智能壓力傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳俞霖

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的不斷突破和革新，傳感器信息技術(shù)也從過(guò)去單一的信息傳感功能向著微型智能方向發(fā)展。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，所有電子設(shè)備都需要傳感器作為系統(tǒng)前端，幫助工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行精準(zhǔn)定位。因此，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中需要智能化壓力傳感器構(gòu)成的信息監(jiān)控系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了智能壓力傳感器系統(tǒng)的原理，通過(guò)分析傳感器系統(tǒng)理論從壓力傳感器的智能功能、相關(guān)功能驅(qū)動(dòng)以及傳感器硬件等方面對(duì)智能壓力傳感器系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，基于壓力傳感器中的直流電壓與差動(dòng)電容的線性關(guān)系綜合分析了智能壓力傳感器的典型仿真實(shí)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】智能壓力傳感器 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 仿真實(shí)驗(yàn)

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的壓力傳感器已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求。新一代傳感器既需要具備傳感功能和運(yùn)算功能，也需要能與其他設(shè)備一起共同組成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)分布式信息處理技術(shù)充分發(fā)揮傳感器性能，在監(jiān)測(cè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)采集的信息進(jìn)行處理并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺(tái)，保障工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的可靠進(jìn)行。因此，智能壓力傳感器系統(tǒng)具備上述優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)電子設(shè)備中。目前，智能壓力傳感系統(tǒng)正不斷通過(guò)完善配套智能化驅(qū)動(dòng)，針對(duì)傳感器進(jìn)行各類修正、自動(dòng)校準(zhǔn)等處理，使傳感器具有更高的智能化。

1 傳感器工藝過(guò)程

壓力傳感器由于功能和原理不同因而傳感器種類較多，其中智能式壓力傳感器是基于電子壓阻效應(yīng)以及微電子技術(shù)制造而成，通過(guò)智能化驅(qū)動(dòng)軟件對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修正、自動(dòng)校準(zhǔn)等數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。智能壓力傳感器不僅具有良好的數(shù)據(jù)采集性能，同時(shí)靈敏度較高、自動(dòng)化程度較高。因此，智能壓力傳感器被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)之中，是一種新型物理傳感器。

智能壓力傳感器由于輸出信號(hào)無(wú)法作為A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸入量，所以在采集數(shù)據(jù)前會(huì)通過(guò)傳感器智能驅(qū)動(dòng)軟件對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，將輸出模擬量、輸出數(shù)字量、輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后輸出電壓信號(hào)并通過(guò)模擬轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)由于無(wú)法直接被計(jì)算機(jī)接受、處理，因此轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)后續(xù)智能化軟件進(jìn)行修正、補(bǔ)償處理后經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理并通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

2 智能壓力傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比，由于能夠?qū)鞲性c微型電子元件進(jìn)行集成，具有良好的數(shù)據(jù)采集性能、信號(hào)處理能力并能對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、修正、自檢、計(jì)算等功能。智能壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其中微型機(jī)是智能壓力傳感器的核心，它將對(duì)壓力傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行信息處理與軟件校正。傳感器采集被測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)處理后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，由微型機(jī)處理后經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和記錄。

智能壓力傳感器由于其特殊的結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

（1）智能壓力傳感器具有邏輯判斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的能力，能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行分析、修正，在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的溫度、噪聲等環(huán)境誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高傳感器的精確度；

（2）智能壓力傳感器具有自我校驗(yàn)的功能，可以再開(kāi)機(jī)和運(yùn)行過(guò)程中對(duì)硬件進(jìn)行自檢，故障報(bào)錯(cuò)，降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；

（3）智能壓力傳感器能根據(jù)采集目標(biāo)進(jìn)行自適應(yīng)，根據(jù)被測(cè)物理量進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)能夠通過(guò)微型處理器與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提高了系統(tǒng)整體的性能，便于對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 智能壓力傳感器的典型仿真實(shí)驗(yàn)

智能壓力傳感器的虛擬實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)傳感器的特性進(jìn)行虛擬仿真研究，該類實(shí)驗(yàn)是基于虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)的標(biāo)定壓力傳感器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)仿真軟件構(gòu)建的形象、直觀的交互界面進(jìn)行傳感器性能測(cè)試。

典型的仿真實(shí)驗(yàn)是通過(guò)對(duì)壓力傳感器隔離膜片的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)仿真軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加載荷后進(jìn)行求解。該類壓力傳感器的典型仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)傳感器的性能進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，最終可得到準(zhǔn)確性能的參數(shù)。

4 結(jié)論

隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的高速發(fā)展，各類技術(shù)不斷取得了巨大突破。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，由傳感器構(gòu)成的工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有極大的發(fā)展前景，各種傳感器構(gòu)成的系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療監(jiān)控等領(lǐng)域。新型智能壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比不僅體積小、制造成本低、功耗較小，同時(shí)也具有快速的相應(yīng)能力、高精度的測(cè)量性能。本文針對(duì)智能壓力傳感器系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的論述分析，綜合分析了智能壓力傳感器的典型仿真實(shí)驗(yàn)。最后，總結(jié)了智能壓力傳感器的優(yōu)勢(shì)，以期為今后智能壓力傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定參考。

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作者單位

煙臺(tái)青華中學(xué)高三一班 山東省煙臺(tái)市 264000