Интеллектуальные датчики: определения, структуры и приложения

Один. Структура и характеристики интеллектуальных датчиков
Датчики, как и характеристики человеческого лица, являются важным инструментом для сбора информации. Это имеет решающее значение для развития науки и техники, национальной безопасности и производительности промышленности. Однако скорость развития датчиков, которые являются "чертами лица", значительно отстает от компьютеров, которые являются "мозгом", потому что они развиваются быстрее.
С автоматизацией и интеллектом систем измерения и управления датчики должны обладать высокой точностью, высокой надежностью, сильной стабильностью, конкретными возможностями обработки данных, а также самоконтролем, самокалибровкой и самокомпенсацией. Традиционные датчики уже не могут удовлетворить эту потребность.
Кроме того, для создания высокопроизводительных датчиков задача заключается только в том, чтобы усилить процесс материалов. Чтобы восполнить его недостатки, сенсорная технология должна быть интегрирована с компьютерной технологией. Сочетание микропроцессоров (или микрокомпьютеров) и датчиков создало мощные интеллектуальные датчики, которые значительно изменили технологию датчиков. В других странах их называют интеллектуальными датчиками или интеллектуальными датчиками (интеллектуальными, сигнальными, интеллектуальными датчиками). Кроме того, традиционные датчики обычно измеряют только один параметр и иногда требуют миниатюрного многофункционального датчика для мониторинга нескольких параметров одновременно. Ученые из нескольких стран недавно сосредоточились на этой области исследований и создали несколько многоцелевых датчиков.
01 Умные датчики
В современном международном научно - техническом сообществе интеллектуальные датчики являются горячей областью исследований, но пока нет согласованного описания. Разница между этими двумя словами (интеллектуальные датчики или интеллектуальные датчики), которые в совокупности называются интеллектуальными датчиками, не рассматривается в этой статье.
В настоящее время отечественные и зарубежные исследователи склонны думать, что традиционные датчики и микропроцессоры представляют собой интеллектуальные датчики (или микрокомпьютеры). Для максимального сбора данных изменяется внутреннее поведение устройства. Интеллектуальные датчики выполняют следующие функции:
(1) Способность к самокомпенсации:
Программа автоматически компенсирует нелинейность датчика, температурный дрейф, временной дрейф, время отклика и так далее.
(2) Функция самокалибровки
После того, как оператор вводит нулевое значение или стандартное значение, программа самокалибровки может автоматически калибровать датчик в режиме онлайн.
(3) Самодиагностические функции
После включения питания датчик может быть подвергнут самоконтролю, чтобы проверить, являются ли компоненты датчика нормальными, и может диагностировать неисправные компоненты.
(4) Функция цифровой обработки
В соответствии с программой внутри интеллектуального датчика данные могут автоматически обрабатываться, например, статистическая обработка, устранение аномалий и т. Д.
(5) Функция двусторонней связи
Микропроцессоры и базовые датчики образуют замкнутое кольцо. В дополнение к приему и обработке данных датчика микропроцессор также отправляет информацию обратно на датчик, чтобы изменить и отрегулировать процесс измерения.

