飛機(jī)智能化傳感器的研究

錢菁華

摘 要 傳感器技術(shù)是獲取飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與趨勢(shì)信息的首要環(huán)節(jié)。文章對(duì)飛機(jī)傳感器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了概要描述，通過(guò)與傳統(tǒng)傳感器的對(duì)比分析，對(duì)智能化傳感器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了分析和探討，并對(duì)大客飛機(jī)可能采取的智能化傳感器技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 智能化傳感器；測(cè)量；微處理器；分布式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0027-02

傳感器技術(shù)是自動(dòng)化信息系統(tǒng)中獲取信息的重要步驟?，F(xiàn)代飛機(jī)上各被測(cè)對(duì)象的測(cè)量就是利用各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)傳感器來(lái)控制飛機(jī)的運(yùn)行。

分布式測(cè)控是目前飛機(jī)研制的重要發(fā)展方向。分布式測(cè)控系統(tǒng)把低級(jí)處理單元下放到現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和作動(dòng)器中，集中處理單元僅僅完成高級(jí)控制邏輯和算法功能，在傳感器和作動(dòng)器中集成微處理器，使之成為智能化傳感器和智能化作動(dòng)器，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線與集中處理單元通訊。用智能化裝置代替集中處理單元實(shí)現(xiàn)激勵(lì)、濾波、A/D、時(shí)間平均、測(cè)量、線性化、溫度補(bǔ)償?shù)纫恍┖?jiǎn)單功能，減輕了電纜的重量。智能化傳感器和智能化執(zhí)行機(jī)構(gòu)以固定的速率通過(guò)數(shù)據(jù)總線向集中處理單元發(fā)送信號(hào)和狀態(tài)信息。

隨著分布式測(cè)控技術(shù)的進(jìn)步，智能化傳感器在我國(guó)新一代飛機(jī)研制中的廣泛應(yīng)用將成為必然趨勢(shì)，因此，有必要對(duì)智能化傳感器進(jìn)行深入研究，為新型飛機(jī)的維護(hù)和測(cè)試做好準(zhǔn)備。

1 智能化傳感器技術(shù)概述

隨著微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代飛機(jī)的傳感器技術(shù)正也越來(lái)越智能化。傳感器的智能化就是微處理器的信息處理能力與獲取信息的能力緊密的結(jié)合，并具有診斷和雙向數(shù)字通信等新功能。

智能化傳感器與傳統(tǒng)傳感器不同，它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，還具有診斷和數(shù)字雙向通信等新功能。

智能化傳感器的主要新功能有。

1）具有自診斷和自補(bǔ)償功能，所以將提高和改善基本傳感器的性能。

2）微處理器和基本傳感器之間的工作模式為閉環(huán)，且具有雙向通信的功能。

3）智能化傳感器有信息存儲(chǔ)和記憶功能，所以該傳感器可以存儲(chǔ)已有的各種信息，如工作日期、校正數(shù)據(jù)等。

4）數(shù)字量輸出或總線式輸出功能。

2 大客飛機(jī)可能采取的智能化傳感器探討

用于處理傳感器信息的軟件能實(shí)現(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能。智能化傳感器工作程序是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.1 光電式智能化壓力傳感器

光電式智能化壓力傳感器原理如圖1所示，使用了一個(gè)紅外發(fā)光二極管和兩個(gè)光敏二極管，通過(guò)光學(xué)方法來(lái)測(cè)量壓力敏感元件（膜片）的位移。

圖1 光電式智能化壓力傳感器原理

提供參考信號(hào)基準(zhǔn)的光敏二極管和提供被測(cè)壓力信號(hào)的光敏二極管制作在同一芯片上，因而受溫度和老化變化的影響相同，可以消除溫漂和老化帶來(lái)的誤差。兩個(gè)二極管受同一光源（發(fā)光二極管）的照射，固定在膜片硬中心上，起窗口作用的遮光板隨著感壓膜片的位移，將遮隔一部分射向測(cè)量二極管的光；而起提供參考信號(hào)作用的二極管則連續(xù)檢測(cè)光源的光強(qiáng)。兩個(gè)電壓信號(hào)Vp和Vref分別由測(cè)量二極管和提供參考基準(zhǔn)的二極管產(chǎn)生，它們分別為：

