引言：
所謂傳統(tǒng)傳感器是指：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器件組成。
智能傳感器的概念是上世紀(jì)七十年代由美國(guó)宇航局首次提出，目前尚無(wú)智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)定義，智能傳感器是在傳統(tǒng)的傳感器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與傳統(tǒng)傳感器有著密不可分的關(guān)系，但絕不是傳統(tǒng)概念中的傳感器。所謂傳統(tǒng)傳感器是指：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器件組成。
在智能傳感器的發(fā)展過(guò)程中，由于對(duì)其“智能”定義的不斷變化，各個(gè)時(shí)期給予“智能傳感器”的定義也隨著時(shí)間的推移而變化。
“把傳統(tǒng)的傳感器與微處理器集成在一塊芯片上的傳感器稱為智能傳感器”，這種說(shuō)法是強(qiáng)調(diào)在“工藝”上將傳感器與微處理二者緊密結(jié)合。
“智能傳感器就是一種帶有微處理器，兼有信息檢測(cè)和處理功能的傳感器”，這種說(shuō)法突破了傳感器與微處理器的結(jié)合必須在工藝上集成在一塊芯片上的框框，而著重強(qiáng)調(diào)智能傳感器的“信息處理”功能。
這時(shí)的智能傳感器兼有“儀表”功能。“智能傳感器必須具備學(xué)習(xí)、推理、感知、通信及管理等功能”，這種說(shuō)法強(qiáng)調(diào)了智能傳感器的“系統(tǒng)”功能。
智能傳感器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。目前，在傳感器業(yè)界，通常把智能傳感器定義為：集成有傳感器，帶有微處理器，具有信息監(jiān)測(cè)與處理功能的器件或裝置叫智能傳感器。
智能傳感器的功能
在自我完善能力方面：
● 具有改善靜態(tài)性能，提高靜態(tài)測(cè)量精度的自校正、自校零、自校準(zhǔn)功能；
● 具有提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，改善動(dòng)態(tài)特性的智能化頻率自補(bǔ)償功能；
● 具有抑制交叉敏感，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的多信息融合功能。
在自我管理與自適應(yīng)能力方面：
● 具有自檢驗(yàn)、自診斷、自尋故障、自恢復(fù)功能；
● 具有判斷、決策、自動(dòng)量程切換與控制功能。
在自我識(shí)別與運(yùn)算處理能力方面：
● 具有從噪聲中辨識(shí)微弱信號(hào)與消噪功能；
● 具有從多維空間的圖像辨識(shí)與模式識(shí)別功能；
● 具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能。
在信息通信能力方面：
● 具有雙向通信、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出以及擬人類語(yǔ)言符號(hào)等多種輸出功能。
智能傳感器的特點(diǎn)
高精度 智能傳感器有多項(xiàng)功能保證其高精度，如通過(guò)自校零去除零點(diǎn)誤差：與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實(shí)時(shí)對(duì)比，以自動(dòng)進(jìn)行整體系統(tǒng)標(biāo)定；自動(dòng)進(jìn)行整體非線性系統(tǒng)誤差校正；通過(guò)對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理以消除偶然誤差的影響，從而保證智能傳感器具有高精度。
高可靠性 智能傳感器能自動(dòng)補(bǔ)償因工作條件與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化后引起系統(tǒng)特性的漂移，如溫度變化而產(chǎn)生的零點(diǎn)和靈敏度漂移；當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化后能自動(dòng)改換量程；能實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢驗(yàn)，分析、判斷所采集數(shù)據(jù)的合理性，并給出異常情況下的應(yīng)急處理（報(bào)警或故障提示）。
高信噪比 由于智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能，通過(guò)軟件進(jìn)行數(shù)字濾波、相關(guān)分析等處理，可以去除輸入數(shù)據(jù)中的噪聲，將有用的信號(hào)提取出來(lái)；通過(guò)數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，從而保證在多參數(shù)狀態(tài)下對(duì)特定參數(shù)測(cè)量的分辨能力，故智能傳感器具有高的信噪比與分辨率。
高自適應(yīng)性 由于智能傳感器具有判斷、分析和處理功能，它能根據(jù)系統(tǒng)工作情況決策各部分的供電情況、與高/上位計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速率，使系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)和優(yōu)化的傳輸速率。
高性價(jià)比 智能傳感器不是像傳統(tǒng)傳感器那樣追求傳感器本身的完善，對(duì)傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與調(diào)試，而是通過(guò)微處理器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，采用能大規(guī)模生產(chǎn)的集成電路工藝與MEMS工藝，以及強(qiáng)大的軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而具有高性價(jià)比。
智能傳感器發(fā)展及趨勢(shì)
智能傳感器的出現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)型傳感器的一次“革命”，是傳統(tǒng)型傳感器發(fā)展的必然結(jié)果和趨勢(shì)，也是對(duì)傳統(tǒng)意義上“儀表”概念的升華。智能傳感器的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)型傳感器的設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)方式和應(yīng)用模式，特別是在全球興起的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)引起業(yè)界的充分重視。
智能傳感器的設(shè)計(jì)——智能傳感器的設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)傳感器的設(shè)計(jì)理念。傳統(tǒng)型傳感器由于自身固有的一些問(wèn)題，如輸入輸出成非線性，且隨時(shí)間漂移；參數(shù)易受外界環(huán)境變化影響；信噪比低，易受電磁場(chǎng)等干憂；靈敏度、分辨率不高；性價(jià)比難以提高。對(duì)傳統(tǒng)型傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)上面這些問(wèn)題往往只進(jìn)行單個(gè)參數(shù)的考慮和調(diào)試，設(shè)計(jì)技術(shù)己經(jīng)達(dá)到了極限，很難再提高，因而達(dá)不到理想結(jié)果。而智能傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)，可利用MEMS技術(shù)、IC技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)，可充分利用A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器、接口電路、CPU等硬件技術(shù)進(jìn)行綜合考慮和分析，特別是在硬件的基礎(chǔ)上，可通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能傳感器功能和特點(diǎn)。
