智能传感器的发展及前景
专业：08电科1班 姓名：王剑 学号:E080120
摘 要：智能传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在
蓬勃发展的现代传感器技术。通过对其概念、结构、功能的阐述，指明了它实现途径及应用中的特殊作用，表明了传感器未来发展的方向。
关键字：智能传感器 微型计算机 信号处理 集成化 多功能化
工业以来，传感器为提高和改善机器的性能发挥了巨大的作用。传感器技术大体可分为三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号；第二代是20世纪70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电解质、磁性材料等固体元件构成，利用材料的某些特性制成；第三代是刚刚才发展起来智能型传感器，它是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。
经过科学技术的发展，传统的传感器技术已达到其技术极限，与当今应用的需求相比，存在很多不足之处：因结构尺寸大,而时间(频率)响应特性差；输入—输出特性存在非线性,且随时间而漂移；参数易受环境条件变化的影响而漂移；信噪比低,易受噪声干扰；
存在交叉灵敏度,选择性、分辨率不高。智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，是传感器发展的一种新形势。早期，有人简单、 机械地强调智能传感器就是在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合， 认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”，之后人们认识到智能式传感器就是一种带行微处理机的，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。虽然至今还没有形成规范化的定义，但是它的众多优点使它在自动化领域得到了广泛的应用，成为了数字时代的骄子。 从半导体传感器的发展过程来看，它是从单功能传感器开始，经由混合集成化传感器、单片集成电路、到与微计算机相结合的形式。这种传感器具有自动补偿和预知判断等功能，即传感器越来越向高智能化方向发展。所谓智能化就是使传感器具有一定的智能与判断能力，而传感器要达到智能化，一方面可通过传感器的集成化和多功能化获得一定智能，例如：用一个传感器或传感装置能同时检测几个物理量和化学量，具体应用有感温加感湿传感器、感气加感湿传感器等，或者将传感器与相应的电子电路集成在一块硅片上使之多功能化。 传感器智能化的一个主要途径是与微计算机相结合。图是传感器与微型计算机相结合系统工作的简单的示意图。
图示的是一个闭环控制系统，传感器是前端检测元件和转换元件，用来检测温度、压力、湿度、亮度等敏感信号的变化情况，然后将检测到的各种各样的物理信号的变化转换成为可以输入到计算机的电信号；计算机则是对输入的电信号做相关判断和计算，最后发出控制信号，这里的计算机不是普通意义上的计算机，它可以是一片集成模块或者是小型控制器；执行器在计算机的控制信号下运行，来改变控制对象的一些物理参数，例如对陶瓷智能片通电实现制冷或加热、控制电机的转动方向来驱动小车前进或后退、控制闸门的开闭来调节流量的大小。
由于智能化传感器的集成特性和智能特性，构成了传感器的主要功能，包括：复合敏感功能 、自补偿和计算功能、自检、自校、自诊断功能、信息存储和传输、提供模拟和离散输出。而其中的自我校对检查和信息处理是智能传感器技术上相对于传统传感器技术上的突破。
普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观，首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊
断测试以确定组件有无故障。带微控制器的智能传感器具有先进的自诊断功能和直观的指示方式，可连续显示诊断结果和工作状态。自诊断功能包括两个方面，一是外部环境条件引起的工作不可靠，传感器能给出警示信号。二是传感器内部故障造成的性能下降也能给出诊断信号。无论内外部因素，诊断给出的信息都能使系统在故障出现之前报警，从而减少系统停机时间，提高生产率。其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。
随着全智能集散控制系统(Smart Distributed System)的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。
许多带微控制器的传感器能通过编程提供模拟输出、离散输出或同时提供两种输出，并且各自具有的检测窗口。 最新的智能传感器都能提供两个互不影响的输出通道，具有的组态设备点。因此用户可用一个可编程装置同时解决精密测量和有无检测任务。 一些新的光纤传感器带有可测性输出。它把输出模拟信号平均分布在整个编程的检测窗口，以提供连续一致的响应，这样不仅可以简化装置，而且在电气噪声严重的场合也能获得最佳检测分辨率。
虚拟传感器、网络化和信息融合技术是智能化传感器发展完善的三个重要方面。
虚拟传感器是基于软件开发而成的智能传感器，是在硬件的基础上通过软件实现测试功能的，利用软件还可以完成传感器的校准及标定，使之达到最佳性能指标，因此其智能化程度很大部分取决于软件开发水平。
从发展的角度看未来单个传感器使用的场合将越来越少，为实现多参数的测量和多对象的控制，更多的是多传感器系统的应用。测量和控制信息的交换在底层主要通过现场总线完成，高层数据交换则主要通过Intenet等网络来实现。为了满足这种多传感器之间的信息交换，传感器设计上软件将占据主要地位，软件对象不再是以前的单个对象，而是整个系统，其输出的数字信号是符合某种协议的格式的。通过网络可以实现传感器与传感器之间、传感器与执行器与系统之间的数据交换和共享。因此，网络化是智能化传感器未来的发展方向。 多传感器信息的融合是指将经过集成处理的多传感器信息进行合成，形成对外部环境某一特征的一种表达方式，经过集成与融合的多传感器信息能完善的、精确的反映被测对象的特征。这是智能化传感器发展的一个重要方向。
智能化传感器代表着传感器发展的总趋势，它已经受到了全世界范围的瞩目和公认，因此，可以说智能传感器是一种发展前景好的新型传感器。随着硅微细加工技术的发展，新一代的智能传感器的功能将会更加完善。它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术等，使传感器具有更高级的智能功能，同时它将朝着微处理器、微执行器、微传感器三位一体构成一个微系统的方向发展。
智能传感器系统是一门涉及多种学科的综合技术，是当今世界正在发展中的高新技术。智能传感器额度兴起是适应现代自动化系统发展的需要，是传感器技术克服自身落后状况、不断完善和发展的必然趋势，代表了未来传感器发展的方向。
参考文献：1.传感器原理及应用
2. http://baike.baidu.com/view/6007.html?wtp=tt
