前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇工业废气解决方案范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
当下,城市污染日益严重,工业废气排放和汽车尾气排放造成大气污染,而每年由工业排放造成的空气污染非常严重,工业排放又以燃烧柴油、天然气、液化气、煤焦油、煤为主的各类工业锅炉、窑炉热力燃烧时所产生的有害排放为主。而如何解决工业废气的污染,是深圳市源圭能源有限公司一直思考的问题。公司负责人与记者交谈中说道,公司的使命,就是为美丽中国撑起一片蔚蓝的天。谈到当前的环境污染问题,他认为,工业废气污染难以解决,往深层次来看,还在于没有建立起一套科学合理的环保治理与清洁能源相关利益机制,由于环保的社会利益与企业的经济效益难以取得一致,企业从环保中无法获得现实的经济效益,甚至还要为此增加额外的成本和投入,因此,出现了在环境保护中,政府呼吁而企业却被动响应的现象。那么,能否建立一个互利共赢的工业领域环保解决方案成为当务之急。
由于能源紧缺和环境污染成了世界性的问题,因此开发新能源和可再生能源成为了各国必由之路。我国对新能源和清洁能源也出台了一系列的政策法规,如《清洁能源生产促进法》、《可再生能源法》,给新能源的发展提供了保障。
新醇燃料是一种新型清洁能源,其无色、无味,不同于传统的普通醇基燃料,其关键技术是用氢氧化物、高纯度甲醇及高能燃料添加剂配方,经过一定比例复配反映制成,是一种可燃液体,非明火不能点着,泄漏后用水即可扑灭,易燃不易爆。
关键词:环境污染环境污染源在线监测系统
一、系统功能
环境污染源在线监测系统可以远程监控所有在GPRS网覆盖范围内的特定移动目标。各类监控、报警数据通过GPRS网络及电信有线网络传回监控服务中心,还可通过专线网络或电话线与环保中心或其它相关机构相联,将移动目标的GPS定位信息、污染源处理信息进行分类确认后,实时传送到相应的职能部门进行备案处理。该系统方案适用于工矿企业及各级地方环保局应用,具有标准化、高科技和规模易扩展等特点,对环境保护,智能控制具有实际意义。本平台与数据监测站通过交互查看监测站机器的运行状态,设置数据传输的参数。该系统将环境监测数据和污染源数据在地图上表示出来,通过地图可以直接访问监测数据,实现了监测点空间信息与监测结果的结合,可以输出各种专题地图和空间分析结果图,大大丰富了表达效果。
二、系统模块设计
本项目在C#、Visual Studio、数据库等编程与设计的基础上,利用GPRS的相关知识,对环境污染源监测系统进行深入研究,最终建立了环境污染源处理在线监测系统。该系统主要具有以下六个模块,各个模块的具体内容如下:
(一)数据采集模块:这是系统的核心模块。数据采集模块的功能是采集设施进口或出口的污染源数据,这个模块的实现分三个步骤:数据采集、数据转换、数据存储。1. 数据采集:通过在设施进口或出口的感应器采集污染源(废气)、温度、湿度等实时指标数据。采集用到了M2040模块(命令为#020)、亚当模块(命令为7B 7B 44 66 7B TD).2.数据转换:利用量程转换理论对数据进行量程转换,数据达到标准化。3.数据存储:数据以报表的形式进行存储,存储机制为连续触发机制。
(二)数据查询及可视化模块:这个模块提供了实时信息的查询和可视化显示功能。其中包括报表(时报表、日报表、月报表、季报表、年报表)数据显示及导出、数据趋势图显示及导出、数据总量统计显示及导出、运行记录显示及导出等。
(三)参数设置模块:参数的设置都在这个模块完成,包括三个子模块:网络参数设置、企业参数设置、污染源参数设置。1.网络参数设置:设置省局、市局等部门的IP地址及端口号。2.企业参数设置:设置企业设备的进口或出口参数信息。3.污染源参数设置:预先设置各污染源的量程范围。
(四)网络连接及上传模块:这个模块主要是应用于向上级部门传输监控数据。
(五)串口通信模块:这是一个独立的模块,其中包括串口控制模块、串口和M2040的通信、两台PC机的串口通信等。
(六)系统控制模块:这个模块提供了系统的控制功能,包括启动仪器、关闭仪器、重新启动、关闭端口的功能。
三、系统解决的关键问题或技术
(一)根据智能决策支持理论开发决策推荐模块,在警报发生的情况下根据知识库为用户推荐解决方案。
