智能傳感器及系統(tǒng)集成

智能傳感器智能傳感器及系統(tǒng)集成第1頁智能傳感器結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)智能傳感器是一個帶微處理器兼有檢測、判斷、信息處理、信息記憶、邏輯思維等功效傳感器。其特點是：1、易于線性化。2、自動修正測量數(shù)據(jù)降低環(huán)境原因引發(fā)誤差。智能傳感器及系統(tǒng)集成第2頁3、含有抑制漂移能力。4、其跟蹤濾波功效能夠去除噪聲、提升信噪比從而提升傳感器可靠性。5、用軟件處理硬件難以處理問題，完成數(shù)據(jù)計算與數(shù)據(jù)處理工作。

智能傳感器主要由敏感元件、微處理器及相關(guān)電路組成。智能傳感器及系統(tǒng)集成第3頁智能傳感器原理框圖以下傳感元件信號調(diào)理微處理器通訊接口輸入接口智能傳感器及系統(tǒng)集成第4頁微處理器是智能傳感器智能關(guān)鍵，負擔了數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)存放、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)校準、系統(tǒng)賠償?shù)却罅坑布y以完成工作，從而大大降低了傳感器制造難度，提升了傳感器性能，降低了成本，提升了傳感器可靠性。智能傳感器有集成式、混合式和模塊式三種結(jié)構(gòu)。集成式：將若干個敏感元件與微處理器、信號處理電路集成在同一硅片上。智能傳感器及系統(tǒng)集成第5頁混合式：將傳感器和微處理器、信號處理電路做在不一樣芯片上，這是當前智能傳感器主要形式。模塊式：將傳感元件模塊、微處理器模塊、信號調(diào)理電路模塊等裝配在同一個殼結(jié)構(gòu)內(nèi)。智能傳感器及系統(tǒng)集成第6頁智能傳感器功效特點1、含有邏輯思維與判斷、信息處理功效，可對檢測數(shù)值進行分析、修正和誤差賠償，提升測量精度。

2、含有自診療、自校準功效，提升了可靠性。智能傳感器及系統(tǒng)集成第7頁3、組態(tài)功效能夠?qū)崿F(xiàn)多傳感器多參數(shù)復(fù)合測量，擴大了檢測使用范圍。用戶能夠選擇需要組態(tài)。包含檢測范圍，可編程通/斷延時，選組計數(shù)器，常開/常閉，分辨率選擇等?？墒雇活愋蛡鞲衅鞴ぷ髟谧钫_狀態(tài)，而且能在不一樣場所從事不一樣工作。智能傳感器及系統(tǒng)集成第8頁4、存放功效使檢測數(shù)據(jù)能夠隨時存取。5、數(shù)據(jù)通信功效含有數(shù)據(jù)通信接口，能與計算機直接聯(lián)機，相互交換信息。

智能傳感器含有串行通信接口，既能夠直接與計算機進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)點對點測控，也能夠組成智能傳感器網(wǎng)絡(luò)與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)點對多點分布式集散測控系統(tǒng)。防止了模擬信號遠距離傳輸，提升了系統(tǒng)可靠性。智能傳感器及系統(tǒng)集成第9頁6、自適應(yīng)技術(shù)

可在條件改變情況下，在一定范圍內(nèi)使自己特征自動適應(yīng)這種改變。經(jīng)過采取自適應(yīng)技術(shù)，智能傳感器能賠償老化部件引發(fā)參數(shù)漂移，延長器件或裝置壽命。同時擴大其工作領(lǐng)域，自動適應(yīng)不一樣環(huán)境條件。自適應(yīng)技術(shù)提升了傳感器重復(fù)性和準確度。智能傳感器及系統(tǒng)集成第10頁智能傳感器中軟件軟件對傳感器測量過程進行管理和調(diào)整，使之工作在最正確狀態(tài)，并對傳感器數(shù)據(jù)進行各種處理，從而增強傳感器功效，提升性能指標。智能傳感器及系統(tǒng)集成第11頁一、溫度賠償基本方法是：1、將溫度敏感元件與智能傳感器敏感元件集成在一起，用于測量敏感元件環(huán)境溫度。2、建立溫度誤差數(shù)學模型，微處理器依據(jù)測得溫度值和數(shù)學模型進行賠償。3、查表法。智能傳感器及系統(tǒng)集成第12頁

