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1第1章绪论1.光电传感器的定义及分类2.智能光电传感系统3.光电传感系统的信息处理过程4.光电传感系统的智能化途径21光电传感器的定义及分类1.1光电传感器的定义狭义定义：可将光信号转换为电信号的器件。广义定义：采用光电元件作为检测元件的传感器。将被测量的变化转换为相应的光信号变化；通过光电元件将光信号（红外、可见及紫外光辐射）转换成电信号。由光源、光学通路和光电元件等组成。31光电传感器的定义及分类1.1光电传感器的定义用于检测光量的变化，如光通量、光出射度、发光强度、光亮度、光照度、曝光量等；用于检测可转换成光量变化的其他量，如几何量、力学、电学、磁学、热学等。优势：精度高、响应快、非接触等。41光电传感器的定义及分类1.2光电传感器的分类依据光电传感器的原理，可将其分为内光电效应器件、外光电效应器件两大类型。外光电效应：在光作用下使物体的电子逸出表面的现象（光电管、光电倍增管）。内光电效应：在光作用下能使物体电阻率改变的现象（光敏电阻）。光生伏特效应：在光作用下使物体产生一定方向的电动势的现象（光电池、光敏晶体管）。51光电传感器的定义及分类1.1光电传感器的分类61光电传感器的定义及分类1.2光电传感器的分类另一种分类：单元器件、成像器件。7第1章绪论1.光电传感器的定义及分类2.智能光电传感系统3.光电传感系统的信息处理过程4.光电传感系统的智能化途径82智能光电传感系统后向通道输出的控制信号通过执行机构控制系统的相关环节，如切换光源、光电探测器、目标移动、自动调焦等。辐射源目标中间介质光学系统调制装置精密机械光电传感器前向通道后向通道执行机构92智能光电传感系统监控程序：软件的中心环节。主要接收/分析命令、管理、协调整个程序的运行；中断服务程序（对外接口）：人机交互、对外设响应，以便完成系统的实时处理任务；算法功能模块（对内）：主要实现各类测量、控制算法，完成系统的数据处理及控制任务。2.1光电传感系统的构成软件部分102智能光电传感系统数据处理能力零点校准、非线性校准、误差修正等。利用相关算法对测量数据进行实时处理；2.2智能光电系统的优势自适应能力根据测量环境和被测对象自动修正测量参数。如智能激光干涉仪能跟踪气温、气压及湿度的变化自动修正激光波长，以降低环境因素对测量精度的影响；112智能光电传感系统2.2智能光电系统的优势自诊断能力自动检测、显示系统的工作状态，判定故障点，并提出解决方案；通信能力智能光电系统均提供多种通信的接口，以便实现与其它系统的集成。12第1章绪论1.光电传感器的定义及分类2.智能光电传感系统3.光电传感系统的信息处理过程4.光电传感系统的智能化途径133光电传感器的信息处理过程3.1智能传感器的定义经IEEE（InstituteofElectrical&ElectronicEngineers）（IEEE1451.2）通过的的定义：除产生一个被测量或被控量的正确表示之外，还同时具有变换器（transducer），以用于网络环境的传感器。IEEE通过了用于传感器与微处理器间的通信协议标准，为智能传感器的快速发展奠定了基础。143.2信息流的传输物理领域：信息源、传感器及变换器；逻辑领域：信息处理系统，其逻辑规则由逻辑代码描述；人工智能领域：类似于人类大脑的智能处理。遵循何种法则尚没有完全确定。物理领域[现象]物理状态逻辑领域[代码，信号]逻辑人工智能领域[知识，概念]？151.2信息流的传输智能传感器：把逻辑领域的移到物理领域边缘后的产物，即逻辑领域的部分功能由智能传感器完成。物理领域[现象]物理状态逻辑领域[代码，信号]逻辑人工智能领域[知识，概念]？163光电传感器的信息处理过程3.1层次化结构顶层[知识过程]整体控制中央集中处理中间层[信息过程]信息处理控制传感器信号的融合底层调节与优化底层[信号过程]传感与信号处理[智能传感器]173光电传感器的信息处理过程底层:获取信号，以分布和并行方式进行信号处理。智能传感器：传感与信号处理功能协调一致。（1）实现新的功能（2）增加设计灵活性（3）减少主机负荷中间层：（1）传感信息的融合；（2）调整传感器的参数，以优化系统性能。