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北京華舜北方電子有限公司
閱讀:434發(fā)布時間:2014-7-22
我國傳感器產(chǎn)業(yè)要適應技術潮流,向國內(nèi)外兩個市場相結合的化方向發(fā)展,讓傳感器和檢測儀表抓住信息化的發(fā)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(fā)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(xiàn)。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(shù)字信號處理技術的發(fā)展和高速數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(guī)模集成電路LSI技術發(fā)展到今天,集成電路的密度越來越高,體積越來越小,內(nèi)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(tǒng)的集成度。模塊化功能硬件是現(xiàn)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(shù)整定與修改實時化
隨著各種現(xiàn)場可編程器件和在線編程技術的發(fā)展,儀器儀表的參數(shù)甚至結構不必在設計時就確定,而是可以在儀器使用的現(xiàn)場實時置入和動態(tài)修改。
1.4 硬件平臺通用化
現(xiàn)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(tǒng)。一臺儀器大致可分解為三個部分:1)數(shù)據(jù)的采集;2)數(shù)據(jù)的分析與處理;3)存儲、顯示或輸出。傳統(tǒng)的儀器是由廠家將上述三類功能部件根據(jù)儀器功能按固定的方式組建,一般一種儀器只有一種或數(shù)種功能。而現(xiàn)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(tǒng)型向新型傳感器轉型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化,它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造,而且可導致建立新型工業(yè),是21世紀新的經(jīng)濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)(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(fā)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(nèi)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(wǎng)絡通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化、系統(tǒng)化。(注:MEMS技術還完成了微電動機或執(zhí)行器等產(chǎn)品,將另作文介紹)網(wǎng)絡化方面,目前主要是指采用多種現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)),這要按各行業(yè)的特點,選擇其中的一種或多種,近年內(nèi)zui流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。
除MEMS外,新型傳感器的發(fā)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(jiān)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(shù)據(jù)融合技術也促進了傳感器技術的發(fā)展。多傳感器數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)決策、規(guī)劃、反應的快速性和正確性,使系統(tǒng)獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn),包括數(shù)據(jù)層(像素層)融合、特征層融合、決策層(證據(jù)層)融合。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點,即容錯性、互補性、實時性、經(jīng)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(jiān)視、地震觀測、建筑、空中交通管制、醫(yī)學診斷、遙感技術等方面。
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