導(dǎo)讀：智能傳感器,，指具有信息檢測,、信息處理、信息記憶,、邏輯思維和判斷功能的傳感器,。不僅具有傳統(tǒng)傳感器的各種功能，而且還具有數(shù)據(jù)處理,、故障診斷、非線性處理,、自校正,、自調(diào)整以及人機通信等多種功能。

智能傳感器由什么組成,？

經(jīng)過多年的發(fā)展,，智能傳感器已進(jìn)化到第四代智能傳感器，一般由傳感器模塊,、計算模塊、通信模塊與電源模塊組成,。如果把智能傳感器類比人體系統(tǒng)，可以更好地理解智能傳感器的結(jié)構(gòu)組成,。傳感模塊（相當(dāng)于耳鼻等感覺器官）接受被測量信號,；然后通過通信模塊（相當(dāng)于人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）傳遞給計算模塊（相當(dāng)于人體大腦），進(jìn)行一系列的信號處理,；最后把處理結(jié)果輸出給執(zhí)行器（相當(dāng)于肢體）做出相應(yīng)動作,。

即：

傳感器模塊負(fù)責(zé)信息采集,，類比人體的感覺器官；

通信模塊負(fù)責(zé)信號傳輸,，類比人體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),；

計算機模塊負(fù)責(zé)信息處理，類比人體的大腦,。

智能傳感器把“感知”與“認(rèn)知”結(jié)合起來,，起到人體的“五感”功能的作用，要感知各種現(xiàn)象,，并實現(xiàn)判斷、推理,、鑒別功能,，最終完成各種動作與任務(wù)，全程自動化,。

智能傳感器都有哪些特點？

與傳統(tǒng)傳感器相比,，智能傳感器有著精度高,、可靠性強、微型化和低功耗等特點,。

精度高：智能傳感器可以通過自動校零去除零點誤差,，與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實時對比以自動進(jìn)行整體系統(tǒng)標(biāo)定,，自動進(jìn)行整體系統(tǒng)的非線性等系統(tǒng)誤差的校正，通過對采集的大量數(shù)據(jù)的處理以消除偶然誤差,，保證智能傳感器有較高的精度。

可靠性高和穩(wěn)定性強：智能傳感器能自動補償因工作條件與環(huán)境參數(shù)變化引起的系統(tǒng)特性的漂移,，比如溫度變化產(chǎn)生的零點與靈敏度的漂移；在被測參數(shù)變化后能自動改換量程,；能實時自動進(jìn)行系統(tǒng)的自我檢驗，分析判斷數(shù)據(jù)的合理性,，并給出異常情況的應(yīng)急處理方案等,。

高信噪比和高分辨率：智能傳感器具有數(shù)據(jù)儲存,、記憶與信息處理的功能，可通過軟件進(jìn)行數(shù)字濾波,、數(shù)據(jù)分析等，故可以除去數(shù)據(jù)中的噪聲,，提取出有效信號；也可通過數(shù)據(jù)融合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，從而保證對特定參數(shù)的測量有較高的分辨能力,。

自適應(yīng)能力強：智能傳感器可根據(jù)系統(tǒng)工作的情況來決策各部分的供電情況、優(yōu)化與上位計算機的數(shù)據(jù)傳送速率,，保證系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)。

性價比高：智能傳感器不像傳統(tǒng)傳感器那樣追求傳感器本身的完美,，對傳感器各個環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計與調(diào)試，而是結(jié)合微處理器和微計算機,，采用低價的集成電路工藝和MEMS工藝，加上強大的軟件,，來實現(xiàn)相應(yīng)的功能,，所以相對于傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器具有很高的性能價格比,。

微型化：隨著微電子技術(shù)的迅速推廣,，智能傳感器正朝著小和輕的方向發(fā)展，以滿足航空,、航天、國防,、小型化工業(yè)與民用設(shè)備的需求,。

低功耗：智能傳感器普遍采用大規(guī)模或超大規(guī)模的CMOS電路,，使傳感器的耗電量大為降低，有的可用疊層電池甚至紐扣電池供電,，而待機模式的設(shè)計更是讓智能傳感器的功耗降至更低,。

智能傳感器是如何實現(xiàn)的？

目前智能傳感器實現(xiàn)的途徑主要有三種,，分別是非集成化實現(xiàn)、混合實現(xiàn)和集成化實現(xiàn),。這三類傳感器的技術(shù)難度依次增加,，集成化的程度越高,，傳感器智能化的程度就越高。

