智能傳感器分析與發展趨勢

　　作為人類獲取信息的工具，傳感器是現代信息技術的重要組成部分。傳統意義上的傳感器輸出的多是模擬量信號，本身不具備信號智能處理功能，需連接到特定測量儀表才能完成信號的處理和傳輸功能。智能傳感器能在內部實現對原始數據的加工處理，并且可以通過標準的接口與外界實現數據交換，以及根據實際的需要通過軟件控制改變傳感器的工作，從而實現智能化、網絡化。由于使用標準總線接口，智能傳感器具有良好的開放性、擴展性，給系統的擴充帶來了很大的發展空間。

　　什么是智能傳感器?

　　智能傳感器是一種能夠檢測、轉換被測物理量或者化學量，能學習、推理判斷處理信號，并具有通信及管理功能的一類新型傳感器。智能傳感器有自動校零、標定、補償、采集數據等能力。決定了智能化傳感器具有較高的精度、分辨率、穩定性及可靠性，以及較好的適應性。

　　早期的智能傳感器是將傳感器的輸出信號經處理和轉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，把傳感器信號調節電路、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有了進一步的提高，使傳感器實現了微型化、結構一體化、陣列式、數字式，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、數據存貯功能、多參量測量功能、聯網通信功能、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;具有學習能力的傳感器;具有創造能力的傳感器。

　　智能傳感器的結構組成

　　智能傳感器系統主要由傳感器、微處理器及相關電路組成。傳感器將被測的物理量、化學量轉換成相應的電信號，送到信號調制電路中，經過濾波、放大、A/D轉換后送達微處理器，微處理器對接收的信號進行計算、存儲、數據分析處理后，一方面通過反饋回路對傳感器與信號調理電路進行調節，以實現對測量過程的調節和控制;另一方面將處理的結果傳送到輸出接口，經接口電路處理后按輸出格式、界面定制輸出數字化的測量結果。微處理器是智能傳感器的核心，由于微處理器充分發揮各種軟件的功能，使傳感器智能化，大大提高了傳感器的性能。

　　智能傳感器的主要功能

　　智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協調動作，結合長期以來測試技術的研究和實際經驗而提出來的。是一個相對獨立的智能單元，它的出現對原來硬件性能的苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助來使傳感器的性能大幅度提高。

　　智能傳感器通?？梢詫崿F以下功能：

　　1、多信號轉換功能

　　我們觀察周圍的自然現象，常見的信號有聲、光、電、熱、力和化學等。敏感元件測量一般通過兩種方式：直接和間接的測量。而智能傳感器通常具有復合轉換功能，能夠同時測量多種物理量和化學量，能夠較全面反映被測物體狀態。如美國加利弗尼亞大學研制的復合液體傳感器，可同時測量介質的溫度、流速、壓力和密度。

　　2、自適應功能

　　智能傳感器可在條件變化的情況下,在一定范圍內自動調整產品特性適應變化，補償部件引起的參數漂移。自適應技術可延長智能傳感器元器件的壽命，擴大其工作領域。因為智能傳感器校正和補償數值已不再是一個平均值,而是測量點的真實修正值，實際提高了傳感器的檢測精度和準確度。

　　3、自檢、自校、自診斷功能

　　傳統傳感器需要定期檢驗和標定，以保證它在正常使用時足夠的準確度。這需要將傳感器從使用現場拆卸送到實驗室或檢驗部門進行,對于在線測量傳感器出現異常則不能及時診斷。采用智能傳感器時，在電源接通時傳感器可進行自檢、診斷測試以確定組件有無故障。還可以根據使用時間利用存儲的標準計量特性數據自動在線校正，方便快捷。

　　4、信息存儲功能

　　智能傳感器可存儲大量的信息供用戶隨時查詢。這些信息可以是系統硬件裝置遺留的歷史信息，例如，傳感器已工作多少小時，更換多少次電源等;也可以是傳感器檢測數據或者系統繪制的圖表，還可以是包括串行數、生產日期、目錄表和最終出廠測試結果等內容。

