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第七章
简述GB/T7665-2005《传感器通用术语》中智能传感器的定义，及智能传感器的基本功能
GB/T7665-2005《传感器通用术语》中，认为智能传感器是“对传感器自身状态具有一定的自诊断、自补偿、自适应以及双向通讯功能的传感器”。
智能传感器基本功能如下：
1.具有自动校零、自动标定、自动校正功能，能够提高静态测量精度。
2.具有自动补偿功能，能够提高系统动态响应速度、改善动态性能。
3.具有自动采集数据、数据存储和记忆功能。
4.具有自动检验、自选量程、自寻故障功能。
5.具有判断、决策等信息处理功能。
6.具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能，可采用RS-232、RS-485、USB、I2C、SPI、1-Wire等标准总线接口，实现传感器和计算机之间的双向通讯。
智能传感器的特点和主要实现方式
（1）具有更高的精度智能传感器通过自动校零、自动标定等新技术，实现与标准参考基准的实时比对分析，对传感器输入输出的非线性误差、零点误差以及正反形成误差等进行校正；智能传感器具有数据处理分析能力，通过软件模块对采集到的数据进行统计处理，消除偶然误差、降低噪声；从而大大提高传感的精度、分辨率和信噪比。
（2）具有更高的可靠度和稳定性智能传感器具有高度集成的特点，一定程度消除了传统传感器的某些不可靠因素，提高系统的抗干扰能力；同时智能传感器具有自我检测、校准和自寻故障等功能，能够对采集到的数据信息合理性进行分析和判断，给出异常情况预警或者进行紧急处置；保证了智能传感器具有更高的可靠度和稳定性。
（3）提高了传感器的性价比智能传感器采用大规模电路集成技术，结合强大的软件来实现复杂的功能，从而与传统传感器相比具有体积小、能耗低、寿命长的特点，显著提高性价比。
（4）具有复合敏感功能与传统传感器单一功能不同，智能传感器中集成多种功能模块，通过计算机指令或者电路调整，可以实现不同硬件模块和软件模块之间的单独或者联合使用，可以实现物理量、化学量以及生物量多种信号的同步测量。
智能传感器实现的三种主要方式:
（1）非集成化方式非集成化智能传感器是在传统传感器的基础上，将信号调理电路以及带数字总线接口的微处理器进行整合而构成的，基本原理如图7-3所示。这种智能传感器实现方式在现场总线控制系统发展的推动下迅速发展。其优势在于生产厂家原有生产工艺和生产设备基本无需改变，额外附加一块带数字总线接口的微处理器插板，并配备通信、控制、自校正、自补偿、自诊断等智能化软件，即可实现智能传感器功能。因此，非集成化方法是一种经济、快速制造智能传感器的途径。
图7-3非集成式智能传感器基本原理框图
（2）混合集成方式混合集成方式是将系统各个集成化环节（敏感元件、信号调理电路、微处理器、数字总线口）以不同的组合方式集成在2~3个芯片上，并封装在一个外壳内。混合集成智能传感器具有技术要求低、经济风险小的特点。混合集成模块有：集成化敏感单元，包括敏感元件和变换电器；集成信号调理电路，包括多路开关、仪用放大器、基准转换器（ADC）等；集成微处理单元，包括数字存储器（EPROM、ROM、RAM）、数字I/O接口、数/模转换器（DAC等）以及微处理器。混合式智能传感器基本原理如图7-4所示。
图7-4混合式智能传感器基本原理框图
（3）集成化方式集成式智能传感器采用微机械借工技术和大规模集成电路工艺技术，以硅材料为基础，制作敏感元件、信号调理电路以及微处理器单元，并将各构成单元集成在一块芯片上。随着微电子技术的高速发展以及纳米技术的应用，集成式智能传感器实现了微型化和结构一体化，从而具有精度高、稳定性强、多功能集成、阵列排布、低能耗等特点。集成式智能传感器基本原理如图7-5所示。
图7-5集成式智能传感器基本原理框图
简述金属丝电阻应变片和半导体电阻应变片的工作原理
金属丝电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即金属丝在外力作用下发生机械变形（伸长或缩短），其阻值也随之发生变化（增大或减小）。当外力作用时，金属丝电阻率ρ、长度l、横截面积S均发生变化，因此金属丝电阻发生变化。通过测量电阻值的变化，可以得到外力的大小。
半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应，即在外力作用下，半导体材料载流子迁移率发生变化，使其电阻率发生变化的现象，可由压阻系数π表示。
简述电容式传感器基本原理和基本类型，并绘制简图
原理：电容式传感器以电容器作为敏感元件，将被测量的变化转换成为电容变化量，本质上是一个具有可变参数的电容器。
电容式传感器的三种基本类型:
（1）变面积型电容式传感器（2）变极距型电容式传感器（3）变介电常数型电容式传感器。如图7-10。
a)
b)
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图7-10电容式