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第14章现代检测新技术14.1微型传感器14.1.1微电子机械系统(MEMS)一、微电子机械系统(MEMS)微电子机械系统(MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，包括接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，具有小型化、集成化的特点。二、微电子机械加工技术机械加工技术——将机械系统与传感器电路制作于同一芯片上构成一体化的微电子机械系统的技术。其中的关键在于微机械加工技术。14.1.2微型传感器（MEMS传感器）一、定义利用MEMS加工技术制备的传感器称为MEMS传感器或微型传感器。二、优点体积小（其中敏感元件一般是微米级）重量轻（几十克乃至几克）功耗低（毫瓦乃至更低）易构成大规模和多功能传感器阵列易于实现大批量和高精度生产，单件制造成本低因此微型传感器将是21世纪传感器的主流。14.2智能传感器和网络化传感器14.2.1智能传感器一、智能传感器的定义——就是带微处理器的传感器二、智能传感器的功能1、具有自校准和故障自诊断功能。2、具有数据存储、逻辑判断和信息处理功能。3、具有组态功能。4、具有双向通信功能。三、智能传感器的特点1、精度高2、可靠性与稳定性好3、信噪比高、分辨力强4、适应性强5、性价比高四、智能传感器的结构1、非集成化结构2、集成化结构3、混合实现结构14.2.3网络传感器一、传统传感器的缺点：1、传感器多时，引线就多。2、传感器远时，长线传输会带来干扰，引入误差、降低精度3、传感器采用模拟信号形式不能与数字系统直接配接。二、网络化传感器1、定义——由智能传感器配接网络接口构成的传感器2、结构：3、类型：有线网络化传感器无线网络化传感器。4、特点：除具有传感器的检测、转换功能外，还具有和计算机网络交互作用能力14.3物联网传感器技术14.3.1物联网的概念一、物联网的定义——“物物相连的互联网”二、物联网的体系结构：1、感知层2、网络层3、应用层14.3.2传感网技术一、物联网的关键技术射频识别、传感网技术、M2M技术、云计算和中间件技术。二、传感网——无线传感器网（物联网的底层和信息来源）三、无线传感器网络结构三、无线传感器网络结构1、传感器节点(sensornode)2、汇聚节点(sinknode)3、管理节点图14-3-3传感器节点结构1、传感器节点(sensornode)——图14-3-32、汇聚节点(sinknode)3、管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。14.3.3物联网的应用领域1、工业领域2、农业领域3、智能电网领域4、智能家居领域5、医疗领域6、智能交通领域7、环境监测领域8、智能物流领域14.4虚拟仪器14.4.1虚拟仪器的概念一、测量仪器发展的四个阶段1、模拟仪器――借助表头指针来显示测量结果2、数字仪器――以数字方式显示测量结果3、智能仪器――内置微处理器，既能进行自动测量又具有一定的数据处理功能4、虚拟仪器――用计算机软件和仪器软面板实现仪器的测量和控制功能。二、虚拟仪器与传统仪器的比较14.4.2虚拟仪器的组成特点一、虚拟仪器最基本的组成模块输入模块、输出模块、数据处理模块二、虚拟仪器的组成特点仪器功能软件化、软件和硬件功能模块化、软件和硬件功能的分层结构：14-4-1虚拟仪器的分层结构14.5软测量技术14.5.1软测量技术的概念测量与无法直接测量的待测变量相关的一组可测变量依据可测变量与待测变量之间的关系建立数学模型计算机进行模型的数值运算，从而得到待测变量的估计值。14.5.2软测量技术的实现方法一、辅助变量的选择辅助变量的选择包括变量的类型、数目和测点位置等三个相互关联的方面。辅助变量的选择要基于对对象的机理分析和实际工况的了解。二、测量数据的处理1、测量误差处理2、测量数据变换三、软测量模型的建模――是软测量的的核心问题四、软测量模型的校正1、软测量模型结构优化2、模型参数修正14.6多传感器数据融合14.6.1多传感器数据融合的概念及优点一、多传感器数据融合的概念“多传感器数据融合”是将来自多传感器或信息源的信息和数据，模仿人类专家的综合信息处理能力进行智能化处理，从而获得更为广泛全面准确可信的结论。二、多传感器数据融合的优点(1)增加检测的可信度。(2)降低不确定度。(3)改善信噪比，增加测量精度。(4)增加系统的互补性。(5)增加对被检测量的时间和空间覆盖程度。(6)降低成本。14.6.2基本原理及融合过程一、基本原理充分利用多传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多传感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则来进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述，使该传感器系统所提供的信息比它的各组成部分子集单独提供的信息更有优越性。二、数据融合的过程