　　5、數據處理功能

　　過程數據處理是一項非常重要的任務，智能傳感器不但能放大信號，而且能使信號數字化，再用軟件實現信號調節。例如，部分智能傳感器可通過查詢歷史數據的方式使非線性信號輸出傳感器數據線性化;大部分智能傳感器可通過數字濾波功能減少噪聲或其它相關效應的干擾;環境因素補償也是智能傳感器數據處理的一項重要任務。例如，通過測量基本檢測元件的溫度可獲得正確的溫度補償系數，從而可實現對信號的溫度補償。智能傳感器使用戶很容易實現多個信號的加、減、乘、除運算，此外，智能傳感器把數據處理操作從中心控制室下放到接近信號產生點，省去了附加傳感器和引線的成本，也降低了長距離傳輸引入的負效應(如噪聲、電位差等)，從而使信號更準確，還可以簡化主控制器中的軟件，提高控制環的速度。

　　6、組態功能

　　組態功能是智能傳感器的另一項特性。例如，檢測范圍，可編程通/斷延時，選組計數器，常開/常閉等。利用智能傳感器的組態功能可使同一類型的傳感器工作在最佳狀態，并且能在不同場合從事不同的工作，提高傳感器的適應性。

　　7、數字通訊功能

　　智能傳感器產生大量信息和數據，所以用普通傳感器的單一連線傳輸數據，會使系統非常龐雜。因此它需要一種靈活的通訊系統。智能傳感器常配置與外部連接的數字串行通訊。因為串行網絡抗環境影響(如電磁干擾)的能力比普通模擬信號強得多。把串行通訊配接到裝置上，可以有效地管理信息的傳輸，使數據只在需要時才輸出。

　　智能傳感器的高性能不是像傳統傳感器技術那樣通過追求傳感器自身結構的精密設計與不斷優化獲得的，而是通過與微處理器/微計算機相結合，采用廉價的集成電路工藝、芯片以及強大的軟件來實現的，所以具有較高的性價比，也更具有現場實用性。

　　智能傳感器的實現途徑

　　1、 非集成化

　　非集成化智能傳感器是將傳統的基本傳感器、信號調理電路、帶數字總線接口的微處理器組合為一個整體而構成的智能傳感器系統。這種非集成化智能傳感器是在現場總線控制系統發展形勢的推動下迅速發展起來的。自動化儀表生產廠家原有的一套生產工藝設備基本不變，附加一塊帶數字總線接口的微處理器插板組裝而成，并配備能進行通信、控制、自校正、自補償、自診斷等智能化軟件，從而實現智能傳感器功能。這是一種最經濟、最快速的實現途徑。

　　2、集成化

　　集成化智能傳感器系統是采用微機械加工技術和大規模集成電路工藝技術，將敏感元件、信號調理電路以及微處理器單元集成在一塊芯片上構成的。集成化技術實現了智能傳感器微型化、結構一體化的目的，提高了傳感器檢測精度和穩定性。

　　3、非集成化與集成化混合

　　要在一塊芯片上實現智能傳感器系統集成化，在實際操作中尚存在許多棘手的難題。根據需要，不少智能傳感器常將系統各個集成化環節(如敏感單元、信號調理電路、微處理器單元、數字總線接口) 以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并組裝在一個外殼里，實現傳感器非集成化與集成化混合。

　　智能傳感器技術發展趨勢

　　1、以工業控制、汽車、通訊、環保、醫療等為重點服務領域，深化智能傳感器市場應用開發。

　　2、以MEMS工藝為基礎，以集成化、智能化和網絡化技術為依托，加強新型智能傳感器的研發。

　　3、以增加品種、提高質量和提升經濟效益為主要目標，加速智能傳感器產品產業化。