自补偿和计算功能 多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温 度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本 上解决问题。 而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和 非线性补偿开辟了新的道路。 这样，放宽了传感器加工精密度要求，只要能保证传感器 的重复性好，利用微处理器对测试的信号通过软件计算， 采用多次拟合和插值计算方法对漂移和非线性进行补偿， 从而能获得较精确的测量结果。
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10.5.5 数字滤波技术
数字滤波的常用方法有：
算术平均滤波法


滑动平均滤波法
加权平均滤波法
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10.2.4 集成化智能传感器的几种模式
中级形式/自立形式
中级形式是在组成环节中除敏感单元与信号调理电路外， 必须含有微处理器单元，即一个完整的传感器系统封装 在一个外壳里的形式。
高级形式
高级形式是集成度进一步提高，敏感单元实现多维阵列 化时，同时配备了更强大的信息处理软件，从而具有更 高级的智能化功能的形式。
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10.1.2 智能传感器的功能
智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调 动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来 的。 是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛 刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅 度提高。 概括而言，智能传感器可以实现的功能有：
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10.5 智能传感器的数据处理技术
10.5.1 数据处理包含的内容
10.5.2 标度变换技术
10.5.3 非线性补偿技术
10.5.4 传感器的温度误差补偿 10.5.5 数字滤波技术
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10.5.2 标度变换技术
线性参数的标度变换
非线性参数的标度变换 多项式变换法
第10章 智能传感器
10.1概述 10.2智能传感器实现的途径 10.5智能传感器的数据处理技术
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10.1.1 智能传感器的概念
目前，国际传感器领域已对“Smart Sensor”定义形 成了基本共识，但中文译法尚未形成定论。 但从字面上看，意味着这种传感器具有一定人工智 能，即是使用电路代替一部分脑力劳动。 近年来传感器越来越多地和微处理机相结合，使传 感器不仅有视、嗅、味和听觉的功能，（传感器与 人感官之间的对应关系） 还具有存储、思维和逻辑判断、数据处理、自适应 能力等功能，从而使传感器技术提高到一个新水平。
y=(u-U)tg
(10-15)
式中U是温度直线在坐标上的截距，可用线性插值由输 入的T求得，a是温度直线与纵坐标轴u的夹角。
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10.5.5 数字滤波技术
数字滤波与模拟滤波相比，具有以下优点：
不需增加任何硬设备，只要在程序进入数据处理和控制算法 之前附加一段数字滤波软件即可； 因没有硬设备、传感器精度可以提高，不存在阻抗匹配问题； 数字滤波可以多个通道共用，而模拟滤波则每个通道都要有； 可以对频率很低的信号进行滤波，而模拟滤波受电容器量值 限制，频率不宜太低； 使用灵活方便，可根据需要选择不同的滤波方法和滤波参数。
10.1.3 智能传感器的特点
由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路 都集成到同一芯片上，集成智能传感器的功能有三个 方面的优点： 较高信噪比：传感器的弱信号先经集成电路信号放大 后再远距离传送，就可大大改进信噪比。 改善性能：由于传感器与电路集成于同一芯片上，对 于传感器的零漂、温漂和零位可以通过自校单元定期 自动校准，又可以采用适当的反馈方式改善传感器的 频响。
信息存储和传输 随着全智能集散控制系统（Smart Distributed Control System）的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能， 用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器 关键标志之一。 智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。 如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数 据输出等感器的特点
信号规一化：传感器的模拟信号通过程控放大器进行 规一化，又通过模数转换成数字信号，微处理器按数 字传输的几种形式进行数字规一化，如串行、并行、 频率和脉冲等。
10.2 智能传感器实现的途径
10.2.1 非集成化实现
10.2.2 集成化实现
10.2.3 混合实现
10-14所示
y yi ki x xi
图10-14
y i 1 y i y y i x xi xi 1 xi （10-7）
（10-8）
二次曲线差值法
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10.5.3 非线性补偿技术
二次曲线差值法
若传感器的输入和输出之间的特性曲线的斜率变化很大， 则两插值点之间的曲线将很弯曲，如图10-15所示。这 时若仍采用线性插值法，误差就很大。可以采用二次曲 线插值法，这是通过曲线上的三个点作一抛物线（图中 的实线），用此曲线代替原来的曲线。