(二)串口通信。实现现场机与M2040模块和亚当模块建立连接并实现数据通信;实现两台计算机之间通过串口的通信。
(三)网络上传:将实时数据和整点数据按照污染源在线自动监控系统数据传输标准标准封装成数据包,并上传至企业及国家、省、市、区等各级环保部门。
(四)数据保存:将采集到的数据进行格式转换,并分别根据自然时间存储到对应的报表中,包括实时报表、时报表、日报表、月报表、季报表、年报表,便于数据查询和在线监测。
四、系统创新点及特色
(一)知识库中存有大量的在以往各种警报情况下的解决方案,当仪器发出警报时系统会自动分析并搜索知识库中相应的解决方案;若知识库中不存在与该次警报匹配的解决方案,则由技术人员进行手动设置,而该新设置会自动保存到知识库中,作为已有的解决方案以备今后出现该状况时,按照此方案执行。
(二)保存运行记录表。运行记录表可用于查询系统历史运行状态,为污染源处理设备的维护提供可靠依据。
(三)该监测软件实时采集和显示污染源数据,并且根据预先设定的量程实时显示污染源数据比例,当污染源排放量过大时根据显示比例有利于及时发现并做出决策。
(四)该系统有较强的可扩展性。
参考文献:
[1] 石田耕三.环境监测技术的现状及发展趋势.中国环境监测.2005,21(1):57-58
[2] 刘云浩,梁思源.昆明市环境监控系统建设研究.环境工程.2009,27(11):444-445
关键词:工控机;PLC;分布式控制系统
现代转炉炼钢在吹炼的过程中,会产生约1400~1500℃的高温废气,废气中成分复杂,主要由含量高达80%以上的CO气体和浓度可达150~200g/Nm3粉尘组成,并且粉尘中含有70%以上的全铁,故此高温含尘废气具有极高的回收价值。这些高温废气经过洗涤冷却、脱水净化后,在不具备回收条件时,可在满足环保指标情况下进行合理的排放。其复杂的成分、高温、易燃、易爆的特性,决定了控制系统的参数主要为温度、压力、流量等,仪表选型必须带具有防爆特性。基于工控机和PLC控制的分布式I/O系统,为大量的仪表数据的采集、控制柜的布置、现场操作人员的集中控制提供了便利,目前该系统在苏北某钢厂烟气净化项目上得到了很好的应用。
1 系统组成
该钢厂的烟气净化项目工艺流程由洗涤、降温、脱水、放散几部分组成,且其中环缝洗涤塔和脱水器布置在主厂房内标高19.5米至33.5米平台之间,降温洗涤后的气体经风管连接到主厂房外侧的风机房内,最后经由放散塔排出。仪表数据的采集和远程设备的控制分别集中在主厂房和风机房内,设备之间分布距离超过了100米,故采用分布式I/O系统将在很大程度上降低系统布线和调试难度,并有效节约线缆投资。
控制系统由上位工控机和下位PLC站点组成,通过工业以太网相互通讯。上位机为安装有WINCC监控软件的工控机,集中进行设备控制、仪表数据的读取、历史数据的记录以及报警状态的显示输出;下位PLC站点由S7-300系列的CPU315-2DP组态为DP控制主站,连接3个DP从站组成。同时作为下位PLC的CPU315-2DP与转炉主控室CPU417-4建立了基于工业以太网的S7连接,进行现场数据传送和设备控制信号接收和反馈。
2 站点功能
CPU315主站和地址为3的1#DP从站设置在风机房操作室内。主站挂载的DI/DO模块,负责采集和输出风机、放散点火装置和集水坑设备的运行时的开关量信号,包括合分闸、联锁、启停、阀门启闭、水位以及故障等。1#DP从站为风机房的仪表从站,由IM153-1模块作为接口模块,挂载AI/AO模块,采集风机运行时各检测点的模拟量数据,包括风机速度、高压电机定子温度、液力耦合器压力和温度、风机轴承振动、稀油站压力和温度、循环冷却水温度、压力及流量数据,并将这些数据计入PLC联锁保护程序;同时还检测风机房段管道内烟气的温度、压力、流量的过程数据,作为风机运行工艺调节的参考。由PLC输出4~20mA信号对液力耦合器的开度进行调节,从而实现风机的转速调节。
2#DP从站为环缝液压站,由液压和电控系统组成,设置在主厂房内标高19.5米设备平台上。S7-200系列的CPU214作为该从站的控制器,站地址为4,主站CPU315通过EM277与之进行DP通讯。仅在STEP7中对S7-300站进行硬件组态,无需对CPU214进行组态和编程。CPU214将通讯数据集中存放在V值存储区,与EM277在S7-300的组态从站时的硬件I/O地址相对应,即可进行数据交换,数据交换内容包括液压电机的启停、联锁、故障、油缸开度等等。环缝液压系统通过控制环缝文氏管喉口的开度,从而实现对烟气在炉口的微差压调节,以及管道内风压、流量的调节,以满足工艺要求。
