴的两平面上。 正确 错误 [第7题](判断题)选用传感器需要考虑被测量的特点和传感器的使用条件以及性能指标等。 正确 错误 [第8题](多选题)光纤传感器中常用的光探测器有以下哪几种?( )。 光电二极管 光电倍增管 光敏电阻 固体激光器 [第9题](单选题)普通型硅光电池的峰值波长为0.8μm,落在( ) 区域。 可见光 近红外光 紫外光 远红外光 [第10题](判断题)选用光栅尺时,其测量长度要略低于工作台Z大行程。 正确 错误 [第11题](单选题)超声波在( )中衰减很小,穿透力很强。 固体 液体 气体 气液混合物 [第12题](判断题)若霍尔元件的磁场和电流同时改变方向,霍尔电势的极性将保持不变。 正确 错误 [第13题](判断题)压电式传感器具有良好的高频响应性能。 正确 错误 展开
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环境监测与环境监测技术的发展

环境监测与环境监测技术的发展

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环境监测是指我国相关机构通过运用先进的技术手段与方法来对我们赖以生存的环境进行全面且定向的监测,以此来确定出环境的未来发展走向,以及对监测到的环境质量的影响因素进行有效管制,进而达到保护环境的目的。由于工业化进程的加快,使得环境污染问题日益严重,并进一步恶化了社会经济发展与自然环境之间的关系。而环境监测工作的开展,则为环境保护工作提供了jing准且全面的数据支持。环境监测的对象多是以水环境质量、土壤、大气、固体废料、生物污染以及生态环境等为主。可以说,环境监测是一个庞杂的体系,涵盖了较为广泛的种类。

关键词:环境监测技术;现状;发展趋势

引言

近年来,尽管社会经济发展迅速,但是人类的生存环境日益恶化,由此造成了一系列自然与社会问题,制约着人类社会的进一步发展。为了控制环境改变的程度,环境监测技术应运而生,它能够通过监测环境中主要污染物的排放,以及各类常规环境参数,确认环境状况,从而为环境保护提供有效的参考依据。作为环境治理和污染治理的有效工具,环境监测是评价环境质量的重要手段,是环境保护的一大重要组成部分。在进行环境监测的过程中,可以对环境中造成影响的因素进行合理有效的分析,从而提供环境保护的理论及技术依据,开发有针对性的方法,在FZ环境方面起到了不可或缺的作用。

1环境监测技术的发展现状解析

1.1环境监测技术的发展现状

1.1.1生物监测技术

环境监测中,生物监测技术的主要应用是PCR和生物标记技术。分子标记识别技术使PCR技术易于使用,而生物标记技术则可以准确测定污染物的含量。

1.1.2 3S监控技术

3S监测技术是定位、地理信息和遥感技术的统称,通常用于处理环境信息。以水环境监测为例,利用3S技术可以监测和评价水资源、富营养化水体以及改变生态环境。

1.1.3理化技术

理化技术包括物理监测技术与化学监测技术,在环境监测中起着重要作用。目前的理化测量技术与测量手段在测量特定环境污染物的数量方面是有效的。

1.1.4信息技术

在现代环境监测技术中,信息技术的应用普及,极大地提高了环境监测的效率和准确性。常用的信息技术包括SPS技术和无线传感器网络技术。SPS技术能够实现对环境的远程控制,可用于监测水环境,了解水质、河流等水文条件。无线传感器网络技术可以实现监控装置与基站之间的数据传输和控制通信,并进行全程监控。可以在基站中完成环境监测数据的分析处理,从而提高环境监测工作的效率。

1.2环境监测技术现状

1.2.1监测系统的现状

近年来,我国首次建立了以保护环境为ZD的土壤、水、噪声和废物环境监测系统,在全国范围内达到固态污染物和大气的监测。内部监控有效地监控规范和相关技术标准,同时我国环境监测质量控制体系日趋完善,欧盟的技术支持将进一步提高环境监测能力。在信息技术的帮助下,环境监测建立了一个统一的网络平台,能够准确、快速地处理监测数据,建立起环境监测系统。