(6) Функции хранения информации и памяти

(7) Функция цифрового вывода
Вывод цифрового сигнала, подключенного к компьютеру или шине.
В настоящее время доступные интеллектуальные датчики имеют только некоторые из этих функций. В то время как интеллектуальные датчики включают обработку данных, отображение данных и регулировку измерительных сигналов (например, фильтрацию, усиление и преобразование A / D), традиционные датчики могут использоваться только в качестве чувствительных компонентов для обнаружения изменений физических величин. Он включает в себя практически все функции прибора. Очевидно, что функции интеллектуальных датчиков были расширены, чтобы включить приборы.
Ранние интеллектуальные датчики обрабатывали и преобразовывали свои выходные сигналы, а затем отправляли их в ЦП через интерфейс. Чтобы предоставить датчикам некоторый искусственный интеллект, в 1980 - х годах интеллектуальные датчики в основном использовали микропроцессоры в качестве своих центральных процессоров и интерфейсных схем, памяти микрокомпьютеров, А также схемы регулировки сигнала датчика на один чип. Датчик теперь может реализовывать миниатюризацию, структурную интеграцию, тип массива, цифровой тип, простоту использования, простоту работы, функцию самодиагностики, функцию памяти и обработки информации, функцию хранения данных, функцию многопараметрических измерений, функцию сетевой связи, А также функции логического мышления и суждения благодаря дальнейшим достижениям в области интеллектуальных методов измерения в 1990 - х годах.
Интеллектуальные датчики можно условно разделить на три категории: датчики, основанные на суждениях, датчики, основанные на обучении, и датчики, основанные на творчестве.
02 Структура интеллектуальных датчиков
Датчики, микропроцессоры (или микрокомпьютеры) и поддерживающие схемы составляют большую часть интеллектуальных датчиков.
Датчик преобразует измеренную физическую величину в соответствующий электрический сигнал, который затем отправляется в схему регулирования сигнала для усиления, фильтрации и преобразования из аналоговой в цифровую перед отправкой на микрокомпьютер. Мозг интеллектуального датчика - это компьютер. Он способен не только вычислять, хранить и обрабатывать измерения датчиков, но и изменять их по контурам обратной связи. Поскольку компьютер может в полной мере использовать возможности различных программных средств, он может выполнять сложную работу с оборудованием, что значительно снижает сложность изготовления датчиков, улучшает производительность датчиков и снижает стоимость датчиков.
В зависимости от структуры, структура интеллектуальных датчиков может быть интегрированной, разделенной или может быть разделена на три категории: интегрированной, смешанной или модульной. Интегрированный интеллектуальный датчик - это компактный, высокоинтегрированный кремниевый чип, который объединяет одно или несколько чувствительных устройств, микропроцессоров и схем обработки сигналов. В нынешнем техническом состоянии создание таких интегрированных датчиков является сложной задачей. Для создания гибридных интеллектуальных датчиков датчики, микроконтроллеры и схемы обработки сигналов размещены на отдельных чипах (HybridSmart2Sensor).
Эти здания многочисленны. Многие независимые модули могут составлять основные интеллектуальные датчики. Например, если датчик, модуль выходной схемы, модуль схемы дисплея, модуль схемы регулировки сигнала и микрокомпьютер объединены в одном и том же случае, группа выше и больше по объему, но в настоящее время на техническом уровне это все еще полезная структурная форма.

Два. Широкий спектр применения интеллектуальных датчиков
1 Применение в умном сельском хозяйстве
Из - за уникальности окружающей среды большинство сельскохозяйственных проектов осуществляется в полевых условиях, что делает коррекционные операции очень неудобными и чрезвычайно дорогостоящими для рабочей силы. Поэтому существуют очень строгие требования к стабильности данных датчиков, а интеллектуальные датчики являются наиболее эффективными.
2 Применение в промышленной автоматизации
В современном промышленном производстве, особенно в автоматизированных производственных процессах, используются различные датчики для мониторинга и управления различными параметрами производственного процесса, что позволяет машинам работать в нормальном или оптимальном состоянии, а продукты получают высочайшее качество. Кто - то может сказать, что промышленная автоматизация невозможна без хороших интеллектуальных датчиков.
03 Применение в робототехнике.
Современные роботы обладают такими же конечностями и сенсорными способностями, как и люди, а также определенной степенью интеллектуальных и адаптивных планов действий. Они могут функционировать без вмешательства человека. Роль датчиков во всем этом очевидна. Роботам нужны датчики, чтобы воспринимать окружающую среду. Помощник.
04 Применение в умной медицине
С развитием интеллектуальных датчиков датчики медицинского интеллекта становятся все более важными в качестве характеристик лица для сбора данных о жизненных признаках. Например, интеллектуальные датчики играют незаменимую роль в обработке изображений, клиническом химическом тестировании, мониторинге и мониторинге параметров жизнедеятельности, диагностике и лечении респираторных, неврологических и сердечно - сосудистых заболеваний и будут повсеместно использоваться в будущих медицинских устройствах.
5 Применение в умной бытовой технике
Домашние хозяйства будущего будут серьезно затронуты тенденцией умного дома, и умная бытовая техника станет стандартным продуктом для многих домашних хозяйств. Будущие домашние продукты, такие как сериалы, вентиляторы, кондиционеры воздуха, стиральные машины, сушилки, холодильники, шкафы и т. Д. Можно использовать интеллектуальные датчики. Это основной инструмент для установления связи между личными и домашними устройствами и краеугольный камень отечественного Интернета вещей.