式中：H—光強(qiáng)度（cd）；C—二極管光敏系數(shù)（V /cd·m2）；Ap—測(cè)量二極管的受光面積（m2）；Aref—參考基準(zhǔn)二極管的受光面積（m2）。

用一個(gè)比例積分式A/D變換器來(lái)獲得僅與二極管照射面積Ap，Aref 以及零位調(diào)整和滿量程調(diào)整給定的轉(zhuǎn)角α，β有關(guān)的數(shù)字輸出。至于二極管和膜片的非線性可由微處理器修正。在標(biāo)定時(shí)，將這些非線性特性存入可編程只讀存儲(chǔ)器中進(jìn)行編程，在測(cè)量時(shí)即可通過(guò)微處理器運(yùn)算實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。

2.2 智能化差壓傳感器

圖2所示為智能化差壓傳感器，由現(xiàn)場(chǎng)通信器、微處理器、基本傳感器組成。硅壓阻力敏元件被該傳感器采用。它具有多種功能，即在同一單晶硅芯片上擴(kuò)散有可測(cè)差壓、靜壓和溫度的多功能傳感器。

圖2 智能化差壓傳感器

該智能化傳感器指標(biāo)的特點(diǎn)是：①量程比高；②精度較高；③具有遠(yuǎn)程診斷功能，如在主控計(jì)算機(jī)中就可斷定是哪一部分發(fā)生了故障；④具有遠(yuǎn)程設(shè)置功能，在主控計(jì)算機(jī)中可選擇輸出方式，調(diào)整阻尼的時(shí)間，審定量程比及零點(diǎn)調(diào)整等；⑤在現(xiàn)場(chǎng)通信器上可調(diào)整智能化傳感器的流程位置、編號(hào)和測(cè)壓量程；⑥具有對(duì)溫度誤差和非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)字補(bǔ)償功能。

2.3 智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)

目前，智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)在先進(jìn)飛機(jī)上應(yīng)用主要為：飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)、滑行中結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)剛度控制、疲勞監(jiān)測(cè)、先進(jìn)隱身性能、敵機(jī)威脅監(jiān)視器等?，F(xiàn)代飛機(jī)和空間飛行器的結(jié)構(gòu)更多地采用復(fù)合材料已成為發(fā)展趨勢(shì)。更引入矚目的是，在復(fù)合材料內(nèi)埋入分布式光纖傳感器（或陣列），像植入人工神經(jīng)元一樣，構(gòu)成智能化結(jié)構(gòu)件；光纖傳感器不僅僅是結(jié)構(gòu)件的組成，還是它的監(jiān)測(cè)部分。所以，自我監(jiān)測(cè)功能就被這種智能化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了。設(shè)法把埋入在結(jié)構(gòu)中的分布式光纖傳感器（或陣列）和機(jī)內(nèi)設(shè)備（特別是計(jì)算機(jī)）聯(lián)網(wǎng)，便構(gòu)成智能化傳感器系統(tǒng)。它們可以連續(xù)地對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、振動(dòng)、溫度、聲、加速度和結(jié)構(gòu)的完好性等多種狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和處理，成為飛機(jī)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它們具體可實(shí)現(xiàn)如下主要功能：①提供飛行前完好性和適航性狀態(tài)報(bào)告；②監(jiān)視飛行載荷和環(huán)境，并能快速作出響應(yīng)；③飛行過(guò)程中結(jié)構(gòu)完好性故障或異常告警；④具有自適應(yīng)能力；⑤能適時(shí)合理地安排飛行后的維護(hù)與檢修。

3 智能化傳感器的發(fā)展前景

目前智能化傳感器多實(shí)用在壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、加速度和流量等傳感器中，并逐漸向化學(xué)、生物、磁和光學(xué)等各類傳感器的應(yīng)用上擴(kuò)展。

智能化傳感器如果是全數(shù)字式的，可以去除掉很多種與模擬的電路相關(guān)的誤差源。比如說(shuō)，A/D和D/A變換器將不會(huì)出現(xiàn)在總的測(cè)量回路中。如此，再配合上相應(yīng)的環(huán)境補(bǔ)償條件，每一個(gè)傳感器的特性都將重復(fù)地得到補(bǔ)償，可獲得的測(cè)量高重復(fù)性是前所未有的，因此測(cè)量的準(zhǔn)確性被很大程度的提高了。這一實(shí)現(xiàn)，對(duì)測(cè)控技術(shù)將是一個(gè)重大進(jìn)展。所以智能化傳感器今后將會(huì)向全數(shù)字化發(fā)展進(jìn)攻。