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10.1.1 智能传感器的概念
图10-1 智能压力传感器结构图
图10-2 集成一体化的智能传感器
图10-3 智能传感器的组成框图 智能传感器包括传感器的智能化和集成智能传感器。 将传感器和微处理机制作在一起构成智能传感器，
美、英、法、日等国均投入极大力量进行研究。
典型的实例。
自检、自校、自诊断功能 普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时 足够的准确度， 这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验 部门进行。
对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。
采用智能传感器情况则大有改观， 首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件 有无故障。 其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在 EPROM内的计量特性数据进行对比校对。
图10-5 模糊传感器的简单结构示意图
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10.2.3 混合实现
图10-7 在一个封装中可能的混合集成实现方式 在图（a）中，是三块集成化芯片封装在一个外壳里。 在图(b),(c),(d)中，是两块集成化芯片封装在一个外壳 里。 图10-8(a)(c)中的（智能）信号调理电路，具有部分智 能化功能，如自校零、自动进行温度补偿，这是因为 这种电路带有零点校正电路和温度补偿电路才获得了 这种简单的智能化功能的。
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10.5 智能传感器的数据处理技术
传感器的数据输出信号经过A/D转换器转换，所获得的
数字信号一般不能直接输入微处理机供应用程序使用， 还必须根据需要进行加工处理，如标度变换、非线性补 偿、温度补偿、数字滤波等。以上这些处理也称软件处 理。以软件代硬件这也就体现出传感器智能化的优越性 所在。尽可能多的采用软件设计提高传感器的精度、可 靠性和性能价格比，这是设计智能传感器的原则。
利用三个已知点A、B、C的数值求出系数m0、m1、m2 后，存放在相应的内存单元，然后根据某点的x值代入 即可求出被测值y0
图10-15 温度补偿的原理框图
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10.5.3 非线性补偿技术
查表技术
所谓查表技术，就是事先把检测值和被测值按已知 的公式计算出来，或者用测量法事先测量出结果， 然后按一定方法把数据排成表格，存入内存单元， 以后微处理机就根据检测值大小查出被测结果。 查表技术是一种常用的非数值运算方法，可以完成 数据补偿、计算、转换等功能。它具有程序简单、 执行速度快等优点。下面介绍几种常用的查表方法。
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10.2.4 集成化智能传感器的几种模式
若按具有的智能化程度来分类，集成化智能传感器有三 种存在形式:
初级形式
初级形式就是组成环节中没有微处理器单元，只有敏感 单元与（智能）信号调理电路，二者被封装在一个外壳 里。这是智能传感器系统最早出现的商品化形式，也是 最广泛使用的形式，也被称为"初级智能传感器" （SmartSensor）
这种非集成化智能传感器是在现场总线控制系统 发展形势的推动下进一步迅速发展起来的。
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10.2.1 非集成化实现
模糊传感器
近10年来发展极为迅速的模糊传感器也是一种非集 成化的新型智能传感器。 模糊传感器是在经典数值测量的基础上，经过模糊 推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的 形式输出测量结果。 显然，模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语 言符号的产生及其处理。
x--测量值y所对应的A/D转换值。
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10.5.2 标度变换技术
一般情况下，在编写程序时，ym、y0、Nm、
N0都是已知值，因此可以把（10-1）式写
成
y=ao+a1x
(10-2)
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10.5.3 非线性补偿技术
线性插值法
先用实验法测出传感器的输入输出特性曲线，假定如图
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10.5.3 非线性补偿技术
（一）顺序查表法
顺序查表法是按表格的排列顺序，从头开始， 一个一个进行比较，直到找到关键字为止。这 种方法主要适用于无序表的查找。若表格的地 址按一定规律排列且被测量与检测结果的表格 有一定关系时，则可以通过计算求出查表法所 需的地址，然后从相应的内存单元中取出检测 结果。
10.2.4 集成化智能传感器的几种模式
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10.2.1 非集成化实现
非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（采 用非集成化工艺制作的传感器，仅具有获取信号 的功能）、信号调理电路、带数字总线接口的微 处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系 统。其框图如图10-4所示。 图10-4 非集成式智能传感器外壳