第四節(jié) )智能傳感器
近年來，由于航空發(fā)動機瞬態(tài)過程研究的深入，瞬態(tài)溫度、壓力和應變的傳感器獲得很大發(fā)展，一種雙線動態(tài)溫度傳感器可以裝在渦輪 3級導向葉片中，用以測量燃燒室出口的快速溫度脈動，其測量誤差小于 ,+。光學高溫計、光纖高溫測量技術，使高溫測量進入了
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一個新階段。高性能、高靈敏度、高精度、高可靠性、適應各種環(huán)境的傳感器的開發(fā)是當今傳感技術的發(fā)展趨勢之一。傳感器的另一發(fā)展趨勢是與微處理機結(jié)合，即是傳感器的智能化，這不僅可進一步提高傳感器的測量性能，而且能擴展其功能，使其更加適應測量和控制自動化的要求。
智能傳感器是一種帶處理器的具有檢測功能和信息處理功能的傳感器，它又是傳統(tǒng)傳感器技術與大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術相結(jié)合的產(chǎn)物。智能傳感器在航空發(fā)動機試驗和測試中可以進行高度復雜的測量和控制，這必將促進發(fā)動機試驗技術的發(fā)展。
一、智能傳感器工作原理和功能
圖 " 示出智能傳感器的原理框圖。由于帶有微處理器，所以除具有一般常規(guī)傳感器的功能外，還具有如下所述的新功能。自補償功能，如非線性、溫度誤差、響應時間、噪聲、交叉感應以及慢漂移等的補償。
"自診斷功能，如在接通電源時進行自檢，在工作時實現(xiàn)運行檢查、診斷測試，以確定哪一個組件有故障等。
雙向數(shù)字通信的功能，微處理器和主傳感
器具有雙向數(shù)字通信功能。 遠程控制和設定量程的功能。 %數(shù)據(jù)存儲和記憶的功能。 &數(shù)字量輸出。由于具有自補償能力和自診
斷能力，因此其精度、穩(wěn)定性、重復性和可靠性都
將得到提高和改善；由于具有雙向數(shù)字通信和遠程設定的能力，因此在控制室就重新設定傳感器的量程組態(tài)，而傳感器又可反饋信息給控制室；由于具有存儲和記憶功能，所以可以儲存已有的各種信息。
智能傳感器包括兩部分：主傳感器部分和其變送器部分，如圖 % " ’所示。主傳感器執(zhí)行下列三種基本功能：
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用相應的傳感器測量各種被測參數(shù)；

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傳感器的識別特征，并存儲于可編程的只讀存儲器中；

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將傳感器計量特性存儲在同一存儲器中，以便于校準計算。
變送器部分完成下列三種基本功能：

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為所有器件提供相應的電源；

•用微處理器計算上述對應的存儲器中的被測量，并校正傳感器敏感的非被測量（寄生的）；
•通信網(wǎng)絡以數(shù)字形式傳輸數(shù)據(jù)，并接收指令或數(shù)據(jù)。此外，智能傳感器還可以作為分布式處理系統(tǒng)的組成部分，受中央計算機控制。 (主傳感器智能傳感器中的主傳感器是應用于各個技術領域的不同類型的傳感器。適用于和微
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圖 % " &智能傳感器原理框圖
 

圖  " "%&智能傳感器功能構(gòu)造簡圖
處理器控制系統(tǒng)配套的傳感器應作為重點發(fā)展和選用。主要有上述的諧振式傳感器、由硅或石英刻蝕成形的微電子學傳感器。這些新傳感器的設計方法、材料和制造工藝、結(jié)構(gòu)形式及其性能都比傳統(tǒng)的模擬式傳感器先進。硅材料的許多物理效應適合制作多種傳感器，又易于和硅集成電路單片集成，便于傳感器和信號處理接口。因此，硅材料適合于制作智能傳感器。
’(智能傳感器中的軟件技術
智能傳感器具有很強的實時處理功能，特別適合于動態(tài)測量時要求在幾微秒內(nèi)完成數(shù)據(jù)的采樣處理、計數(shù)與輸出的情況。智能傳感器的性能優(yōu)劣受軟件設計控制。其軟件設計主要包括：
（）標度轉(zhuǎn)換即是把被測信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字后再轉(zhuǎn)換成工程值，如壓力、溫度和流量等，在轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)據(jù)后才能運算、顯示和打印輸出。（’）數(shù)字調(diào)零即是采用各種程序?qū)崿F(xiàn)偏差（零點偏移、增益偏差和器件參數(shù)不穩(wěn)定）校準，或進行漂移和增益偏差的自動校正。自動校正可以在系統(tǒng)開機或每隔一定時間自動測量基準參數(shù)。（)）非線性補償即是對傳感器的輸入輸出的非線性進行補償和校正，以提高系統(tǒng)和精確度。以微處理 •’•
 
器進行非線性補償常采用插值方法，只要插值點數(shù)足夠多，就可獲得滿意的線性度。（）溫度補償即是精確地建立溫度誤差的數(shù)學模型，以補償檢測系統(tǒng)中由于環(huán)境溫度變化帶來的誤差。（"）數(shù)字濾波即是為了進行精確測量和控制，通過數(shù)字濾波消除被測信號中的噪聲和干擾，一般采用較簡單的軟件數(shù)字濾波方法可以有效地消除隨機干擾。
二、典型智能傳感器
智能光電壓力傳感器提供參考信號基準的光敏二極管和提供被測壓力信號的光敏二極管制作在同一芯片上，因而受溫度和老化變化的影響相同，可以消除溫漂和老化帶來的影響。
感壓膜片所給出的電壓信號 %&和參考電壓信號 %’通過一比例積分式 ()*變換器提供數(shù)字輸出。由微處理器校正二極管的非線性、膜片的非線性。標定時，這些非線性特性存人 +’,-（可編程序的只讀存取器）中并進行編程，在測量時即可通過微處理器作非線性校正。這種智能傳感器引用了微處理技術，其綜合精度一般優(yōu)于 . /，重復性為 . .."/，可輸出模擬信號和數(shù)字信號。
0智能差壓傳感器
傳感器采用擴散硅力敏元件，即在同一單晶硅芯片上擴散有可測壓差、靜壓和溫度的多功能傳感器。該傳感器輸出的壓差、靜壓和溫度三個信號在 ()*轉(zhuǎn)換器內(nèi)經(jīng)前置放大器放大后，將數(shù)字信號送人微處理器，并進行溫度、壓力特性補償，而待補償?shù)拿總�傳感器的固有特性存在 +’,-中并進行編程。經(jīng)處理后的數(shù)字信號再經(jīng) *)(變換成  1 0.2(的標準信號輸出。
該傳感器量程比可達 ..：；精度優(yōu)于 . /34；具有遠程診斷功能，在控制室可設定量程比，選擇輸出方式，調(diào)整阻尼時間和零點調(diào)整；在現(xiàn)場通信器上可以調(diào)整變送器的流程位置、編號和測壓范圍，并且具有良好的溫度和非線性補償。
5其他智能傳感器
智能位移傳感器（ *67 8），它是一種位移測量儀，量程土 2% 1 9.2%，精度為 . / 34、. 5/ 34、: "/34，其功能有自校零，可設定巡檢時間，可進行打印、繪圖以及磁帶記錄， 50通道模人可任意組合。
　
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