3#DP从站亦为仪表从站,与1#从站硬件组成类似,设置在主厂房内标高24.5米设备平台上,站地址为5,负责分别采集环缝洗涤塔和脱水器内各检测点的喷淋水、烟气两种介质的压力、流量、温度、液位的实时数据。
预装WINCC监控软件的工控机作为上位机,放置在风机房的操作室内,与DP主站CPU315通过CP343模块组态工业以太网进行TCP/IP通讯。监控画面结构分两级画面,一级画面为系统主体画面,分别为一次风机画面和烟气净化画面,画面中实时显示各项仪表数据和报警提示信息;二级画面为单体设备的操作画面、报警画面和历史趋势。其中单体设备操作分别为风机启停操作及速度调节、环缝液压站操作及开度调节、放散点火装置启停及状态指示、集水坑水泵启停操作;报警画面中记录了影响风机正常运行的各项保护值的触况;历史趋势以图表形式实时绘制风机各项保护值的折线图,以及对生产过程中的各项工艺数据的记录。
3 需要注意的问题
本系统的CPU315和转炉主控室CPU417之间通讯,采用的是以太网方式,二者CP模块之间实际布线长度超过100米,若采用以太网线敷设则可能出现信号衰减,故采用了多模光纤通信,将以太网信号转换成多模光纤信号,以解决以太网长距离通讯带来的隐患,同时降低干扰。
本系统的主从站采用的是PROFIBUS-DP协议,主站CPU315和2#从站之间的间距约150米,2#从站与3#从站之间距离约50米,电缆敷设在电缆沟内,同时沟内还混有动力电缆,为保证通信质量,DP电缆敷设采用全程穿金属硬管并在保证接地良好的情况下,同时将通信波特率调至187.5Kbps。PLC系统接地应当连接至厂区计算机接地系统,同时柜内需设置防雷保护器。
4 结束语
工矿现场设备的具有分散性、多样性、数据采集连续性、以及监控的集中性的特点,基于工控机和PLC的分布式控制系统为此提供了便捷、高效、经济的解决方案。本系统在苏北某钢厂成功实施一年多来,运行稳定,得到了业主方的认可,同时以文章所阐述的原理进行系统组态的应用,在其他类似项目现场实施。
参考文献
一、取得的成效
(一)建立完善生态保护红线管理制度,落实生态保护红线划定方案。按照省环保厅关于生态保护红线划定的工作部署,严禁生态保护红线范围内新改扩建一切对环境有影响的建设项目。将生态保护红线作为环境执法监管的重要内容,对生态保护红线范围内环保要求执行情况进行监督检查,严厉打击违法建设、违法生产等环境违法行为,确保真正守住生态保护红线。
(二)全面落实“河长制”,一河一策、水陆统筹,系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理,围绕实施城市清洁河流行动计划,推动县城污水处理厂提标改造,进一步完善产业集聚区配套管网,不断提高污水收水率和集中处理率。探索、完善各乡镇(街道)污水处理厂、垃圾填埋场设计、建设、运行监管机制。在全县境内河道全面实行河长制,开展黑臭水体排查整治。以工业和生活污水处理厂、畜禽养殖等为重点,组织对饮用水水源保护区及重点流域河流涉水污染源专项执法检查,严厉查处各类偷排偷放、超标排放等环境违法行为,实现了县集中式饮用水源地一级保护区外围40米区域内无排污口、工业企业、畜禽养殖项目。加强水环境监测预警,密切关注出境断面水质变化趋势,加大出境断面水质监测频次,采取完善污水处理管网、清除河道悬浮物、检查涉水企业,确保了出境断面水质达标。
(三)完善覆盖所有污染源的企业排污许可管理制度,探索实施“一证式”管理,推进我县屠宰场、制药厂排污许可证管理工作。目前我县已完成甘肃岷海制药有限责任公司、岷县通结污水处理厂、岷县中天生猪定点屠宰有限责任公司、岷县大兴建材厂等12家企业排污许可证的发放工作。对已核发排污许可证的企业,环保局要将对企业废水、废气排放环境监督管理要求集成到排污许可证执行情况的统一监管上,排污许可证执行情况是环境影响后评价中污染排放相关内容的重要依据。实施污染物排放总量控制时,排污许可证规定的许可排放量即为企业的污染物排放总量控制指标,总量核算应当采用排污许可证执行过程中的实际排放量。经核定的企业排污许可证实际排放量是环保部门征收排污费、企业报送环境统计数据以及建立污染源排放清单的唯一依据。 2018年下半年对全县辖区内企业无证排污行为集中开展监管执法。督促企业按照排污许可证要求运行维护污染治理设施、开展自行监测、做好台账记录,按期上报排污许可证执行情况,确保按证排污。按要求公开检查结果、执法监测结果、处罚结论等监管信息,鼓励社会公众、媒体等参与监督。