Три. Три основных недостатка развития индустрии интеллектуальных датчиков в Китае
Ключевые технологии пока не прорвались
Преодоление многих дисциплин, теорий, материалов и технологических знаний в технологии проектирования датчиков чрезвычайно сложно. Из - за нехватки квалифицированного персонала, высоких расходов на исследования и разработки и жесткой конкуренции со стороны предприятий наша страна не добилась значительного прогресса в некоторых распространенных ключевых сенсорных технологиях.
02 Недостаточный потенциал индустриализации
Поскольку китайским компаниям не хватает передовых технологических возможностей, отраслевые нормы еще не сформированы, отечественные сенсорные продукты не соответствуют, не формируют серию, из - за повторного производства, беспощадной конкуренции и индустриализации. Он может зависеть от импорта только в течение значительного периода времени, поскольку его степень не соответствует сортам и сериям.
03 Отсутствие концентрации ресурсов
В настоящее время в Китае насчитывается более 1600 сенсорных предприятий, но большинство из них являются менее рентабельными малыми и микропредприятиями, отсутствие ведущих предприятий, основанных на технологиях, в конечном итоге приводит к реализации финансов, технологий, корпоративного дизайна, промышленной структуры, рынка и других аспектов. В децентрализованном состоянии ресурсы не могут быть эффективно сконцентрированы, и для продвижения промышленного прогресса требуется много времени.
04 Не хватает людей
Финансовая, технологическая и промышленная база относительно нестабильна, поскольку индустрия датчиков все еще находится на ранней стадии развития. Он также включает в себя многие дисциплины, требующие обширных знаний, и постоянно появляются новые технологии, которые затрудняют набор лучших талантов. Нехватка кадров в этой отрасли также является результатом неэффективности и неадекватности нашей системы подготовки кадров.

Четыре. Развитие и тенденции интеллектуальных сенсорных технологий
01 На пути к высокой точности
По мере развития автоматизированного производства растет спрос на датчики. Для обеспечения надежности промышленной автоматизации необходимо создать новые датчики с высокой чувствительностью, высокой точностью, быстрой реакцией и хорошей взаимозаменяемостью.
На пути к высокой надежности и широкому диапазону температур
Надежность датчика напрямую влияет на такие эксплуатационные характеристики, как помехоустойчивость электронного оборудования. Приоритетной задачей остается разработка высоконадежных датчиков с широким диапазоном температур. Использование новых материалов, таких как керамика, для изготовления датчиков будет многообещающим.
03 На пути к миниатюризации
Возможности различных инструментов управления улучшаются, и чем меньше сам датчик, тем лучше. Это связано с тем, что потребности в объеме каждого компонента уменьшаются. Для этого необходимо создавать новые материалы и технологии обработки. Количество датчиков, изготовленных из кремниевых материалов, по - прежнему очень мало. По сравнению с кремниевыми акселерометрами, построенными с помощью различных микропроцессорных технологий, таких как лазеры, традиционные акселерометры обычно изготовлены из гравитационных блоков и пружин, которые огромны, нестабильны и имеют короткий срок службы. Секс превосходит.
Переход к микропотреблению энергии и пассивному развитию
Датчики обычно преобразуют неэлектрические в электричество, поэтому они не могут работать без питания. Они часто используют батареи или солнечную энергию при работе в отдаленных районах. Разработка пассивных датчиков и датчиков микропотребления энергии неизбежна. Стратегии разработки для повышения срока службы системы и энергосбережения В настоящее время ускоряется разработка микросхем с низким энергопотреблением. Примером этого является операционный усилитель T12702, работающий только на 2,5В и потребляющий менее 1,5А в статическом режиме.
05 На пути к интеллектуальному цифровому развитию
С прогрессом о
06 На пути к сетевому развитию
Сеть является ключевой областью развития датчиков, и ее преимущества и значение становятся все более очевидными. Нет никаких сомнений в том, что сетевые датчики будут способствовать развитию электрических технологий.
Одной из ключевых технологий в развитии Интернета вещей являются интеллектуальные датчики. Они не только обеспечивают новую жизнь для существующих отраслей, но и возглавляют тенденции в сенсорной промышленности. Они жизненно важны для многих отраслей, включая сельское хозяйство, океаны, аэрокосмическую промышленность и промышленность. С развитием искусственных нейронных сетей, искусственного интеллекта и других технологий появится новое поколение интеллектуальных датчиков. У этих датчиков очень светлое будущее с точки зрения прогресса.