第四节 )智能传感器
近年来，由于航空发动机瞬态过程研究的深入，瞬态温度、压力和应变的传感器获得很大发展，一种双线动态温度传感器可以装在涡轮 3级导向叶片中，用以测量燃烧室出口的快速温度脉动，其测量误差小于 ,+。光学高温计、光纤高温测量技术，使高温测量进入了
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一个新阶段。高性能、高灵敏度、高精度、高可靠性、适应各种环境的传感器的开发是当今传感技术的发展趋势之一。传感器的另一发展趋势是与微处理机结合，即是传感器的智能化，这不仅可进一步提高传感器的测量性能，而且能扩展其功能，使其更加适应测量和控制自动化的要求。
智能传感器是一种带处理器的具有检测功能和信息处理功能的传感器，它又是传统传感器技术与大规模、超大规模集成电路技术相结合的产物。智能传感器在航空发动机试验和测试中可以进行高度复杂的测量和控制，这必将促进发动机试验技术的发展。
一、智能传感器工作原理和功能
图 " 示出智能传感器的原理框图。由于带有微处理器，所以除具有一般常规传感器的功能外，还具有如下所述的新功能。自补偿功能，如非线性、温度误差、响应时间、噪声、交叉感应以及慢漂移等的补偿。
"自诊断功能，如在接通电源时进行自检，在工作时实现运行检查、诊断测试，以确定哪一个组件有故障等。
双向数字通信的功能，微处理器和主传感
器具有双向数字通信功能。 远程控制和设定量程的功能。 %数据存储和记忆的功能。 &数字量输出。由于具有自补偿能力和自诊
断能力，因此其精度、稳定性、重复性和可靠性都
将得到提高和改善；由于具有双向数字通信和远程设定的能力，因此在控制室就重新设定传感器的量程组态，而传感器又可反馈信息给控制室；由于具有存储和记忆功能，所以可以储存已有的各种信息。
智能传感器包括两部分：主传感器部分和其变送器部分，如图 % " ’所示。主传感器执行下列三种基本功能：
•
用相应的传感器测量各种被测参数；
•
传感器的识别特征，并存储于可编程的只读存储器中；
•
将传感器计量特性存储在同一存储器中，以便于校准计算。
变送器部分完成下列三种基本功能：
•
为所有器件提供相应的电源；
•用微处理器计算上述对应的存储器中的被测量，并校正传感器敏感的非被测量（寄生的）；
•通信网络以数字形式传输数据，并接收指令或数据。此外，智能传感器还可以作为分布式处理系统的组成部分，受中央计算机控制。 (主传感器智能传感器中的主传感器是应用于各个技术领域的不同类型的传感器。适用于和微
•)%"•
图 % " &智能传感器原理框图
图 " "%&智能传感器功能构造简图
处理器控制系统配套的传感器应作为重点发展和选用。主要有上述的谐振式传感器、由硅或石英刻蚀成形的微电子学传感器。这些新传感器的设计方法、材料和制造工艺、结构形式及其性能都比传统的模拟式传感器先进。硅材料的许多物理效应适合制作多种传感器，又易于和硅集成电路单片集成，便于传感器和信号处理接口。因此，硅材料适合于制作智能传感器。
’(智能传感器中的软件技术
智能传感器具有很强的实时处理功能，特别适合于动态测量时要求在几微秒内完成数据的采样处理、计数与输出的情况。智能传感器的性能优劣受软件设计控制。其软件设计主要包括：
（）标度转换即是把被测信号转换成数字后再转换成工程值，如压力、温度和流量等，在转换成带有量纲的数据后才能运算、显示和打印输出。（’）数字调零即是采用各种程序实现偏差（零点偏移、增益偏差和器件参数不稳定）校准，或进行漂移和增益偏差的自动校正。自动校正可以在系统开机或每隔一定时间自动测量基准参数。（)）非线性补偿即是对传感器的输入输出的非线性进行补偿和校正，以提高系统和精确度。以微处理 •’•
器进行非线性补偿常采用插值方法，只要插值点数足够多，就可获得满意的线性度。（）温度补偿即是精确地建立温度误差的数学模型，以补偿检测系统中由于环境温度变化带来的误差。（"）数字滤波即是为了进行精确测量和控制，通过数字滤波消除被测信号中的噪声和干扰，一般采用较简单的软件数字滤波方法可以有效地消除随机干扰。
二、典型智能传感器
智能光电压力传感器提供参考信号基准的光敏二极管和提供被测压力信号的光敏二极管制作在同一芯片上，因而受温度和老化变化的影响相同，可以消除温漂和老化带来的影响。
感压膜片所给出的电压信号 %&和参考电压信号 %’通过一比例积分式 ()*变换器提供数字输出。由微处理器校正二极管的非线性、膜片的非线性。标定时，这些非线性特性存人 +’,-（可编程序的只读存取器）中并进行编程，在测量时即可通过微处理器作非线性校正。这种智能传感器引用了微处理技术，其综合精度一般优于 . /，重复性为 . .."/，可输出模拟信号和数字信号。
0智能差压传感器
传感器采用扩散硅力敏元件，即在同一单晶硅芯片上扩散有可测压差、静压和温度的多功能传感器。该传感器输出的压差、静压和温度三个信号在 ()*转换器内经前置放大器放大后，将数字信号送人微处理器，并进行温度、压力特性补偿，而待补偿的每个传感器的固有特性存在 +’,-中并进行编程。经处理后的数字信号再经 *)(变换成 1 0.2(的标准信号输出。
该传感器量程比可达 ..：；精度优于 . /34；具有远程诊断功能，在控制室可设定量程比，选择输出方式，调整阻尼时间和零点调整；在现场通信器上可以调整变送器的流程位置、编号和测压范围，并且具有良好的温度和非线性补偿。
5其他智能传感器
智能位移传感器（ *67 8），它是一种位移测量仪，量程土 2% 1 9.2%，精度为 . / 34、. 5/ 34、: "/34，其功能有自校零，可设定巡检时间，可进行打印、绘图以及磁带记录， 50通道模人可任意组合。
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