(四)加快培育环境治理和生态保护市场主体。在工业园区和重点行业,推行环境污染第三方治理模式,积极推第三方治理经验,研究第三方治理合同范本。实施环保领域供给侧改革,推广基于环境绩效的整体解决方案、区域一体化服务模式。鼓励企业为流域、城镇、园区、大型企业等提供定制化的综合性整体解决方案。在生态保护领域,在划清政府与市场边界的基础上,调动社会资本参与环境治理和生态保护领域项目建设积极性。
(五)探索生态环境损害赔偿制度,健全生态环境损害鉴定评估机制。为切实做好我县环境污染损害鉴定评估工作,实现污染者全面承担环境损害责任,受害者依法获得赔偿,生态环境科学进行恢复,根据《新环境保护法》,环境损害鉴定评估统筹考虑环境污染损害鉴定评估工作与损害赔偿、环境保险理赔、环境污染修复,以严重危害公众环境安全的水污染事故为突破口,聘请具有资质的环境污染损害鉴定评估机构按照有关法律法规和技术规范与标准开展工作,强化损害鉴定评估队伍职业道德建设,建立监督机制,防止权力寻租,确保损害鉴定结果和评估报告的独立性、科学性与公正性。
总之,过去的一年中,我局全面深化环保制度改革工作虽然迈出了坚实的步伐,建立了一批富有针对性、可操作性强的新机制、新办法,但相关配套措施仍不完善,
一、汽车电子操控和安全系统谈起
近几年来我国汽车工业增长迅速,发展势头很猛。因此评论界出现了一些专家的预测:汽车工业有可能超过IT产业,成为中国国民经济最重要的支柱产业之一。其实,汽车工业的增长必将包含与汽车产业相关的IT产业的增长。例如,虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占10%—15%左右,但国外汽车中电子产品和技术的价值含量平均约为22%,中、高档轿车中汽车电子已占30%以上,而且这个比例还在、不断地快速增长,预期很快将达到50%。
电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素,汽车(机动车)的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高,都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。汽车工程界专家指出:电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化。这也是最近电子信息产业界对汽车电子空前关注的原因之一。但是,必须指出的是,除了一些车内音响、视频装备,车用通信、导航系统,以及车载办公系统、网络系统等车内电子设备的本质改变较少外,现代汽车电子从所应用的电子元器件(包括传感器、执行器、微电路等)到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器(智能执行器、智能变送器)。
实际上,汽车电子已经经历了几个发展阶段:从分立电子元器件搭建的电路监测控制,经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统,现在已经进入了采用高速总线(目前至少有5种以上总线已开发使用),统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据,实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元(ECU)组成,可以独立操控,同时又能协调到整体运行的最佳状态。例如为使发动机处于最佳工作状态,就需要从吸入汽缸的空气流量、进气压力的测定开始,再根据水温、空气温度等工作环境参数计算出基本喷油量,同时还要通过节气门位置传感器检测节气门的开度,确定发动机的工况,进而控制,调整最佳喷油量,最后还需要通过曲轴的角速度传感器监测曲轴转角和发动机转速,最终计算出并发出最佳点火时机的指令。这个发动机燃油喷射系统和点火综合控制系统还可以与废气排放的监控系统和起动系统等组合,构筑成可使汽车发动机功率和扭矩最大化,而同时燃油消耗和废气排放最低化的智能系统。