今后，全部集成在一個(gè)芯片上（或多片模塊上）的傳感器將越來(lái)越多，如微執(zhí)行器、微處理器、微傳感器，它們構(gòu)成的微系統(tǒng)是通過(guò)閉環(huán)工作的。將更高一級(jí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)字式接口相連接，算法運(yùn)用專家系統(tǒng)中得到的，可以對(duì)基本微傳感器部分提供更好的補(bǔ)償和校正。如此的智能化傳感器，功能更強(qiáng)大，精度更準(zhǔn)，可靠性更高，智能化的程度更高，優(yōu)點(diǎn)更多。

智能化傳感器代表著傳感技術(shù)今后發(fā)展的大趨勢(shì)，這已是世界上儀器儀表界共同矚目的研究?jī)?nèi)容。有理由相信：在微機(jī)械加工工藝和微處理器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)下，智能化傳感器亦會(huì)不斷更新，它的更新技術(shù)也必將推動(dòng)測(cè)控技術(shù)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張建民主編.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]黃俊欽，樊尚春，劉廣玉.微機(jī)械傳感器最新發(fā)展[J].航空計(jì)測(cè)技術(shù)，2003（1）：1-8.

[3]樊尚春.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.endprint

摘 要 傳感器技術(shù)是獲取飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與趨勢(shì)信息的首要環(huán)節(jié)。文章對(duì)飛機(jī)傳感器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了概要描述，通過(guò)與傳統(tǒng)傳感器的對(duì)比分析，對(duì)智能化傳感器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了分析和探討，并對(duì)大客飛機(jī)可能采取的智能化傳感器技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 智能化傳感器；測(cè)量；微處理器；分布式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0027-02

傳感器技術(shù)是自動(dòng)化信息系統(tǒng)中獲取信息的重要步驟。現(xiàn)代飛機(jī)上各被測(cè)對(duì)象的測(cè)量就是利用各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)傳感器來(lái)控制飛機(jī)的運(yùn)行。

分布式測(cè)控是目前飛機(jī)研制的重要發(fā)展方向。分布式測(cè)控系統(tǒng)把低級(jí)處理單元下放到現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和作動(dòng)器中，集中處理單元僅僅完成高級(jí)控制邏輯和算法功能，在傳感器和作動(dòng)器中集成微處理器，使之成為智能化傳感器和智能化作動(dòng)器，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線與集中處理單元通訊。用智能化裝置代替集中處理單元實(shí)現(xiàn)激勵(lì)、濾波、A/D、時(shí)間平均、測(cè)量、線性化、溫度補(bǔ)償?shù)纫恍┖?jiǎn)單功能，減輕了電纜的重量。智能化傳感器和智能化執(zhí)行機(jī)構(gòu)以固定的速率通過(guò)數(shù)據(jù)總線向集中處理單元發(fā)送信號(hào)和狀態(tài)信息。

隨著分布式測(cè)控技術(shù)的進(jìn)步，智能化傳感器在我國(guó)新一代飛機(jī)研制中的廣泛應(yīng)用將成為必然趨勢(shì)，因此，有必要對(duì)智能化傳感器進(jìn)行深入研究，為新型飛機(jī)的維護(hù)和測(cè)試做好準(zhǔn)備。

1 智能化傳感器技術(shù)概述

隨著微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代飛機(jī)的傳感器技術(shù)正也越來(lái)越智能化。傳感器的智能化就是微處理器的信息處理能力與獲取信息的能力緊密的結(jié)合，并具有診斷和雙向數(shù)字通信等新功能。

智能化傳感器與傳統(tǒng)傳感器不同，它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，還具有診斷和數(shù)字雙向通信等新功能。