二、非線性校正1、線性插值法先用試驗測出傳感器輸入輸出數(shù)據(jù)，利用一次函數(shù)進行插值，用直線迫近傳感器特征曲線。假如傳感器特征曲率大，能夠?qū)⒃撉€分段插值，把每段曲線用直線近似，即用折線迫近整個曲線。這么能夠按分段線性關(guān)系求出輸入值所對應(yīng)輸出值。普通情況下只要分段合理，插值點數(shù)得當就可取得良好線性度和精度。智能傳感器及系統(tǒng)集成第13頁2、二次曲線插值法用拋物線代替原來曲線，先求出傳感器特征曲線反函數(shù)，并依據(jù)精度要求對曲線進行分段，然后利用二次函數(shù)進行插值，用二次函數(shù)迫近。3、查表法經(jīng)過計算或試驗得到檢測值和被檢測值關(guān)系，然后按一定規(guī)律把數(shù)據(jù)排成表格，存入內(nèi)存單元。微處理器依據(jù)檢測大小查表。智能傳感器及系統(tǒng)集成第14頁三、數(shù)字濾波1、算術(shù)平均濾波

計算連續(xù)N個點采樣值算術(shù)平均值作為濾波器輸出.智能傳感器及系統(tǒng)集成第15頁

2、遞推平均濾波

遞推平均濾波只需進行一次測量就能得到平均值，它把N個數(shù)據(jù)看作一個隊列，每次測量得到新數(shù)據(jù)存在隊尾，而扔掉原來隊首一個數(shù)據(jù)，這么在隊列中一直有N個“新”數(shù)據(jù)，然后計算隊列中數(shù)據(jù)平均值作為濾波結(jié)果。每進行一次這么測量，就可馬上計算出一個新平均值。智能傳感器及系統(tǒng)集成第16頁3、加權(quán)遞推平均濾波

遞推平均濾波法中全部采樣值權(quán)系數(shù)相同，在結(jié)果中所占百分比相等，這會對時變信號引發(fā)滯后。為增加新采樣數(shù)據(jù)在遞推濾波中比重，提升傳感器對當前干擾抑制能力，能夠采取加權(quán)遞推平均濾波算法，對不一樣時刻數(shù)據(jù)加不一樣權(quán)重，通常越靠近現(xiàn)時刻數(shù)據(jù)，權(quán)重取得越大。N項加權(quán)遞推平均濾波算法為智能傳感器及系統(tǒng)集成第17頁四、標度變換

