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2. 其它材料 （1）化合物半导体材料 （2）石英晶体材料 （3）功能陶瓷材料 （4）功能高分子材料
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12.1.2微传感器的加工工艺
1.光刻技术 光刻技术是将设计好的图形转换到硅片上的一种技术，是 加工制造半导体集成电路和集成传感器微图形结构的关键技术。
器信息融合系统瞄准未来信息化战场需求，着眼于提高信息采集
和信息融合能力，突破以往多传感平台只限于单平台多传感部件 的概念。
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2. 在民事领域的应用 （1）移动机器人的感知系统
移动机器人的传感器可分为内部传感器和外部传感器。内部
传感主要有里程计、陀螺仪、磁罗盘及光电编码器等。外部传感
1. 信息融合的层次 （1）数据级融合 （2）特征级融合 （3）决策级融合
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2. 信息融合的结构 （1）集中式 （2）分布式 （3）混合式
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12.3.3多传感器信息融合实例
1. 在军事领域的应用
军事应用是多传感器信息融合技术诞生的奠基石。多传感
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2.几种代表性现场总线技术
（1）基金会现场总线（FF）
（2）Lonworks总线
（3）Profibus总线
（4）CAN总线
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3.现场总线的应用实例 传统锅炉运行热效率低，浪费能源，污染环境。锅炉自 动化改造的任务非常迫切，利用现场总线可以使锅炉的控制 达到最佳状态。
5.半导体掺杂
半导体常用的掺杂技术主要有两种，分别为扩散和离子注入。
6. LIGA技术 LIGA是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括 X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。
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12.1.3硅电容式集成压力传感器
图12.1所示为硅电容式集成压力传感器的示意图，图中的 膜片是硅材料的敏感膜片。图12.1是差动输出结构，核心部件 是一个对压力敏感的电容器Cp和固定的参考电容Cref。
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物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖
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第12章 传感器集成化、智能化和网络化
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传感器不仅可以单独使用，还可以构成传感器的网络，传感 器是朝着集成化、智能化和网络化的方向发展。随着物联网时代
测量和控制技术将是一个重大进展。智能传感器代表着传感技术 今后发展的大趋势，这已是全球仪器仪表界共同瞩目的研究内容。
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12.3
多传感器信息融合技术
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12.3.1多传感器信息融合的基本原理
多传感器信息融合是20世纪80年代兴起的技术。多传感器信息
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12.1.4硅微机械三轴加速度传感器
一种硅微机械三轴加速度传感器的外形结构如图12.2（a） 所示，它有四个敏感质量块，采用表面加工和体加工相结合的 加工工艺。质量块连接敏感梁，敏感梁具有非常小的刚度，能 够感知加速度。
主要包括视觉传感器、激光测距传感器、超声波传感器、红外传
感器、接近传感器等。
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（2）移动机器人多传感器信息融合的实现 不同的传感器集成在移动机器人上，构成了多传感器信息融 合的感知系统。多传感器信息融合方法主要包括：加权平均法、
Kalman滤波、Bayes估计、模糊逻辑、神经网络以及基于行为方
随着车的移动始终向着卫星，从而达到稳定接收的目的。
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（1）天线伺服跟踪系统
天线伺服系统的基本工作原理就是根据接收信号的强弱变
化控制俯仰和方位电机转动，从而调整天线的俯仰和方位角度， 使天线达到信号的正常接收。
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融合技术将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组
合处理，在这个过程中要充分利用多源数据，进行合理支配和使 用。信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息， 通过对信息多级别、多方面组合，导出更多有用信息。
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12.3.2多传感器信息融合的层次和结构
法和基于规则方法等。应用这些方法可以进行数据层、特征层以 及决策层的融合，也可以实现测距传感器信息、内部航迹推算系 统信息、全局定位信息之间的信息融合，从而使移动机器人做出 正确的判断与决策。
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12.4
传感器网络化
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12.4.1传感器网络的发展历史
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12.1.1微传感器的材料
1. 半导体硅材料
半导体硅材料不仅是大规模集成电路的支柱，同时也 是传感器使用的主要敏感材料。微传感器采用的硅材料包 括单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅-蓝宝石、碳化硅等。
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（1）单晶硅 单晶硅是硅的单晶体。 （2）多晶硅 多晶硅是许多单晶（晶粒）的聚合物。 （3）非晶硅 非晶硅是单质硅的一种形态。 （4）硅-蓝宝石 硅-蓝宝石材料是一种在蓝宝石衬底上应用外延生长 技术形成的硅薄膜。 （5）碳化硅
（3）软件。
（4）人工智能材料的应用。
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12.2.2智能传感器的构成和实现
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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、信号调理电路、 带数字总线接口的微处理器组合为一个整体，构成一个智能的传 感器系统，其框图如图12.5所示。
以不同的组合方式集成在两或三块芯片上，并装在一个外壳里。
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12.2.3智能传感器的典型实例
1. 光电式智能压力传感器 该传感器使用了一个红外发光二极管和两个光敏二极管， 通过光学方法测量压力敏感元件（膜片）的位移。二极管的非线 性、膜的非线性可由微处理器修正，这就是智能化传感器的设计
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MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的 英文缩写，是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通
讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS的概
念是1980年代出现的，MEMS已从初期的探索和研究阶段，迅速 发展为目前的量产、实用和开辟新应用阶段。
途径。
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2. 智能质量流量传感器系统
3. 智能的天线伺服跟踪系统
当天线用来捕捉天空中微弱的电磁波时，为了提高信号的接 收质量，一些高增益的天线配有天线伺服系统。伺服系统是精确 跟随或复现某个过程的反馈控制系统。例如，车用卫星接收机的 天线有一套伺服跟踪系统，在伺服跟踪系统的控制下天线的朝向
探测周围诸多的环境参数。
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1. 智能微尘的产生 20世纪90年代中期，美国加州大学伯克利分校提出了智能 微尘（Smart Dust）的概念。2001年10月，第二批智能微尘问世。 人们认为，智能微尘的尺寸可以小到1mm以下。
2. 智能微尘的构成
每一粒智能微尘都是由电池、传感器、微处理器、双向无
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12.2
智能传感器
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12.2.1 智能传感器的功能和特点
智能传感器（intelligent sensor或smart sensor）不仅仅是 一个简单的传感器，它带有微处理器，具有采集、处理和交 换信息的能力，是集成化传感器与微处理器相结合的产物。
线电接收装置和软件组成。
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3. 智能微尘的应用 智能微尘监测系统具有获取多方位信息、隐蔽性强、与探 测目标近距离接触等优势，可以部署在战场上。智能微尘还可以 监控病人、小孩或老年人的生活。
采用CAN总线，每个锅炉均有传感器和执行机构，分控
室和中心控制室都有锅炉监控器、仪表和一体化操作站。
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12.4.3智能微尘（Smart Dust）
智能微尘让拥有智能的无线传感器点，可以
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2. 集成化实现 集成化智能传感器是采用微机械加工技术和大规模集成电 路工艺，利用硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路和微 处理器单元，并将它们集成在一块芯片上。
3. 混合实现
智能传感器的混合实现是根据需要，将系统各个集成化环
节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口，
1. 第一代传感器网络
第一代传感器网络出现在20世纪70年代，是由传统的传感 器组成的测控系统，采用点对点传输的接口规范。 2. 第二代传感器网络 第二代传感器网络是基于智能传感器的测控网络。