智能化傳感器的主要新功能有。

1）具有自診斷和自補(bǔ)償功能，所以將提高和改善基本傳感器的性能。

2）微處理器和基本傳感器之間的工作模式為閉環(huán)，且具有雙向通信的功能。

3）智能化傳感器有信息存儲(chǔ)和記憶功能，所以該傳感器可以存儲(chǔ)已有的各種信息，如工作日期、校正數(shù)據(jù)等。

4）數(shù)字量輸出或總線式輸出功能。

2 大客飛機(jī)可能采取的智能化傳感器探討

用于處理傳感器信息的軟件能實(shí)現(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能。智能化傳感器工作程序是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.1 光電式智能化壓力傳感器

光電式智能化壓力傳感器原理如圖1所示，使用了一個(gè)紅外發(fā)光二極管和兩個(gè)光敏二極管，通過(guò)光學(xué)方法來(lái)測(cè)量壓力敏感元件（膜片）的位移。

圖1 光電式智能化壓力傳感器原理

提供參考信號(hào)基準(zhǔn)的光敏二極管和提供被測(cè)壓力信號(hào)的光敏二極管制作在同一芯片上，因而受溫度和老化變化的影響相同，可以消除溫漂和老化帶來(lái)的誤差。兩個(gè)二極管受同一光源（發(fā)光二極管）的照射，固定在膜片硬中心上，起窗口作用的遮光板隨著感壓膜片的位移，將遮隔一部分射向測(cè)量二極管的光；而起提供參考信號(hào)作用的二極管則連續(xù)檢測(cè)光源的光強(qiáng)。兩個(gè)電壓信號(hào)Vp和Vref分別由測(cè)量二極管和提供參考基準(zhǔn)的二極管產(chǎn)生，它們分別為：

式中：H—光強(qiáng)度（cd）；C—二極管光敏系數(shù)（V /cd·m2）；Ap—測(cè)量二極管的受光面積（m2）；Aref—參考基準(zhǔn)二極管的受光面積（m2）。

用一個(gè)比例積分式A/D變換器來(lái)獲得僅與二極管照射面積Ap，Aref 以及零位調(diào)整和滿量程調(diào)整給定的轉(zhuǎn)角α，β有關(guān)的數(shù)字輸出。至于二極管和膜片的非線性可由微處理器修正。在標(biāo)定時(shí)，將這些非線性特性存入可編程只讀存儲(chǔ)器中進(jìn)行編程，在測(cè)量時(shí)即可通過(guò)微處理器運(yùn)算實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。

2.2 智能化差壓傳感器

圖2所示為智能化差壓傳感器，由現(xiàn)場(chǎng)通信器、微處理器、基本傳感器組成。硅壓阻力敏元件被該傳感器采用。它具有多種功能，即在同一單晶硅芯片上擴(kuò)散有可測(cè)差壓、靜壓和溫度的多功能傳感器。

圖2 智能化差壓傳感器

該智能化傳感器指標(biāo)的特點(diǎn)是：①量程比高；②精度較高；③具有遠(yuǎn)程診斷功能，如在主控計(jì)算機(jī)中就可斷定是哪一部分發(fā)生了故障；④具有遠(yuǎn)程設(shè)置功能，在主控計(jì)算機(jī)中可選擇輸出方式，調(diào)整阻尼的時(shí)間，審定量程比及零點(diǎn)調(diào)整等；⑤在現(xiàn)場(chǎng)通信器上可調(diào)整智能化傳感器的流程位置、編號(hào)和測(cè)壓量程；⑥具有對(duì)溫度誤差和非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)字補(bǔ)償功能。

2.3 智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)

目前，智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)在先進(jìn)飛機(jī)上應(yīng)用主要為：飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)、滑行中結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)剛度控制、疲勞監(jiān)測(cè)、先進(jìn)隱身性能、敵機(jī)威脅監(jiān)視器等?，F(xiàn)代飛機(jī)和空間飛行器的結(jié)構(gòu)更多地采用復(fù)合材料已成為發(fā)展趨勢(shì)。更引入矚目的是，在復(fù)合材料內(nèi)埋入分布式光纖傳感器（或陣列），像植入人工神經(jīng)元一樣，構(gòu)成智能化結(jié)構(gòu)件；光纖傳感器不僅僅是結(jié)構(gòu)件的組成，還是它的監(jiān)測(cè)部分。所以，自我監(jiān)測(cè)功能就被這種智能化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了。設(shè)法把埋入在結(jié)構(gòu)中的分布式光纖傳感器（或陣列）和機(jī)內(nèi)設(shè)備（特別是計(jì)算機(jī)）聯(lián)網(wǎng)，便構(gòu)成智能化傳感器系統(tǒng)。它們可以連續(xù)地對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、振動(dòng)、溫度、聲、加速度和結(jié)構(gòu)的完好性等多種狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和處理，成為飛機(jī)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它們具體可實(shí)現(xiàn)如下主要功能：①提供飛行前完好性和適航性狀態(tài)報(bào)告；②監(jiān)視飛行載荷和環(huán)境，并能快速作出響應(yīng)；③飛行過(guò)程中結(jié)構(gòu)完好性故障或異常告警；④具有自適應(yīng)能力；⑤能適時(shí)合理地安排飛行后的維護(hù)與檢修。