还可以举一个安全驾驶方面的例子,出于平稳、安全驾驶的需要,仅只针对四个轮子的操控上,除了应用大量压力传感器并普遍安装了刹车防抱死装置(ABS)外,许多轿车,包括国产车,已增设了电子动力分配系统(EBD),ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天气驾驶时的稳定性。现在,国内外的一些汽车进一步加装了紧急刹车辅助系统(EBA),该系统在发生紧急情况时,自动检测驾驶者踩制动踏板时的速度和力度,并判断紧急制动的力度是否足够,如果需要,就会自动增大制动力。EBA的自控动作必须在极短时间(例如百万分之一秒级)内完成。这个系统能使200km/h高速行驶车辆的制动滑行距离缩短极其宝贵的20多米。针对车轮的还有分别监测各个车轮相对于车速的转速,进而为每个车轮平衡分配动力,保证在恶劣路面条件下各轮间具有良好的均衡抓地能力的“电子牵引力控制”(ETC)系统等。
从以上列举的两个例子可以清楚看到,汽车发展对汽车电子的一些基本要求:
1.电子操控系统的动作必须快速、正确、可靠。传感器(+调理电路)+微处理器,然后再通过微处理器(+功率放大电路)+执行器的技术途径已经不再能满足现代汽车的要求,需要通过硬件集成、直接交换数据和简化电路,并提高智能化程度来确保控制单元动作的正确性、可靠性和适时性。
2.现在几乎所有的汽车的机械结构部件都已受电子装置控制,但汽车车体内的空间有限,构件系统的空间更是极其有限。理想的情况当然是,电子控制单元应与受控制部件紧密结合,形成一个整体。因此器件和电路的微型化、集成化是不可回避的道路。
3.电子控制单元必须具有足够的智能化程度。以安全气囊为例,它在关键时刻必须要能及时、正确地瞬时打开,但在极大多数时间内气囊是处在待命状态,因此安全气囊的ECU必须具有自检、自维护能力,不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性,确保动作的“万无一失”。
4.汽车的各种功能部件都有各自的运动、操控特性,并且,对电子产品而言,大多处于非常恶劣的运行环境中,而且各不相同。诸如工作状态时的高温,静止待命时的低温,高浓度的油蒸汽和活性(毒性)气体,以及高速运动和高强度的冲击和振动等。因此,电子元器件和电路必须要有高稳定、抗环境和自适应、自补偿调整的能力。
5.与上述要求同样重要,甚至有时是关键性的条件是,汽车电子控制单元用的电子元器件、模块必须要能大规模工业生产,并能将成本降低到可接受的程度。一些微传感器和智能传感器就是这方面的典范。例如智能加速度传感器,它不仅能较好地满足现代汽车的各项需要,而且因为可以在集成电路标准硅工艺线上批量生产,生产成本较低(几美元至十几或几十美元),所以在汽车工业中找到了自己最大的应用市场,反过来也有力地促进了汽车工业的电子信息化。
二、智能传感器:微传感器与集成电路融合的新一代电子器件
微传感器、智能传感器是近几年才开始迅速发展起来的新兴技术。在我国的报刊杂志上目前所使用的技术名称还比较含混,仍然笼统地称之为传感器,或者含糊地归纳为汽车半导体器件,也有将智能传感器(或智能执行器、智能变送器)与微系统、MEMS等都归入了MEMS(微机电系统)名称下的。这里介绍当前一些欧美专著中常用的技术名词的定义和技术内涵。
首先必须说明的是,在绝大多数情况下,本文大小标题及全文中所说的传感器其实是泛指了三大类器件:将非电学输入参量转换成电磁学信号输出的传感器;将电学信号转换成非电学参量输出的执行器;以及既能用作传感器又能用作执行器,其中较多的是将一种电磁学参量形式转变成另一种电磁学参量形态输出的变送器。就是说,关于微传感器、智能传感器的技术特性可以扩大类推到微执行器、微变送器-传感器(或执行器、或变送器)的物理尺度中至少有一个物理尺寸等于或小于亚毫米量级的。微传感器不是传统传感器简单的物理缩小的产物,而是基于半导体工艺技术的新一代器件:应用新的工作机制和物化效应,采用与标准半导体工艺兼容的材料,用微细加工技术制备的。因此有时也称为硅传感器。可以用类似的定义和技术特征类推描述微执行器和微变送器。
