傳感器智能化是當(dāng)今國際化研究方向的熱點趨勢

測控系統(tǒng)的自動化、智能化，使得傳統(tǒng)的傳感器得以滿足一定的數(shù)據(jù)處理能力和自檢、自調(diào)、自補功能，智能傳感器和多功能傳感器的開發(fā)和應(yīng)用已開始進入市場。與人的五感一樣，智能傳感器的結(jié)構(gòu)和特征傳感器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)方面都有重要的作用。但作為五感傳感器的計算機，遠沒有作為大腦的計算機發(fā)展得那么快，因為它發(fā)展得很快。檢測系統(tǒng)具有自動化、智能化的特點，傳感器精度高，可靠性和穩(wěn)定性好，具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，能夠進行自我檢測，自我教育，自我補償。常規(guī)傳感器已無法滿足這種需求。另外，要想制造高性能的傳感器，光靠改進材料的加工工藝是很困難的，需要將計算機技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，以彌補其性能上的不足，計算機技術(shù)使傳感器技術(shù)有了很大的變化，微處理器(即微型計算機)與傳感器相結(jié)合，生產(chǎn)出功能強大的智能傳感器。傳統(tǒng)的傳感器通常只能測量一個參數(shù)，有時需要同時測量多個參數(shù)較小的多功能傳感器。當(dāng)前，各國科學(xué)家都非常重視這方面的研究，并研制了多功能傳感器。

智能化傳感器是當(dāng)今國際科技界的一個研究熱點，但它并沒有一個統(tǒng)一而精確的定義。國內(nèi)外學(xué)者普遍認為，智能傳感器是由傳統(tǒng)傳感器與微處理器(或微機)相結(jié)合，利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器數(shù)據(jù)進行處理，調(diào)節(jié)其內(nèi)部行為，使采集的數(shù)據(jù)達到最佳效果。該智能傳感器具有以下功能：

(1)自我補償能力：

對傳感器的非線性，溫度漂移，時間漂移，響應(yīng)時間等進行軟件自動補償。

(2)自校正功能：

在操作者輸入一定的零值或標準值后，自動標定軟件可以在線自動標定傳感器。

(3)自我診斷功能：

開電后，可對感應(yīng)器進行自檢，檢查感應(yīng)器各部分是否正常，對故障部件進行診斷。

(4)數(shù)字處理功能：

依據(jù)其內(nèi)部程序，可對統(tǒng)計處理、異常值等數(shù)據(jù)進行自動處理。

(5)雙向交流職能：

單片機與基本傳感器組成閉環(huán)，單片機既能接收、處理傳感器數(shù)據(jù)，又能向傳感器反饋信息，并對測量過程進行調(diào)控。

(6)信息儲存和記憶功能。

(7)數(shù)字輸出函數(shù)：

便于與計算機或接口總線連接，輸出數(shù)字信號。當(dāng)前發(fā)展的智能傳感器只是其中一部分。

常規(guī)傳感器只能作為靈敏元件來檢測物理量的變化，而智能傳感器則包括測量信號調(diào)節(jié)(如放大、A/D轉(zhuǎn)換等)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示等。它幾乎包含了儀器的所有功能。智慧傳感器的功能已經(jīng)擴展到儀器領(lǐng)域。在智能傳感器的早期，傳感器的輸出信號經(jīng)過處理和轉(zhuǎn)換后，由接口發(fā)送給微處理器進行運算處理。在80年代，智能傳感器主要以微處理器為核心，在傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微電子計算機存儲器和接口電路中，都采用了人工智能技術(shù)。1990年代智能測量技術(shù)進一步發(fā)展，傳感器實現(xiàn)了微型化、結(jié)構(gòu)化、數(shù)位化、數(shù)位化等多種功能，具備自診斷、記憶與信息處理、數(shù)據(jù)存儲、多參數(shù)測量、網(wǎng)絡(luò)通信、邏輯思考與判斷等功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將會不斷提高，它將運用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)(如傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等)，使傳感器具有更高層次的智能，并具有分析、判斷、適應(yīng)和自我學(xué)習(xí)等功能，可以完成圖像識別、特征檢測和多維檢測等復(fù)雜任務(wù)。智能化傳感器可分為三類：判斷型傳感器和學(xué)習(xí)型傳感器；創(chuàng)造型傳感器。