3 智能化傳感器的發(fā)展前景

目前智能化傳感器多實(shí)用在壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、加速度和流量等傳感器中，并逐漸向化學(xué)、生物、磁和光學(xué)等各類傳感器的應(yīng)用上擴(kuò)展。

智能化傳感器如果是全數(shù)字式的，可以去除掉很多種與模擬的電路相關(guān)的誤差源。比如說(shuō)，A/D和D/A變換器將不會(huì)出現(xiàn)在總的測(cè)量回路中。如此，再配合上相應(yīng)的環(huán)境補(bǔ)償條件，每一個(gè)傳感器的特性都將重復(fù)地得到補(bǔ)償，可獲得的測(cè)量高重復(fù)性是前所未有的，因此測(cè)量的準(zhǔn)確性被很大程度的提高了。這一實(shí)現(xiàn)，對(duì)測(cè)控技術(shù)將是一個(gè)重大進(jìn)展。所以智能化傳感器今后將會(huì)向全數(shù)字化發(fā)展進(jìn)攻。

今后，全部集成在一個(gè)芯片上（或多片模塊上）的傳感器將越來(lái)越多，如微執(zhí)行器、微處理器、微傳感器，它們構(gòu)成的微系統(tǒng)是通過(guò)閉環(huán)工作的。將更高一級(jí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)字式接口相連接，算法運(yùn)用專家系統(tǒng)中得到的，可以對(duì)基本微傳感器部分提供更好的補(bǔ)償和校正。如此的智能化傳感器，功能更強(qiáng)大，精度更準(zhǔn)，可靠性更高，智能化的程度更高，優(yōu)點(diǎn)更多。

智能化傳感器代表著傳感技術(shù)今后發(fā)展的大趨勢(shì)，這已是世界上儀器儀表界共同矚目的研究?jī)?nèi)容。有理由相信：在微機(jī)械加工工藝和微處理器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)下，智能化傳感器亦會(huì)不斷更新，它的更新技術(shù)也必將推動(dòng)測(cè)控技術(shù)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張建民主編.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]黃俊欽，樊尚春，劉廣玉.微機(jī)械傳感器最新發(fā)展[J].航空計(jì)測(cè)技術(shù)，2003（1）：1-8.

[3]樊尚春.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.endprint

摘 要 傳感器技術(shù)是獲取飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與趨勢(shì)信息的首要環(huán)節(jié)。文章對(duì)飛機(jī)傳感器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了概要描述，通過(guò)與傳統(tǒng)傳感器的對(duì)比分析，對(duì)智能化傳感器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了分析和探討，并對(duì)大客飛機(jī)可能采取的智能化傳感器技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 智能化傳感器；測(cè)量；微處理器；分布式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0027-02

傳感器技術(shù)是自動(dòng)化信息系統(tǒng)中獲取信息的重要步驟?，F(xiàn)代飛機(jī)上各被測(cè)對(duì)象的測(cè)量就是利用各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)傳感器來(lái)控制飛機(jī)的運(yùn)行。

分布式測(cè)控是目前飛機(jī)研制的重要發(fā)展方向。分布式測(cè)控系統(tǒng)把低級(jí)處理單元下放到現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和作動(dòng)器中，集中處理單元僅僅完成高級(jí)控制邏輯和算法功能，在傳感器和作動(dòng)器中集成微處理器，使之成為智能化傳感器和智能化作動(dòng)器，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線與集中處理單元通訊。用智能化裝置代替集中處理單元實(shí)現(xiàn)激勵(lì)、濾波、A/D、時(shí)間平均、測(cè)量、線性化、溫度補(bǔ)償?shù)纫恍┖?jiǎn)單功能，減輕了電纜的重量。智能化傳感器和智能化執(zhí)行機(jī)構(gòu)以固定的速率通過(guò)數(shù)據(jù)總線向集中處理單元發(fā)送信號(hào)和狀態(tài)信息。