它由两块芯片组成,一是具有自检测能力的加速度计单元(微加速度传感器),另一块则是微传感器与微处理器(MCU)间的接口电路和MCU。这是一种较早期(1996年前后)的,但已相当实用的器件,可用于汽车的自动制动和悬挂系统中,并且因微加速度计具有自检能力,还可用于安全气囊。从此例中可以清楚看到,微传感器的优势不仅是体积的缩小,更在于能方便地与集成电路组合和规模生产。应该指的是,采用这种两片的解决方案可以缩短设计周期、降低开发前期小批量试产的成本。但对实际应用和市场来说,单芯片的解决方案显然更可取,生产成本更低,应用价值更高。
智能传感器(SmartSensor)、智能执行器和智能变送器-微传感器(或微执行器,或微变送器)和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件(例如上述的微加速度计的单芯片解决方案)。因此智能传感器具有一定的仿生能力,如模糊逻辑运算、主动鉴别环境,自动调整和补偿适应环境的能力,自诊断、自维护等。显然,出于规模生产和降低生产成本的要求,智能传感器的设计思想、材料选择和生产工艺必须要尽可能地和集成电路的标准硅平面工艺一致。可以在正常工艺流程的投片前,或流程中,或工艺完成后增加一些特殊需要的工序,但也不应太多。
在一个封装中,把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器(SAR)、微处理器(摩托罗拉69HC08)、存储器和串行接口(SPI)等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成CMOS电路工艺流程之前,亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟,已广泛用于汽车(机动车)所需的各式各样的压力测量和控制单元中,诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的应用很广,不局限于汽车工业。目前,生产智能压力传感器的厂商已不少,市售商品的品种也很多,已经出现激烈的竞争。结果是智能压力传感器体积越来越小,随之控制单元所需的接插件和分立元件越来越少,但功能和性能却越来越强,而且生产成本降低很快(现在约为几美元一只)。
顺便需要说说的是,在一些中文资料中,尤其是一些产品宣传性材料中,笼统地将SmartSensor(或device)和Intelligentsensor(或device)都称之为智能传感器,但在欧美文献中是有所差别的。西方专家和公众通常认为,Smart(智能型)传感器比Intelligent(知识型)的智慧层次和能力更高。当然,知识型的内涵也在不断进化,但那些只能简单响应环境变化,作一些相应补偿、调整工作状态的,特别是不需要集成处理器的器件,其知识等级太低,一般不应归入智能器件范畴。
相信大多数读者能经常接触到的,最贴近生活的智能传感器可能要算是用于摄像头、数码相机、摄像机、手机摄像中的CCD图像传感器了。这是一种非智能型传感器莫属的情况,因为CCD阵列中每个硅单元由光转换成的电信号极弱,必须直接和及时移位寄存、并处理转换成标准的图像格式信号。还有更复杂一些的,在中、高档长焦距(IOX)光学放大数码相机和摄像机上装备的电子和光学防抖系统,特别是高端产品中的真正光学防抖系统。它的核心是双轴向或3轴向的微加速度计或微陀螺仪,通过它监测机身的抖动,并换算成镜头的各轴向位移量,进而驱动镜头中可变角度透镜的移动,使光学系统的折射光路保持稳定。
微系统(Microsystem)和MEMS(微机电系统)-由微传感器、微电子学电路(信号处理、控制电路、通信接品等)和微执行器构成一个三级级联系统、集成在一个芯片上的器件称之为微系统。如果其中拥有机械联动或机械执行机构等微机械部件的器械则称之为MEMS。
MEMS芯片的左侧给出的是制备MEMS芯片需要的基本工艺技术。它的右侧则为主要应用领域列举。很明显,MEMS的最好解决方案也是选用与硅工艺兼容的材料及物理效应、设计理念和工艺流程,也即采用常规标准的CMOS工艺与二维、三维微细加工技术相结合的方法,其中也包括微机械结构件的制作。
微传感器合乎逻辑的发展延伸是智能传感器,智能传感器自然延伸则是微系统和MEMS,MEMS的进一步发展则是能够自主接收、分辨外界信号和指令,进而能独立、正确动作的微机械(Micromachines)。现在,开发成功、并已有商业产品的MEMS品种已不少,涵盖图4所示的各大领域。其中包括全光光通信和全光计算机的关键部件之一的二维、三维MEMS光开关。