智能化压力传感器的设计开题报告

本科生毕业设计（论文）开题报告题目：智能化压力传感器的设计

学院：环境与化学工程学院系化工系

专业：测控技术与仪器

班级：

学号：

姓名：

指导教师：刘诚

填表日期：年月日

一、选题的依据及意义

随着计算机技术和传感器技术的发展，两者的结合也愈来愈紧密，智能化传感器作为两者结合的新兴的研究方向，越来和越受到更多人的关注。近年来，虽然取得了一定的研究和开发成果，但是实际的需求还远远得不到满足。压力测控系统正急需发展，已经开发和使用的压力传感器在无法满足需求，智能化的压力传感器系统，即将信息采集、信息处理和数字通信功能集于一身，能自主管理的开发和使用具有巨大意义。

此次选题是打算对智能压力传感器系统理论及其压力测量方面的应用进行深入研究，提出对智能压力传感器的设计开发和设计。利用集成程度高，功能强大的新型微处理器控制压力传感器，微处理器内部集成大量模拟和数字外围模块，会具有很强大的数据处理能力。

此次论文将在对智能压力传感器系统的智能化功能深入研究的基础上，设计了较为完善的智能化软件，实现了自动增益控制、温度补偿、自动校准、总线数字通讯等多种智能化特性，使传感器具有较高的智能化程度。提出了利用传感元件自身特性实现温度补偿的算法以及对系统非线性补偿的算法。并对传感器系统进行了较全面的抗干扰和系统故障自诊断设计，保证了系统的稳定性和可靠性。提出一种带有程序判断的智能数字滤波算法，它既具有较好的平滑能力，又具有较快的响应速度。

本系统在软件上运用C语言编程，系统采用与PC机通信，完成数据转换、数据处理以及实时数据显示等功能，便于实现系统集中监控。

本研究设计的智能压力传感器系统具有体积小、成本低、可靠性好、响应速度快、智能化程度高等特点，通过仿真对软、硬件进行了充分的调试，效果良好，在众多压力测控系统中有着广阔的应用前景。

二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）

传感器技术是现代测量和自动化技术的重要技术之一。从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开传感器。在工业、农业、国防、科技等各个领域，传感器技术都得到了广泛的应用，并展现出极其广阔的前景。因此。许多国家对传感器技术的发展十分重视。例如在日本传感器技术被列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导和传感器)之一⋯“，并且是将传感器列为十大技术之首；美国将90年代看作是传感器时代，将传感器技术列为90年代22项关键技术之一”“。我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就“⋯。目前，在“科学技术就是第一生产力”的思想指引下，各项科学技术取得了突飞猛进的发展，传感器技术也越来越受到各方面的重视，虽然在某些方面已赶上或者接近世晃先进水平。但是从总体来看，与国外传感器技术的发展相比，我国对传感器技术的研究和生产还比较落后，现正处于方兴未艾的阶段。

据了解，1994年世界传感器市场总的交易额高达260亿美元，并且在2000年以的前，世界传感器市场规模年增幅为7％以上，其中高档的传感器增幅可达18％以上，而那些采用微机械加工技术和微系统技术等高新技术制造的各类型新型智能传感器．其年增长率可达30％以上。从市场销售情况来看，压力传感器占第一位。利用硅材料制作的半导体传感器除具有固体传感器的一般优点以外，还可以把一些集成电路与传感器制作在一起从而构成集成化传感器。集成电路部分若制作了微处理机，则形成智能化传感器。到目前为止，高精确度、高可靠性、小型化、低成本的智能传感器已成为世界传感器市场的主流。

进入90年代，发达国家对传感器在信息社会中的作用有了新的认识和评价，我国的八六三科技攻关计划中也将传感器的研究放在重要位景上。尽管我国经济还比较落后，但国家每年还要拿出大量的资金来对传感器进行研究。目前我国从事传感器生产的厂家有1300家，所生产的产品种类有300余种，产量1亿多只。由于众多厂家规模小、设备落后、国家投入的资金不足而且比较分散，因而与世界上大的传感器厂无法抗衡，科研水平也落后国外5～10年，而生产技术水平落后国外10～20年，与世界上传感器更新换代的速度相比，落后几个周期。从而导致品种不全，产量过低，仅满足国内需求的20％～30％。据市场调查，90年代我国电子系统共需各类传感器140万件，化工80万件，钢铁130万件，能源管理与炉窑控制需要4000万件，汽车行业需要4400万件，机床行业需1500万件，文化办公机械需200万件，各类仪器仪表所配用的传感器约需3亿件。虽说我国传感器技术与发达国家传感器技术相比还比较落后，但并不是说我国的传感器特性都不如国外的好。综合近期发表的文献，国产半导体压力传感器的特性参数有所提高，以矩形双岛膜结构的6000Pa量程微压传感器特性为例，非线性为5×10-4FS(满量程)滞后，重复性均小于5×104FS，分辨率优于20Pa，过压保护范围大于20倍量程。对量程为100kPa的压力传感器，非线性、滞后、重复性均优于5×10印s。硅一兰宝石、高温硅压力传感器的工作温度分别达到一50～300℃和0～400℃。压敏器件的可靠性MTTF已达到较好水平。元器件的品种增多，测压范围已拓展，已有微压、表压、高压、绝对压力、差压等力敏元件及其配套仪表问世。

三、本课题研究内容

本文在对传统的压力传感器结构及性能、智能压力传感器系统的理论及应用进行研究的基础上，设计了一种具有体积小、成本低、寿命长、量程范围大、反应速度快、智能化程度较高等特点的智能压力传感器。

主要内容如下：

1、在对传统压力传感器作了综述的基础上，对智能压力传感器系统的类型、功能以及特点进行了全面的阐述；简明阐述了智能压力传感器的研究现状及发展趋势。

2、介绍了系统构成及本系统的特点和程序软件开发平台。

3、进行了较完善的系统硬件设计。采用高性能、低价格、小体积的微处理器进行控制并实现智能化信息处理与自我管理：小体积器件使电路板尺寸很小，并与传感元件一体化设计，从而使整个系统具有体积小、成本低的特点，抗干扰能力也较强。在硬件设计中，配置了485总线通讯接口为传感器的多功能智能化奠定了基础。

4、在对智能传感器系统的智能化功能深入研究的基础上，设计了较为完善的智能化软件。提出了利用传感元件自身温度特性由软件实现温度补偿和非线性补偿的算法，以克服交叉灵敏度并节省另用温度传感器的成本投入。

5、对传感器系统进行了较全面的抗干扰和系统白诊断设计，保证了系统的稳定性和可靠性。提出一种智能滤波算法，在获得较好的滤波效果的同时，提高了响应的快速性。

四、本课题研究方案

1、结构设计

本文设计的传感器提供了一种精确测量压力的系统方法，他将三种技术融为一体：硅压阻传感元件、微型计算机和信号处理。它可提供温度补偿和非线性度补偿，并且每台传感器同时具有数字信号输出和模拟信号输出。根据设计要求，