隨著測控系統(tǒng)自動化、智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)不能滿足一定的數(shù)據(jù)處理能力以及自檢、自校、自補償?shù)墓δ�，智能傳感器和多功能傳感器的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)走向市場。本文從結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用領(lǐng)域、行業(yè)發(fā)展、技術(shù)趨勢闡述智能傳感器。

一 智能傳感器的結(jié)構(gòu)及特點

傳感器像人的五官一樣，是獲取信息的重要工具。它在工業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。但與飛速發(fā)展的計算機相比較，作為“五官”的傳感器遠遠趕不上作為“大腦”的計算機的發(fā)展速度。

隨著測控系統(tǒng)自動化、智能化的發(fā)展，要求傳感器準(zhǔn)確度高、可靠性高、穩(wěn)定性好，而且具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，并能夠自檢、自校、自補償。傳統(tǒng)的傳感器已不能滿足這樣的要求。

另外，為制造高性能的傳感器，光靠改進材料工藝也很困難，需要利用計算機技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，彌補其性能的不足，計算機技術(shù)使傳感器技術(shù)發(fā)生了巨大的變革，微處理器(或微計算機)和傳感器相結(jié)合，產(chǎn)生功能強大的智能傳感器。國外稱為Intelligentsensor(智能傳感器)或Smartsensor(靈巧的、機敏的、智能傳感器)。另外，傳統(tǒng)的傳感器一般只能測量一個參數(shù)，有些場合需要同時測量多個參數(shù)的體積小的多功能傳感器。現(xiàn)在多國科學(xué)家已重視這一方向的開拓，并已研制出一些多功能傳感器。

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智能傳感器

智能傳感器是當(dāng)今國際科技界研究的熱點，尚無統(tǒng)一的、確切的定義。本文不討論(Intelligentsensor或Smartsensor)兩個術(shù)語的區(qū)別，統(tǒng)稱為智能傳感器。

目前國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，智能傳感器是由傳統(tǒng)的傳感器和微處理器(或微計算機)相結(jié)合而構(gòu)成的，它充分利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，并能對它的內(nèi)部行為進行調(diào)節(jié)，使采集的數(shù)據(jù)佳。智能傳感器的功能如下：

(1) 自補償能力：

通過軟件對傳感器的非線性、溫度漂移、時間漂移、響應(yīng)時間等進行自動補償。

(2) 自校準(zhǔn)功能

操作者輸入零值或某一標(biāo)準(zhǔn)量值后，自校準(zhǔn)軟件可以自動地對傳感器進行在線校準(zhǔn)。

(3) 自診斷功能

接通電源后，可對傳感器進行自檢，檢查傳感器各部分是否正常，并可診斷發(fā)生故障的部件。

(4) 數(shù)值處理功能

可以根據(jù)智能傳感器內(nèi)部的程序，自動處理數(shù)據(jù)，如進行統(tǒng)計處理，剔除異常值等。

(5) 雙向通信功能

微處理器和基本傳感器之間構(gòu)成閉環(huán)，微處理機不但接收、處理傳感器的數(shù)據(jù)，還可將信息反饋至傳感器，對測量過程進行調(diào)節(jié)和控制。

(6) 信息存儲和記憶功能

(7) 數(shù)字量輸出功能

輸出數(shù)字信號，可方便的和計算機或接口總線相連。

目前研制的智能傳感器只具有上述功能中的一部分。傳統(tǒng)的傳感器只能作為敏感元件，檢測物理量的變化，而智能傳感器則包括測量信號調(diào)理(如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等)、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示等。它幾乎包括了儀器儀表的全部功能。可見智能傳感器的功能已延伸到儀器的領(lǐng)域。

早期的智能傳感器是將傳感器的輸出信號經(jīng)處理和轉(zhuǎn)化后由接口送到微處理機進行運算處理。80年代智能傳感器主要以微處理器為核心，把傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微電子計算機存貯器及接口電路集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測量技術(shù)有了進一步的提高，使傳感器實現(xiàn)了微型化、結(jié)構(gòu)一體化、陣列式、數(shù)字式，使用方便、操作簡單，并具有自診斷功能、記憶與信息處理功能、數(shù)據(jù)存貯功能、多參量測量功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能、邏輯思維以及判斷功能。

智能傳感器大體上可以分三種類型：即具有判斷能力的傳感器；具有學(xué)習(xí)能力的傳感器；具有創(chuàng)造能力的傳感器。

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智能傳感器的結(jié)構(gòu)

智能傳感器主要由傳感器、微處理器(或微計算機)及相關(guān)電路組成。

傳感器將被測的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，送到信號調(diào)理電路中，進行濾波、放大、模-數(shù)轉(zhuǎn)換后，送到微計算機中。計算機是智能傳感器的核心，它不但可以對傳感器測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)。由于計算機充分發(fā)揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。

智能傳感器的結(jié)構(gòu)可以是集成的，也可以是分離式，按結(jié)構(gòu)可以分為集成式、混合式和模塊式三種形式。集成智能傳感器是將一個或多個敏感器件與微處理器、信號處理電路集成在同一硅片上，集成度高，體積小。這種集成的傳感器在目前的技術(shù)水平下還很難實現(xiàn)。將傳感器和微處理器、信號處理電路在不同的芯片上，則構(gòu)成混合式的智能傳感器(HybridSmart2Sensor)。

目前這類結(jié)構(gòu)較多。初級的智能傳感器也可以有許多互相獨立的模塊組成，如將微計算機、信號調(diào)理電路模塊、輸出電路模塊、顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼體內(nèi)，則組高，體積較大，但在目前的技術(shù)水平下，仍不失為一種實用的結(jié)構(gòu)形式。

二 智能傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

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在智慧農(nóng)業(yè)中的運用

由于環(huán)境的特殊性，農(nóng)業(yè)項目大多都在田間進行，校正操作非常的不方便，人工成本也非常高，因此對傳感器數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的要求非常高，智能傳感器是有效的一種傳感器。

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在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到好的質(zhì)量。可以說，沒有了優(yōu)良的智能傳感器，工業(yè)自動化也就無從談起。

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在機器人中的應(yīng)用

如今的機器人已具有類似人一樣的肢體及感官功能，有一定程度的智能，動作程序靈活，在工作時可以不依賴人的操縱，而這一切都少不了傳感器的功勞，傳感器是機器人感知外界的重要幫手。

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智慧醫(yī)療中的應(yīng)用

隨著智能傳感器的發(fā)展，醫(yī)學(xué)智能傳感器作為拾取生命體征信息的五官，它的作用日益顯著，并得到廣泛應(yīng)用。如：在圖像處理、臨床化學(xué)檢驗、生命體征參數(shù)的監(jiān)護監(jiān)測、呼吸、神經(jīng)、心血管疾病的診斷與治療等方面，智能傳感器的作用不可替代，未來它在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中幾乎無所不在。

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在智能家電中的應(yīng)用

智能家居是未來的一大趨勢，而智能家電將是很多家庭的產(chǎn)品，智能傳感器未來在很多家電中均可應(yīng)用，如電視劇、風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機、晾衣機、冰箱、衣柜等，它是實現(xiàn)人與家電交流的基本器件，也是構(gòu)成家居物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。