其結(jié)構(gòu)主要由傳感器、微處理器(微電腦)及相關(guān)電路組成的智能傳感器。感應(yīng)器把測量的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，發(fā)送給信號處理電路，經(jīng)過濾、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給微機。微機是智能傳感器的核心，它不僅能對傳感器測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲和處理，而且能通過反饋回路進行調(diào)整。因為計算機能充分發(fā)揮各種軟件的功能，完成硬件難于完成的任務(wù)，從而大大降低了制造傳感器的難度，提高了傳感器的性能，降低了成本。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，可分為集成型、混合型和模塊型三類，并進行了分類。一體化智能傳感器將一種或多種敏感器件與微處理器、信號處理電路集成到同一芯片中，具有高集成度和小體積。在當(dāng)前的技術(shù)水平上，還很難實現(xiàn)這種集成傳感器。以傳感器為核心，采用單片機和信號處理電路組成混合智能傳感器?，F(xiàn)在有很多這樣的結(jié)構(gòu)。

由于環(huán)境的特殊性，智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用大多是在田間進行，操作十分不便，人工成本也很高，對傳感器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性要求很高，智能傳感器是最有效的傳感器。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在自動化生產(chǎn)中，工業(yè)自動化的應(yīng)用是利用各種傳感器對生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進行監(jiān)測和控制，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，以達到最好的產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)自動化離不開出色的智能傳感器。

應(yīng)用在機器人上，現(xiàn)在的機器人已經(jīng)具備了像人一樣的身體和感覺功能，有一定的智能，有靈活的動作程序，工作時不需要人工操作，所有這些都離不開作為機器人感知外部世界的重要助手的傳感器。

隨著智能化醫(yī)療的發(fā)展，作為五感系統(tǒng)的醫(yī)療傳感器，作為獲取生命體征信息的五感系統(tǒng)，其作用日益凸顯，并得到廣泛應(yīng)用。比如在圖像處理，臨床化學(xué)檢查，監(jiān)測生命體征參數(shù)，呼吸，神經(jīng)，心血管疾病的診斷和治療等領(lǐng)域，智能傳感器的作用是不可替代的，并且在未來的現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備中幾乎無所不在。

應(yīng)用智能家用電器是未來智能家居的一大趨勢，智能家用電器是許多家庭的必備產(chǎn)品，智能傳感器在電視、風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機、冰箱、衣柜等眾多家用電器中都能得到應(yīng)用，它是實現(xiàn)人與家用電器的溝通的基本手段。

工業(yè)化能力不足，由于我國企業(yè)技術(shù)力量落后，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還沒有形成規(guī)范，國內(nèi)的傳感器產(chǎn)品不適合、不成系列，重復(fù)生產(chǎn)，惡性競爭現(xiàn)象頻發(fā)，產(chǎn)品可靠性差，低端偏高，產(chǎn)業(yè)化程度與品種和系列不相稱，只能長期依靠國外進口。

工業(yè)自動化水平不斷提高，工業(yè)中對傳感器的需求也在不斷增加，為保證生產(chǎn)自動化的可靠性，必須發(fā)展靈敏度高，精度高，響應(yīng)速度快，適應(yīng)性強的新型傳感器。

傳感器的可靠性向高可靠、寬溫度范圍發(fā)展，直接影響到電子設(shè)備的抗干擾能力，研制高可靠、寬溫度范圍的傳感器是一個永恒的方向。

各種微型開發(fā)的控制設(shè)備的功能越來越強，每個部件的體積越小、傳感器本身的體積越小、越好，需要開發(fā)新的材料和加工技術(shù)，現(xiàn)在的傳感器是用硅材料制造的。比如，傳統(tǒng)的加速傳感器都是由重力塊、彈簧等材料制成，體積大、穩(wěn)定性差、壽命短，硅加速傳感器采用激光等多種微加工技術(shù)制作而成，體積小、兼容性可靠。

傳感網(wǎng)絡(luò)化是傳感器發(fā)展的一個重要方向，網(wǎng)絡(luò)的作用和優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)化傳感器必將推動電子技術(shù)的發(fā)展。作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)之一，智能傳感器在給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入新鮮血液的同時，也引領(lǐng)了傳感產(chǎn)業(yè)的潮流，在醫(yī)藥、工業(yè)、海洋、航天、軍事、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都扮演著核心角色，隨著智能傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，新一代的智能傳感器結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，將會有很好的發(fā)展前景。

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