假如傳感器輸入輸出之間含有函數(shù)關(guān)系，可直接用解析式進行標度變換。假如沒有，采取多項式插值法進行標度變換。五、自動校正和自診療自動校正是校正傳感器零位和滿量程誤差。傳感器分別輸入零點標準值和滿度標準值，經(jīng)過測量傳感器輸出，得到智能傳感器校正方程。測量時軟件系統(tǒng)依據(jù)校正方程，對傳感器零位誤差、增益誤差等進行校正。從而大大提升測量準確度和可靠性。智能傳感器及系統(tǒng)集成第18頁自診療就是對敏感元件及整個傳感器各部件狀態(tài)進行自檢，檢驗傳感器各個部分是否正常，并診療發(fā)生故障部件，以確保傳感器正常工作。六、數(shù)字調(diào)零用軟件實現(xiàn)偏差調(diào)零。智能傳感器及系統(tǒng)集成第19頁智能傳感器低功耗設(shè)計一、設(shè)計標準1、選取低功耗敏感元件。2、簡化硬件電路和傳感器功效。3、設(shè)計低功耗電路，采取低功耗器件。4、單電源、低電壓供電。智能傳感器及系統(tǒng)集成第20頁二、智能傳感器低功耗設(shè)計技術(shù)1、降低電源電壓，壓縮電路動態(tài)范圍。2、控制大電流器件工作時間。3、降低單片機時鐘頻率。4、使用單片機睡眠方式。智能傳感器及系統(tǒng)集成第21頁三、智能傳感器低功耗設(shè)實例1、智能濕度傳感器結(jié)構(gòu)框圖濕度敏感元件調(diào)節(jié)放大電路單片機LCD顯示器控制鍵通信接口智能傳感器及系統(tǒng)集成第22頁被測信號經(jīng)調(diào)理放大電路處理，成為與被測量成正比0.001～4.99V直流電壓信號，送單片機A/D轉(zhuǎn)換口。LCD顯示器可顯示濕度測量值、智能濕度傳感器工作狀態(tài)（測量/通信）、超量程提醒和欠電報警。通信接口能夠?qū)崿F(xiàn)智能濕度傳感器與計算機之間信息傳輸。對于相對濕度小于50%RH測量環(huán)境，可選取芬蘭VAISALA企業(yè)HMP-35濕度敏感元件，它在相對濕度60%RH以下智能傳感器及系統(tǒng)集成第23頁含有很好線性和準確度。對于相對濕度大于40%RH以上環(huán)境，可選取GeneralEastern企業(yè)653-M2濕敏器件，它在相對濕度20%RH以上含有很好線性和準確性。2、低功耗設(shè)計辦法低功耗智能濕度傳感器模擬電路主要是運算放大器為關(guān)鍵放大電路。這里宜選取低功耗、單電源運算放大器，智能傳感器及系統(tǒng)集成第24頁可選取模擬器件企業(yè)AD822。單片機選取內(nèi)部帶有4路8位A/D轉(zhuǎn)換器、4個中止源、8分頻定時/計數(shù)器、1024*14位片內(nèi)程序存放器、68*8位RAM低功耗單片機PIC16C71。它含有低功耗睡眠模式（SLEEP)和片內(nèi)看門狗定時器(WTD)，易于實現(xiàn)低功耗設(shè)計和抗干擾設(shè)計，是低功耗低成本智能傳感器較為適宜單片機。智能傳感器及系統(tǒng)集成第25頁智能傳感器設(shè)計與制造當前智能傳感器實際產(chǎn)品大多是模塊化結(jié)構(gòu)，近年來因為多芯片組件（MCM)技術(shù)發(fā)展，可將智能傳感器分布在幾個芯片組件上部件組裝起來，組成傳感器。集成智能傳感器設(shè)計和制造中有許多復(fù)雜技術(shù)問題。智能傳感器及系統(tǒng)集成第26頁一、利用微機械加工技術(shù)制造傳感器

微機械加工技術(shù)是微型傳感器和微機械元件加工工藝技術(shù)，是制造智能傳感器主要技術(shù)。其中硅微機械加工技術(shù)是硅集成電路工藝一項主要擴展技術(shù)。它除了包含高度發(fā)展硅集成電路工藝外，還有一些獨特工藝。它主要用于制造硅材料為基底、層與層之間有很大差異三維結(jié)構(gòu)。智能傳感器及系統(tǒng)集成第27頁1、刻蝕技術(shù)它是微加工技術(shù)特殊工藝，經(jīng)過腐蝕加工形成各種微結(jié)構(gòu)，這是形成微型傳感器關(guān)鍵技術(shù)。2、體形結(jié)構(gòu)腐蝕加工腐蝕加工有化學腐蝕和離子刻蝕技術(shù)兩大類?；瘜W腐蝕是應(yīng)用腐蝕劑腐蝕，腐蝕劑有各向同性和各向異性兩種，改變腐蝕劑中氧化劑、去除劑和稀釋劑成份能夠調(diào)整腐蝕速率、選擇性和表面腐蝕條件。各向異性腐蝕可形成三維結(jié)構(gòu)。智能傳感器及系統(tǒng)集成第28頁離子刻蝕是在真空腔內(nèi)進行。采取等離子定向刻蝕，將硅片放在交流電源驅(qū)動電極上，并置于充有含氟里昂氣體化學反應(yīng)等離子體中進行。3、表面腐蝕加工技術(shù)用于制造各種懸式結(jié)構(gòu)，如微型懸臂梁、懸臂塊、微型橋、微型腔等。當前已成功應(yīng)用在微型諧振式傳感器，加速度傳感器、流量傳感器和壓電傳感器中。智能傳感器及系統(tǒng)集成第29頁4、薄膜技術(shù)能夠加工成各種梁、橋、彈性膜、壓電膜。用作傳感器敏感元件，有可作為介質(zhì)膜起絕緣層作用；有可作為控制尺寸襯墊層，在加工完成之前往除掉。5、固相鍵合技術(shù)是微機械部件裝配技術(shù)，能夠把兩個固態(tài)部件直接鍵合在一起。智能傳感器及系統(tǒng)集成第30頁二、智能傳感器電路設(shè)計1、模擬信號輸入級普通模擬信號輸入級是含有多路切換開關(guān)可編程增益放大器。2、傳感器激勵源傳感器激勵源由微處理器控制，方便使傳感器工作在最正確狀態(tài)。