智能傳感器的生產(chǎn)方式——智能傳感器的生產(chǎn)方式改變了傳統(tǒng)傳感器的生產(chǎn)方式。傳統(tǒng)傳感器在組織生產(chǎn)時(shí)往往是手工作坊式的，傳感器被譽(yù)為是一件“工藝品”，性能很難一致，批量難以擴(kuò)大，人工成本很高，傳統(tǒng)傳感器生產(chǎn)的后道工序基本是手工操作。智能傳感器由于具有數(shù)字存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能、雙向通信、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出，因此可用與上位計(jì)算機(jī)通信的方式組織批量生產(chǎn)，傳感器的補(bǔ)償可以因個(gè)體而異。從理論上講，只要敏感元件具有重復(fù)性，不管其它指標(biāo)如何，按照智能傳感器的設(shè)計(jì)方法，都能制造出高性能傳感器。
目前智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑有三種方法：
● 非集成化實(shí)現(xiàn)。將傳統(tǒng)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為一整體而構(gòu)成一智能傳感器系統(tǒng)；
● 集成化實(shí)現(xiàn)。利用大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)將由硅材料制作的敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理單元集成在一塊芯片上構(gòu)成智能傳感器系統(tǒng)；
● 混合實(shí)現(xiàn)。根據(jù)需要與可能，將系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元，以不同的組合方式集成在二塊或三塊芯片上，并封裝在一個(gè)殼體中，實(shí)現(xiàn)混合集成。
智能傳感器的應(yīng)用——智能傳感器的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)傳感器的應(yīng)用模式。在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，單個(gè)傳感器獨(dú)立使用的場(chǎng)合越來(lái)越少，更多的是傳感器與傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與控制系統(tǒng)之間要實(shí)現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)交換與共享，傳統(tǒng)傳感器無(wú)法對(duì)某些產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)（如粘度、硬度、表面光潔度、成分、顏色、味道）進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線控制。智能傳感器由于自身所具有的特點(diǎn)和功能，其工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用就顯得游刃有余。往往智能傳感器具有“儀表”的功能和屬性，而價(jià)格又比儀表低廉，未來(lái)智能傳感器有代替儀表的趨勢(shì)和可能。
智能傳感器的發(fā)展——向著虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和信息融合技術(shù)三個(gè)方向完善。虛擬化是利用通用的硬件平臺(tái)，充分利用軟件實(shí)現(xiàn)智能傳感器的特定硬件功能，智能傳感器的虛擬化可縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低成本，提高可靠性。網(wǎng)絡(luò)化是利用各種總線的多個(gè)傳感器組成系統(tǒng)并配備帶有網(wǎng)絡(luò)接口的微處理器，通過(guò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)處理器，可實(shí)現(xiàn)傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換與共享。信息融合是指?jìng)鞲衅鞯男畔⒔?jīng)元素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)組合，形成更為精確的被測(cè)對(duì)象的特性和參數(shù)。
智能傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能傳感器的應(yīng)用在下面幾個(gè)方面能大顯身手：
生產(chǎn)過(guò)程控制與管理 主要用于生產(chǎn)線過(guò)程檢測(cè)、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測(cè)等。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用智能傳感器，可以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、控制、診斷、決策、維護(hù)等功能，提高管理水平。如鋼鐵企業(yè)應(yīng)用智能傳感器，在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)加工產(chǎn)品的溫度、寬度、厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程。
產(chǎn)品設(shè)備監(jiān)控管理 利用智能傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)備操作使用記錄、設(shè)備故障診斷的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
環(huán)保監(jiān)測(cè)及能源管理 可以對(duì)各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如在重點(diǎn)排污企業(yè)的排污口，安裝智能傳感器，不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可遠(yuǎn)程關(guān)閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故發(fā)生。
工業(yè)安全生產(chǎn)管理 把智能傳感器嵌入到礦山設(shè)備、油氣管路、煤礦坑道、橋梁建筑中，可以感知危險(xiǎn)環(huán)境中的工作人員、設(shè)備機(jī)器、周邊環(huán)境等方面的安全信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、準(zhǔn)確辨識(shí)、快速響應(yīng)、有效控制。
制造業(yè)供應(yīng)鏈管理 應(yīng)用智能傳感器，可以將企業(yè)的材料采購(gòu)、庫(kù)存、銷售等領(lǐng)域，通過(guò)完善和優(yōu)化供應(yīng)鏈管理體系，提高供應(yīng)鏈效率，降低成本。
（轉(zhuǎn)載）