1.2.2监测方法的现状

随着监测技术的快速发展,越来越多的环境监测程序可以监控更多的污染因素。它在促进环境监测方面起着重要的作用。同时,信息技术的使用将大大提高环境监测数据的处理和分析的有效性和提高环境监测结果及分析,减少了监测花费的时间。

1.2.3监测仪器的现状

目前监测仪器的精度不断提高,给监测过程创造了良好的条件。除了一些大型、昂贵的仪器外,大多数监测仪器可以方便地运输,从而消除了常规实验室测试对于不同地点的监测环境的低效率。特别是在突发环境中,监测工具可以快速获取相关数据,为解决未来环境问题提供有效的依据。

1.3环境监测技术发展的领域

1.3.1有机污染物的监测

调查和研究表明,在所有污染物当中,有机污染物所引起的环境问题是Z为严峻的,其对环境的危害也是Z强的,仅需要极小的含量就可以对环境产生整体性的重要影响。与此同时,有机污染物在监测中表现明显,可以通过理化技术、生物技术等方式同时监测。因此,综合、系统的监测有机污染物已成为一项重要任务。

1.3.2有毒有害物质监测

无论是大气、水、悬浮物还是沉积物,它们都含有许多有毒和危险的物质。这些有毒和危险的物质造成严重的健康损害。因此,必须采取适当的措施,以彻底控制这些有毒和危险物质。

1.3.3环境监测精度的量化

事实上,即使浓度很低,许多有毒有害物质也会对人体造成严重危害。为了更加详细和全面的监测这些物质需要采取有效措施进行控制有毒有害物质的产生。

2环境监测技术的发展趋势

2.1监测高度信息化

目前我国环境监测中,为了保证对不同监测点的持续监测,往往投入了大量的人力、物力。而信息技术的发展给这一现状带来了转机,只需要将监测仪器设备与站点进行信息化改造,即可节约出大量的人力,并保证监测的持续性和稳定性。今后,需要进一步提高环境监测技术的有效性,实现国家监测数据的互操作和交换,加强环境监测。因此,计算机化是未来环境监测技术发展的重要趋势之一。进一步加强信息建设,建立统一的环境监测数据库,建立国家网络和监测平台,加强不同监测机构之间的信息交流。

2.2环境监测工具的多样化

目前,我国大多数监测方法是被动监测,自动化监测水平较低。因此,越来越多的环境监测技术被用于未来的发展,多样化趋势是不可避免的,环境监测环境标准将继续全面提高,监测将更加完整和成熟。

2.3加快自动化现场监控流程

虽然目前已有一些便携式监测设备用于环境监测技术,但大多数只能进行现场监测。监测过程需要所有工作人员的高度参与,这需要大量的时间和努力,而且监测的有效性和准确性在某种程度上受到损害。因此,未来的发展趋势将需要快速现场自动监测,以实现全自动在线监测、快速检测污染物、提高检测效率、减少人员需求并降低风险。

2.4环境监测仪器的使用

随着现代环境监测仪器设备的使用,由于财力和人为因素的影响,监测设备总体水平较低,大型环境研究所很少有现代化的监测系统。在分布上也存在较大的区域异质性,降低了环境监测的有效性。因此,随着未来环境监测的发展,环境监测投资将不可避免地增加。随着监控技术的快速发展,监控工具更小、更准确。实验室管理系统的使用越来越普遍,各地区环境监测水平趋于平衡,从而提高了我国整体环境水平。

结语

社会经济的快速发展,使得人类发展与自然环境之间的矛盾日益突出。本文对环境监测的概述、意义,环境监测在环境保护中的作用,环境监测的发展阶段,环境监测技术的发展现状,环境监测技术的未来发展趋势进行了详细分析。希望能够通过这些内容让人们认识到环境监测与环境监测技术的重要性,并给予其充分地关注与重视,进而有效地处理社会经济发展与自然环境之间的矛盾,Z终促进社会经济的可持续、快速、健康发展。


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