智能傳感器及系統(tǒng)集成第31頁3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4、數(shù)據(jù)處理5、數(shù)字輸出接口電路6、微處理器選擇當前以單片機、DSP等嵌入式微處理器。智能傳感器及系統(tǒng)集成第32頁智能傳感器實例一、ST-3000系列智能壓力傳感器該系列傳感器是美國Honeywell企業(yè)20世紀80年代研制產(chǎn)品，是最早商品化智能傳感器，能夠同時測量靜壓、差壓和溫度三個參數(shù)。精度達0.1級，6個月總漂移不超出全量程0.03%，量程比可達400：1，阻尼時間常數(shù)在0～32s間可調(diào)。當前該產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用。智能傳感器及系統(tǒng)集成第33頁傳感器結(jié)構(gòu)框圖以下：差壓靜壓溫度多路開關(guān)A/DCPUD/AI/OROMRAMPROMEEPROM4-20mA或數(shù)字信號智能傳感器及系統(tǒng)集成第34頁傳感部分由差壓、靜壓和溫度三個傳感器組成，該部分輸出是三個參數(shù)函數(shù)，設(shè)三個傳感器輸出為由此可解得智能傳感器及系統(tǒng)集成第35頁以上由三個傳感器信號計算待測壓力過程是在微處理器中經(jīng)過軟件程序進行。在傳感器制造過程中，待測壓力特征數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度特征數(shù)據(jù)就、和靜壓數(shù)據(jù)需要事先存放在PROM中。這些特征數(shù)據(jù)由生產(chǎn)線計算機采集并送入存放器存放。實際工作時，傳感器芯片上三個傳感器信號經(jīng)多路切換開關(guān)、調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換器，分別進入CPU。CPU利用智能傳感器及系統(tǒng)集成第36頁PROM中特征數(shù)據(jù)，對三種信號進行程序運算處理，最終產(chǎn)生一個高精度特征優(yōu)異待測壓力信號輸出?，F(xiàn)場通信器含有以下功效：對傳感器進行遠程組態(tài)，設(shè)定標號、測量范圍、輸出形式和阻尼時間常數(shù)，不到現(xiàn)場就可調(diào)整變送器參數(shù)；傳感器零點和量程校準能夠在現(xiàn)場進行，無須拆卸傳感器，也不需要專門設(shè)備。智能傳感器及系統(tǒng)集成第37頁對傳感器進行診療，進行組態(tài)檢驗、通信功效檢驗、變送功效檢驗、參數(shù)異常檢驗，診療結(jié)果傳送到現(xiàn)場通信器中顯示；設(shè)定傳感器為恒流輸出，把傳感器看成恒流源使用方便檢驗系統(tǒng)中其它傳感器或設(shè)備。智能傳感器及系統(tǒng)集成第38頁二、EJA差壓變送器系日本橫河電機株式會社與1994年研制成功高性能智能式差壓傳感器。它利用單晶硅諧振式傳感器原理，采取微電子機械加工技術(shù)（MEMS)，精度達0.075%，含有高穩(wěn)定性和高可靠性。其由膜盒組件和智能轉(zhuǎn)換部件組成。膜盒組件包含膜盒、單晶硅諧振式傳感器和特征修正存放器。智能傳感器及系統(tǒng)集成第39頁原理圖以下：單晶硅諧振式傳感器特征修正傳感器CPUA/DD/A內(nèi)置存放器4-20mADC及數(shù)字信號膜盒組件數(shù)據(jù)處理部件Δp智能傳感器及系統(tǒng)集成第40頁單晶硅諧振式傳感器兩個H型諧振梁將差壓、壓力信號分別轉(zhuǎn)換成頻率信號，送到脈沖計數(shù)器中，再將兩頻率之差直接送到CPU中進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與輸入信號相對應(yīng)4-20mA電流信號。膜盒組件中特征修正存放器存放傳感器環(huán)境溫度、靜壓及輸入輸出特征修正數(shù)據(jù)，CPU利用它們進行溫度賠償，校正靜壓及輸入輸出特征。智能傳感器及系統(tǒng)集成第41頁三、8800A型卡曼旋渦流量變送器這是美國Rosemount企業(yè)智能傳感器。它利用“卡曼渦流”現(xiàn)象測定流量，即當管道中裝設(shè)柱狀阻擋物時，流體流過時形成兩列旋渦，旋渦出現(xiàn)頻率與流量成正比。該變送器利用應(yīng)力檢測法測量旋渦頻率，在柱狀物后部插入嵌有壓電元件桿，當旋渦沖擊桿端時形成彎矩，壓電元件出現(xiàn)電荷，電荷經(jīng)放大器放大后，經(jīng)濾波、A/D轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字式跟蹤濾波器。智能傳感器及系統(tǒng)集成第42頁它能跟蹤旋渦頻率對噪聲進行抑制，使濾波后數(shù)字信號正確反應(yīng)流量值。CPU接收跟蹤濾波數(shù)字信號進行處理后送D/A轉(zhuǎn)換器輸出4-20mA電流。8800A型卡曼旋渦流量變送器含有自診療、溫度校正等功效，經(jīng)過現(xiàn)場通信器進行組態(tài)。智能傳感器及系統(tǒng)集成第43頁4、超聲智能測距傳感器美國Merritt系統(tǒng)企業(yè)（MSI）開發(fā)了兩種超聲智能測距傳感器，一個測量范圍為150-3000mm，采樣頻率為40Hz，精度為、2.5mm；另一個是高精度型，測量范圍為25-600mm，采樣頻率為200Hz，精度為0.25mm。傳感器內(nèi)有以CPU為中心數(shù)據(jù)處理電路，經(jīng)過測量超聲波從傳感器到目標再返回所需要時間，計算傳感器抵達目標距離。智能傳感器及系統(tǒng)集成第44頁5、多路光譜分析智能傳感器它能夠從人造衛(wèi)星攝取地球表面圖像，經(jīng)過反射型繞射光柵，由CCD固態(tài)攝像傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，即可進行多路光譜分析，測量數(shù)據(jù)由CPU解析和統(tǒng)計處理，可得到氣象方面各種信息。智能傳感器及系統(tǒng)集成第45頁6、機器人視覺傳感器它利用CCD圖像傳感器，將工作信號經(jīng)微機處理，取得重心坐標、面積、最大尺寸等數(shù)據(jù)即確定工件位置，并由母線系統(tǒng)輸送到顯示器再經(jīng)數(shù)摸轉(zhuǎn)換器后輸入到控制系統(tǒng)控制機器人動作。智能傳感器及系統(tǒng)集成第46頁第九章（2）測試系統(tǒng)集成設(shè)計與性能評價一、測試系統(tǒng)集成設(shè)計標準與步驟