18重要规则：3.3底层（传感器）的智能化规则改善物理领域中单个传感器的信号选择性；传感器的智能化主要体现在信号处理过程。193.3底层（传感器）的智能化规则传感器的特性补偿（稳态趋进）补偿的作用：对非期望变量的影响加以抑制；可利用传感器对信号和非期望变量（如噪声）具有不同响应特性进行补偿。动态趋进时域过程（图像处理中的均值处理、边缘增强等）频域过程（低通、高通、带通）举例1203.4中间层的智能化规则重要规则提取目标的基本信息将来自多重传感器的信息进行融合处理，作为顶层智能处理的基础。传感信息的融合；调整传感器的参数，以优化系统的性能。213.4中间层的智能化规则光电传感系统的两种接口传感器与信号处理器之间的接口人机接口作用协调人机之间的信息传输，以减少顶层智能处理层的负担；检查逻辑状态，提供非正常状态的报警信息。22第1章绪论1.光电传感器的定义及分类2.智能光电传感系统3.光电传感系统的信息处理过程4.光电传感系统的智能化途径234.1智能合成光电传感器微控制器（MCU,MicroControllerUnits）数字信号处理器（DSP,DigitalSignalProcessor）专用集成电路(ASICs,Application-SpecificIntegratedCircuits)现场可编程逻辑阵列（FPGA,Field-programmableGateArrays）+244光电传感系统的智能化途径与微控制器的合成（智能合成）传感器+微控制器，具有信息处理功能。通过编程改变程序，实现多功能。计算型传感器：通过通信与网络技术实现并行探测。25（1）传感器与MCU的结合MCU包括中央处理单元（CPU）、程序存贮器、数据存贮器、时钟振荡器、I/O接口等。I/O与外设程序存储器CPU数据存储器信号输入信号输出26具有集成结构的压力传感器由微处理器计算输出量，对绝压和温度结果进行数字补偿，可获得0.1%的精度计算机ROM差压绝压温度A/DD/A微处理器校正数据原始数据数据输出27（2）传感器与DSP的结合DSP采用快速存储器设计，大量应用多端口存储器，设置多个存储区域，采用流水线操作，加快指令执行速度。DSP具有专用高精度并行高速硬件乘法器。当两个数相乘，全精度的乘积位数等于两个操作数的位数之和。DSP允许用户保留全精度乘积。DSP芯片配置有专用DSP指令集，其指令系统具有高度并行性、灵活性和较强的间接寻址能力。DSP芯片采用修正的Harvard结构，允许使用寄存器到寄存器操作指令，使得DSP芯片具有较高的存储带宽。284.2智能材料（利用特殊功能的材料）磁致伸缩金属(MagnetostrictiveMetal)：一种同时兼有正、逆磁机械耦合特性的功能材料。当受到外加磁场作用时，便会产生弹性变形；若对其施加作用力，则其形成的磁场将会发生相应的变化。可用来制造微传感器和微致动器。形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy)：将已在高温下定型的合金（如TiNi合金）放置在低温或常温下使其发生塑性形变，当温度升高到相变温度以上时，合金形变消失，恢复到定型时的形状。在恢复过程中合金可以产生与温度呈一定关系的位移或力矩。294.3智能结构（利用功能化的几何结构）通过传感器自身的几何结构设计实现信号处理功能优点：降低软件系统的复杂性提高系统的响应速度30光电传感系统的发展趋势（1）提高系统的智能性计算机（知识）智能性非常状态探测预测能力（没有准确定义模型）智能性非常状态探测预测能力（没有准确定义模型）传感器传感器传感器传感器:+31传感器的未来应用要求（1）非常态探测故障探测及预测。（2）多维探测多参量并行探测，多维空间探测。（3）特殊参量的探测对于生物/动物体所能辨别的量（味觉、嗅觉等）、尚未完全定义清楚的参量的探测。32（1）人类所具有能力探测最复杂的气味（无需定义模型）（2）传感系统需要定义模型存在的困难：参量定义的模糊性，即如何定义目标并且建立精确的模型多重传感知识辨识能力+=多重传感模型匹配智能传感器+=知识处理+传感器的未来应用要求33第1章结束