非集成式智能傳感器

非集成化智能傳感器,，也叫傳感器的智能化，指將傳統(tǒng)的傳感器（采用非集成化工藝制成的）與信號處理電路,、帶數(shù)據(jù)總線接口的微處理器組合在一起而構(gòu)成的智能傳感器。因為是在傳統(tǒng)傳感器后經(jīng)信號處理電路及有數(shù)據(jù)總線接口的微處理器而構(gòu)成,，所以集成度較低,，技術(shù)壁壘低,，不適用于微型化產(chǎn)品領(lǐng)域，不屬于新型智能傳感器,。

混合式智能傳感器

混合式智能傳感器指根據(jù)需求，將系統(tǒng)各集成化環(huán)節(jié)（敏感元件,、信號調(diào)理電路、數(shù)字總線接口）以不同組合方式集成在不同的芯片上,，并封裝在一個外殼內(nèi),，是智能傳感器的主要種類,，被廣泛應(yīng)用,。

集成智能傳感器

集成化智能傳感器指利用集成電路工藝和MEMS微機技術(shù)將傳感器敏感元件、信號調(diào)理電路,、數(shù)字總線接口等系統(tǒng)模塊集成到一芯片上,，封裝在一個外殼內(nèi)的傳感器,。它內(nèi)嵌了標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字接口,，使用傳感器具有信號提取、信號處理,、雙向通信,、邏輯判斷和計算等多種功能。

集成智能傳感器是21世紀(jì)最具代表性的高新技術(shù)成果之一,，也是當(dāng)今國際科技界研究的熱點,。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和微米,、納米技術(shù)的問世,，大規(guī)模集成電路工藝日臻完善,，集成電路的集成度越來越高。集成智能傳感器現(xiàn)已成功使各種數(shù)字電路芯片,、模擬電路芯片、微處理器芯片和存儲電路芯片等芯片的價格大幅下降,，促進(jìn)了集成智能傳感器的落地應(yīng)用,。

MEMS傳感器是目前智能化程度最高的傳感器。MEMS技術(shù)是在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料和工藝基礎(chǔ)上,，微米操作范圍內(nèi),，將在一個硅片基礎(chǔ)上將傳感器,、機械元件,、致動器與電子元件結(jié)合在一起的技術(shù)，是目前前沿微型傳感器的主流方案,。

集成智能傳感器具有多功能,、一體化,、精度高,、適宜于大批量生產(chǎn),、體積小和便于使用等優(yōu)點，是未來智能傳感器繼續(xù)發(fā)展的方向,。

除了以上三種主流的實現(xiàn)途徑外，智能傳感器在技術(shù)上,，還有以下5種實現(xiàn)途徑。

①采用新的檢測原理和結(jié)構(gòu)實現(xiàn),。通過微機械精細(xì)加工工藝設(shè)計新型構(gòu),，使之能真實反映實測對象的完整信息，例如3D加速度傳感器和3D軸陀螺儀就是利用這種方式實現(xiàn)傳感器智能化,。

②應(yīng)用人工智能材料實現(xiàn)。利用人工智能材料的自適應(yīng),、自診斷,、自完善,、自調(diào)節(jié),、自修復(fù)和自學(xué)習(xí)的特性,，制造智能傳感器，例如半導(dǎo)體陶瓷,、記憶合金、氧化物薄膜等人工智能材料,。

③采用軟件化技術(shù)實現(xiàn),。傳感器和微處理器相結(jié)合的智能傳感器，利用計算機軟件編程的優(yōu)勢,，實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的信息處理功能,。比如運用軟件計算實現(xiàn)非線性校正、自補償,、自校準(zhǔn)，提高傳感器的精度,；用軟件實現(xiàn)信號濾波，簡化硬件,、提高信噪比；運用人工智能,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、模糊理論等，使傳感器具有更高智能即分析,、判斷、自學(xué)習(xí)等功能,。

④通過多傳感器信息融合技術(shù)實現(xiàn)。多傳感器系統(tǒng)通過多個傳感器獲得更多種類和數(shù)量的傳感數(shù)據(jù),，經(jīng)過處理得到多種信息，從而對環(huán)境進(jìn)行更加全面和準(zhǔn)確的描述,。

⑤通過網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn),。智能傳感器與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,，可形成網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器,。網(wǎng)絡(luò)化傳感器使傳感器由單一功能,、單一檢測向多功能和多點檢測發(fā)展；從被動檢測向主動進(jìn)行信息處理方向發(fā)展,；從就地測量向遠(yuǎn)距離實時在線測控發(fā)展,。

本文參考自《傳感器應(yīng)用》,，主編：陳衛(wèi)；經(jīng)傳感器專家網(wǎng)整理修改發(fā)布,。