隨著分布式測(cè)控技術(shù)的進(jìn)步，智能化傳感器在我國(guó)新一代飛機(jī)研制中的廣泛應(yīng)用將成為必然趨勢(shì)，因此，有必要對(duì)智能化傳感器進(jìn)行深入研究，為新型飛機(jī)的維護(hù)和測(cè)試做好準(zhǔn)備。

1 智能化傳感器技術(shù)概述

隨著微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代飛機(jī)的傳感器技術(shù)正也越來(lái)越智能化。傳感器的智能化就是微處理器的信息處理能力與獲取信息的能力緊密的結(jié)合，并具有診斷和雙向數(shù)字通信等新功能。

智能化傳感器與傳統(tǒng)傳感器不同，它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，還具有診斷和數(shù)字雙向通信等新功能。

智能化傳感器的主要新功能有。

1）具有自診斷和自補(bǔ)償功能，所以將提高和改善基本傳感器的性能。

2）微處理器和基本傳感器之間的工作模式為閉環(huán)，且具有雙向通信的功能。

3）智能化傳感器有信息存儲(chǔ)和記憶功能，所以該傳感器可以存儲(chǔ)已有的各種信息，如工作日期、校正數(shù)據(jù)等。

4）數(shù)字量輸出或總線式輸出功能。

2 大客飛機(jī)可能采取的智能化傳感器探討

用于處理傳感器信息的軟件能實(shí)現(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能。智能化傳感器工作程序是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.1 光電式智能化壓力傳感器

光電式智能化壓力傳感器原理如圖1所示，使用了一個(gè)紅外發(fā)光二極管和兩個(gè)光敏二極管，通過(guò)光學(xué)方法來(lái)測(cè)量壓力敏感元件（膜片）的位移。

圖1 光電式智能化壓力傳感器原理

提供參考信號(hào)基準(zhǔn)的光敏二極管和提供被測(cè)壓力信號(hào)的光敏二極管制作在同一芯片上，因而受溫度和老化變化的影響相同，可以消除溫漂和老化帶來(lái)的誤差。兩個(gè)二極管受同一光源（發(fā)光二極管）的照射，固定在膜片硬中心上，起窗口作用的遮光板隨著感壓膜片的位移，將遮隔一部分射向測(cè)量二極管的光；而起提供參考信號(hào)作用的二極管則連續(xù)檢測(cè)光源的光強(qiáng)。兩個(gè)電壓信號(hào)Vp和Vref分別由測(cè)量二極管和提供參考基準(zhǔn)的二極管產(chǎn)生，它們分別為：

式中：H—光強(qiáng)度（cd）；C—二極管光敏系數(shù)（V /cd·m2）；Ap—測(cè)量二極管的受光面積（m2）；Aref—參考基準(zhǔn)二極管的受光面積（m2）。

用一個(gè)比例積分式A/D變換器來(lái)獲得僅與二極管照射面積Ap，Aref 以及零位調(diào)整和滿量程調(diào)整給定的轉(zhuǎn)角α，β有關(guān)的數(shù)字輸出。至于二極管和膜片的非線性可由微處理器修正。在標(biāo)定時(shí)，將這些非線性特性存入可編程只讀存儲(chǔ)器中進(jìn)行編程，在測(cè)量時(shí)即可通過(guò)微處理器運(yùn)算實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。

2.2 智能化差壓傳感器

圖2所示為智能化差壓傳感器，由現(xiàn)場(chǎng)通信器、微處理器、基本傳感器組成。硅壓阻力敏元件被該傳感器采用。它具有多種功能，即在同一單晶硅芯片上擴(kuò)散有可測(cè)差壓、靜壓和溫度的多功能傳感器。