當代測試系統(tǒng)設(shè)計過程就是對系統(tǒng)各單元模塊參數(shù)重復(fù)進行預(yù)估選擇、性能評價過程，以使按最終確定參數(shù)建立起系統(tǒng)到達預(yù)定技術(shù)目標。智能傳感器及系統(tǒng)集成第47頁1、單元模塊選擇與優(yōu)化當代測試系統(tǒng)基本組成形式如圖所表示

S1為傳感器，S2為調(diào)理電路，S3為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；W1與W2分別代表傳感器和放大器頻率特征智能傳感器及系統(tǒng)集成第48頁2、參數(shù)確實定與預(yù)估依據(jù)測試系統(tǒng)技術(shù)指標要求，確定測試系統(tǒng)各步驟基本參數(shù)、動態(tài)特征，預(yù)估系統(tǒng)各步驟誤差極限。（1）基本參數(shù)確實定基本參數(shù)確實定主要依據(jù)分辨力與量程要求，確定各硬件模塊或步驟靈敏度。對于普通測試系統(tǒng)基本形式，靈敏度表示式為智能傳感器及系統(tǒng)集成第49頁基本參數(shù)確實定方法：通常按系統(tǒng)分辨力與量程要求及工作環(huán)境條件，先確定傳感器類型及其靈敏度S．然后再進行放大器增益S與A/D轉(zhuǎn)換器分度值S權(quán)衡。普通方法是先依據(jù)測試范圍和分辨力確定A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)據(jù)采集卡位數(shù)。再根A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)據(jù)采集卡位數(shù)、輸入電壓范圍和傳感器靈敏度S，確定放大器增益S。當測試范圍較大時可考慮多量程。這么能夠降低A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)據(jù)采集卡要求。