圖2 智能化差壓傳感器

該智能化傳感器指標(biāo)的特點(diǎn)是：①量程比高；②精度較高；③具有遠(yuǎn)程診斷功能，如在主控計(jì)算機(jī)中就可斷定是哪一部分發(fā)生了故障；④具有遠(yuǎn)程設(shè)置功能，在主控計(jì)算機(jī)中可選擇輸出方式，調(diào)整阻尼的時(shí)間，審定量程比及零點(diǎn)調(diào)整等；⑤在現(xiàn)場(chǎng)通信器上可調(diào)整智能化傳感器的流程位置、編號(hào)和測(cè)壓量程；⑥具有對(duì)溫度誤差和非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)字補(bǔ)償功能。

2.3 智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)

目前，智能化結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)在先進(jìn)飛機(jī)上應(yīng)用主要為：飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)、滑行中結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)剛度控制、疲勞監(jiān)測(cè)、先進(jìn)隱身性能、敵機(jī)威脅監(jiān)視器等?，F(xiàn)代飛機(jī)和空間飛行器的結(jié)構(gòu)更多地采用復(fù)合材料已成為發(fā)展趨勢(shì)。更引入矚目的是，在復(fù)合材料內(nèi)埋入分布式光纖傳感器（或陣列），像植入人工神經(jīng)元一樣，構(gòu)成智能化結(jié)構(gòu)件；光纖傳感器不僅僅是結(jié)構(gòu)件的組成，還是它的監(jiān)測(cè)部分。所以，自我監(jiān)測(cè)功能就被這種智能化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了。設(shè)法把埋入在結(jié)構(gòu)中的分布式光纖傳感器（或陣列）和機(jī)內(nèi)設(shè)備（特別是計(jì)算機(jī)）聯(lián)網(wǎng)，便構(gòu)成智能化傳感器系統(tǒng)。它們可以連續(xù)地對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力、振動(dòng)、溫度、聲、加速度和結(jié)構(gòu)的完好性等多種狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和處理，成為飛機(jī)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它們具體可實(shí)現(xiàn)如下主要功能：①提供飛行前完好性和適航性狀態(tài)報(bào)告；②監(jiān)視飛行載荷和環(huán)境，并能快速作出響應(yīng)；③飛行過(guò)程中結(jié)構(gòu)完好性故障或異常告警；④具有自適應(yīng)能力；⑤能適時(shí)合理地安排飛行后的維護(hù)與檢修。

3 智能化傳感器的發(fā)展前景

目前智能化傳感器多實(shí)用在壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、加速度和流量等傳感器中，并逐漸向化學(xué)、生物、磁和光學(xué)等各類傳感器的應(yīng)用上擴(kuò)展。

智能化傳感器如果是全數(shù)字式的，可以去除掉很多種與模擬的電路相關(guān)的誤差源。比如說(shuō)，A/D和D/A變換器將不會(huì)出現(xiàn)在總的測(cè)量回路中。如此，再配合上相應(yīng)的環(huán)境補(bǔ)償條件，每一個(gè)傳感器的特性都將重復(fù)地得到補(bǔ)償，可獲得的測(cè)量高重復(fù)性是前所未有的，因此測(cè)量的準(zhǔn)確性被很大程度的提高了。這一實(shí)現(xiàn)，對(duì)測(cè)控技術(shù)將是一個(gè)重大進(jìn)展。所以智能化傳感器今后將會(huì)向全數(shù)字化發(fā)展進(jìn)攻。

今后，全部集成在一個(gè)芯片上（或多片模塊上）的傳感器將越來(lái)越多，如微執(zhí)行器、微處理器、微傳感器，它們構(gòu)成的微系統(tǒng)是通過(guò)閉環(huán)工作的。將更高一級(jí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)字式接口相連接，算法運(yùn)用專家系統(tǒng)中得到的，可以對(duì)基本微傳感器部分提供更好的補(bǔ)償和校正。如此的智能化傳感器，功能更強(qiáng)大，精度更準(zhǔn)，可靠性更高，智能化的程度更高，優(yōu)點(diǎn)更多。

智能化傳感器代表著傳感技術(shù)今后發(fā)展的大趨勢(shì)，這已是世界上儀器儀表界共同矚目的研究?jī)?nèi)容。有理由相信：在微機(jī)械加工工藝和微處理器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)下，智能化傳感器亦會(huì)不斷更新，它的更新技術(shù)也必將推動(dòng)測(cè)控技術(shù)的快速發(fā)展。

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