智能傳感器及系統(tǒng)集成第50頁（2）誤差極限預(yù)估

誤差極限預(yù)估就是按系統(tǒng)總誤差限定值對組成系統(tǒng)單元模塊進行誤差分配?；舅季w是誤差預(yù)分配、綜合調(diào)整、再分配再綜合，直至選定單元模塊靜態(tài)性能滿足系統(tǒng)靜態(tài)性能要求。智能傳感器及系統(tǒng)集成第51頁二、測試系統(tǒng)集成設(shè)計舉例題目：電阻傳感器稱重測試系統(tǒng)設(shè)計要求：測量范圍：0~10t；分辨力：0.01t；測量不確定度：1.5%；工作溫度：0~50℃。1、系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)依據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖所表示。

智能傳感器及系統(tǒng)集成第52頁2、稱重傳感器選擇

橋式稱重傳感器是利用電阻應(yīng)變原理組成一個高精度力電轉(zhuǎn)換元件，彈性體采取橋式結(jié)構(gòu)。它由4片電阻應(yīng)變計組成惠斯登電橋，如圖所表示。當傳感器受到外力作用時，彈性體產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變計阻值發(fā)生改變．使橋路失去平衡，在外界供橋電源作用下，電橋輸出一下平衡直流電壓信號，該信號大小與傳感器所受外力大小成正比，據(jù)此可測定外載荷大小。智能傳感器及系統(tǒng)集成第53頁CZLYB-11型橋式稱重傳感器主要技術(shù)指標如表所表示智能傳感器及系統(tǒng)集成第54頁3、A／D轉(zhuǎn)換器位數(shù)n確實定

從設(shè)計要求中獲知，該系統(tǒng)測量范圍0~10t、分辨力0.01t，所以系統(tǒng)最大量化值Dm為：Dm=滿量程值/分辨率＝10/0.01＝1000故最少選擇10位A/D，本系統(tǒng)選TCL1549。TCL1549是TI企業(yè)生產(chǎn)10位逐次迫近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，含有自動采樣保持、串行接口功效，滿度輸入電壓隨基準電壓VH而改變。這里VH

=5v。智能傳感器及系統(tǒng)集成第55頁4、放大器選擇或設(shè)計

稱重傳感器輸出信號特點是“浮地”，所以放大器必須采取雙端輸入差動放大器。放大器增益可依據(jù)稱重傳感器輸出靈敏度、A/D轉(zhuǎn)換器最大輸入電壓確定。

由表可知，稱重傳感器輸出靈敏度為2mv／v，意指在額定載荷、橋路電壓為1V時，橋路輸出為2mv。本系統(tǒng)選額定載荷10t，橋路電壓取12v，傳感器輸出靈敏度S1為：智能傳感器及系統(tǒng)集成第56頁A／D轉(zhuǎn)換器滿度輸入電壓為5V，則量化值Q為當載荷為W=0.01t時，橋路輸出電壓為現(xiàn)選擇AD627測量放大器作為本系統(tǒng)放大器步驟。

智能傳感器及系統(tǒng)集成第57頁AD627是美國ADI企業(yè)生產(chǎn)精密儀器放大器之一。參考電路如圖所表示。其增益G=5＋200/RG，改變RG可調(diào)整增益。當選擇RG

=910+（0~200）Ω，增益變比范圍為185~225，可滿足設(shè)計要求。另外，考慮到A/D轉(zhuǎn)換器最大輸入電壓VH

=5v，當最大載荷W=10t時，橋路輸出電壓為：

于是，AD627最大增益

智能傳感器及系統(tǒng)集成第58頁AD627管腳示意圖智能傳感器及系統(tǒng)集成第59頁AD627主要技術(shù)參數(shù)見下表

智能傳感器及系統(tǒng)集成第60頁

5、測量不確定度預(yù)估（1）測量不確定度預(yù)估數(shù)學模型當被測重物重量W對應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器量化值為D，依據(jù)基本結(jié)構(gòu)，可得重量W與量化值D關(guān)系為于是可得數(shù)學模型

式中，S1、S2、S3分別為傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器靈敏度智能傳感器及系統(tǒng)集成第61頁

（2）分項測量不確定度預(yù)估W分項測量不確定度包含4項，即測量不確定度U(S1)、U（S2）、U（S3）和U（D），下面分別計算。

①測量不確定度u(S1)計算

由表可知，影響測量不確定度u(S1)原因以下。

由靈敏度改變0.004/2時，引發(fā)標準不確定度非線性引發(fā)標準不確定度

重復(fù)性引發(fā)標準不確定度智能傳感器及系統(tǒng)集成第62頁當環(huán)境改變50℃引發(fā)標準不確定度

橋路電壓改變引發(fā)標準不確定度

S1測量不確定度U(S1)為這里沒有考慮”零點輸出”引發(fā)不確定度，是因為零點輸出是恒定系統(tǒng)誤差，可經(jīng)過硬件或軟件消除，假如軟件中有非線性校正功效，非線性誤差引發(fā)測量不確定度也可不考慮．本例不考慮非線性校正。

智能傳感器及系統(tǒng)集成第63頁

②測量不確定度U(S2)計算。

依據(jù)表，S2測量不確定度分量以下

本例中，增益為203，所以增益誤差取0.2％，引發(fā)標準不確定度為

注意，上述增益誤差未計入RG阻值波動而產(chǎn)生增益誤差。

非線性引發(fā)標準不確定度

當溫度在25±25℃范圍改變時引發(fā)標準不確定度智能傳感器及系統(tǒng)集成第64頁S2測量不確定度為U(S2)另外，共模電壓也會引發(fā)測量誤差。稱重傳感器電路是橋式結(jié)構(gòu)，其共模輸出電壓為因為AD627共模抑制比CMRR=90dB,即有

式中，ΔU為Um在放大器輸出端引發(fā)誤差電壓，于是

所以系統(tǒng)選取10位A/D，量化單位遠小于Q二分之一，故屬于微小誤差．可忽略不計。智能傳感器及系統(tǒng)集成第65頁③S3測量確實定度U(S3)計算

S3是A/D轉(zhuǎn)換器靈敏度，其表示式為

式中，Vref是A/D轉(zhuǎn)換器基準電壓。本系統(tǒng)選取REF02電壓基準。REF02是BURRR—BROWN企業(yè)生產(chǎn)集成精密電壓基準，主要技術(shù)參數(shù)如表所表示智能傳感器及系統(tǒng)集成第66頁S3不確定度取決于Vref不確定度，而Vref不確定度主要有兩個分量，即輸出電壓隨溫度改變引發(fā)分量和基準輸入電壓改變引發(fā)分量。基準輸入電壓為電源電壓，普通不會超出±1V，引發(fā)輸出電壓改變由電壓調(diào)整率決定。輸出電壓隨溫度改變引發(fā)標準不確定度當電源電壓改變±1V時引發(fā)標準不確定度

于是，S3測量不確定度U(S3)為

智能傳感器及系統(tǒng)集成第67頁

④

A/D轉(zhuǎn)換器輸出量D（量化數(shù)字值）測量不確定度U（D）計算在未給出A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度情況下，其測量不確定度主要由量化誤差計算引發(fā)標準不確定度

智能傳感器及系統(tǒng)集成第68頁（3）W合成測量不確定度預(yù)估依據(jù)測量不確度預(yù)估數(shù)學模型式，W合成測量不確定度為UC（W）（4）W擴展測量不確定度預(yù)估W擴展測量不確定度U（W）等于合成測量不確定度乘以覆蓋因子(這里取)，即W擴展測量不確定度為1.1%，小于1.5%設(shè)計要求，所以設(shè)計系統(tǒng)符合要求。

智能傳感器及系統(tǒng)集成第69頁智能傳感器發(fā)展趨勢一、利用新型材料研制基本傳感器材料包含硅、功效陶瓷、石英、記憶合金等。二、利用新加工技術(shù)主要指微加工技術(shù)。三、采取新測量原理和方法包含光纖傳感、化學傳感和生物傳感等新信息起源。智能傳感器及系統(tǒng)集成第70頁1、不是井里沒有水，而是你挖不夠深。不是成功來得慢，而是你努力不夠多。

2、孤獨一人時間使自己變得優(yōu)異，給來人一個驚喜，也給自己一個好交代。

3、命運給你一個比他人低起點是想告訴你，讓你用你一生去奮斗出一個絕地還擊故事，所以有什么理由不努力!

4、心中沒有過分貪求，自然苦就少?？诶锊徽f多出話，自然禍就少。腹內(nèi)食物能降低，自然病就少。思緒中沒有過分欲，自然憂就少。大悲是無淚，一樣大悟無言。緣來盡可能要惜，緣盡就放。人生原來就空，對人