一智能传感器的结构与特性

传感器是收集信息的重要工具，就像人脸特征一样。它对科学技术、国家安全和工业生产力的发展至关重要。然而，作为“面部特征”的传感器的发展速度远远落后于作为“大脑”的计算机，因为它们的发展速度更快。

随着测控系统的自动化和智能化，传感器必须具有高精度、高可靠性、强稳定性、特定的数据处理能力以及自检、自校准和自补偿。传统的传感器已经无法满足这样的需求。

此外，为了制造高性能传感器，单独增强材料工艺是一项挑战。为了弥补其不足，传感器技术必须与计算机技术相结合。微处理器（或微型计算机）和传感器的结合创造了强大的智能传感器，极大地改变了传感器技术。被称为智能传感器（智能传感器）或在其他国家/地区（智能、警报、智能传感器）。此外，传统传感器通常只测量一个参数，偶尔需要一个微型多功能传感器来同时监测多个参数。来自几个国家的科学家最近专注于这一研究领域，并创造了一些多用途传感器。

01智能传感器

在当今的国际科技界，智能传感器是一个热门的研究领域，但没有达成一致的描述。这两个词（智能传感器或智能传感器）统称为智能传感器，本文不涉及它们之间的区别。

目前，国内外研究人员倾向于认为传统传感器和微处理器构成智能传感器（或微型计算机）。为了最大限度地提高数据收集，设备的内部行为将被更改。智能传感器具有以下功能：

（1） 自我补偿能力：

软件自动补偿传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等。

（2） 自校准功能

操作员输入零值或特定标准值后，自校准软件可以在线自动校准传感器。

（3） 自我诊断功能

接通电源后，可以对传感器进行自检，检查传感器的每个部件是否正常，并可以诊断故障部件。

（4） 数字处理功能

根据智能传感器内部的程序，可以自动处理数据，如统计处理、异常值消除等。

（5） 双向通信功能

微处理器和基本传感器形成一个闭环。除了接收和处理传感器的数据外，微处理器还将信息发送回传感器，以便修改和调节测量过程。

（6） 信息存储和记忆功能

（7） 数字输出功能

输出一个连接到计算机或总线很简单的数字信号。

目前可用的智能传感器仅具有上述某些功能。虽然智能传感器结合了数据处理、数据显示和测量信号调节（如滤波、放大和A/D转换），但传统传感器只能用作检测物理量变化的敏感部件。它几乎包含了仪器的所有功能。很明显，智能传感器的功能已经扩展到包括仪器。

早期的智能传感器在通过接口将输出信号发送到CPU进行处理之前，对其进行处理和转换。为了给传感器一些人工智能，在20世纪80年代，智能传感器主要使用微处理器作为其中央处理单元，并将接口电路、微电子计算机存储器、，和传感器信号调节电路连接到一个单片机上。该传感器现在可以实现小型化、结构集成、阵列型、数字型、易于使用、操作简单、自诊断功能、记忆和信息处理功能、数据存储功能、多参数测量功能、网络通信功能，以及由于20世纪90年代智能测量技术的进一步进步而产生的逻辑思维和判断功能。

智能传感器可以大致分为三种类型：基于判断的传感器、基于学习的传感器和基于创造性的传感器。

02智能传感器的结构

传感器、微处理器（或微型计算机）和配套电路构成了大多数智能传感器。

传感器将被测量的物理量转换为相应的电信号，然后将其发送到信号调节电路进行放大、滤波并从模拟转换为数字，然后发送到微型计算机。智能传感器的大脑就是计算机。它不仅能够计算、存储和处理传感器的测量数据，还能够通过反馈回路更改传感器。由于计算机能够充分利用各种软件的功能，它可以执行对硬件具有挑战性的工作，显著降低传感器制造的复杂性，提高传感器性能，降低传感器成本。

根据结构，智能传感器的结构可以是集成的、分离的，也可以分为三类：集成的、混合的或模块化的。集成智能传感器是一种紧凑、高度集成的硅芯片，它结合了一个或多个敏感器件、微处理器和信号处理电路。在目前的技术水平下，制造这样一种集成传感器是一项挑战。要创建混合智能传感器，传感器、微控制器和信号处理电路被布置在单独的芯片上（HybridSmart2Sensor）。

这些构造有很多。许多独立的模块可能构成主要的智能传感器。例如，如果传感器、输出电路模块、显示电路模块、信号调节电路模块和微型计算机都组合在同一个案例中，则组更高，体积更大，但目前在技术层面上仍然是一种有用的结构形式。

二智能传感器的广泛应用领域

01在智慧农业中的应用

由于环境的独特性，大多数农业项目都是在田间进行的，这使得矫正操作非常不方便，劳动力成本也非常高。因此，对传感器数据的稳定性有非常严格的要求，而智能传感器是最有效的传感器。

02在工业自动化中的应用

在现代工业生产中，特别是在自动化生产过程中，使用各种传感器来监测和管理各种生产过程参数，使机器能够在正常或最佳状态下运行，使产品达到最高质量。有人可以说，没有好的智能传感器，工业自动化是不可能的。

03在机器人中的应用

如今的机器人拥有与人类相似的肢体和感官能力，以及一定程度的智力和适应性行动计划。它们能够在没有人为干预的情况下进行操作。传感器在这一切中的作用是显而易见的。机器人需要传感器来感知周围环境。帮手

04在智能医疗中的应用

随着智能传感器的发展，医疗智能传感器作为收集生命体征数据的面部特征变得越来越重要。例如，智能传感器在图像处理、临床化学测试、生命体征参数的监测和监测、呼吸系统、神经系统和心血管疾病的诊断和治疗中的作用是不可或缺的，它将在未来的医疗设备中普遍存在。

05在智能家电中的应用

未来的家庭将受到智能家居趋势的严重影响，智能家电将成为许多家庭的标准产品。未来的家用产品，如电视剧、风扇、空调、洗衣机、洗衣烘干机、冰箱、衣柜等，都可以使用智能传感器。它是在个人和家庭设备之间建立通信的基本工具，也是国内物联网的基石。

三中国智能传感器产业发展的三大不足

01关键技术尚未突破

克服传感器设计技术中的许多学科、理论、材料和工艺知识是一项极具挑战性的工作。由于人才短缺、高昂的研发费用和激烈的企业竞争，我国在一些常见的关键传感器技术方面尚未取得重大进展。

02工业化能力不足

由于中国企业缺乏先进的技术能力，行业规范尚未形成，国内传感器产品不匹配、不形成系列，重复制造、残酷竞争和工业化由此产生。它只能在相当长的一段时间内依赖进口，因为程度与品种和系列不相称。

03走向小型化

各种控制仪器的性能都在提高，传感器本身越小越好。这是因为每个组件的体积要求都在降低。为此，创新材料和加工技术是必要的。由硅材料制成的传感器数量仍然非常少。与由各种微处理技术（如激光）制成的硅加速度计相比，传统的加速度计通常由重力块和弹簧制成，它们体积巨大、不稳定、寿命短。性是优越的。

04走向微观功耗和被动发展

传感器通常将非电转换为电，因此在没有电源的情况下无法工作。在野外偏远地区作业时，他们经常使用电池或太阳能。无源传感器和微功耗传感器的发展是不可避免的。提高系统寿命和节能的开发策略低功耗芯片的开发目前正在加速。这方面的一个例子是T12702运算放大器，其工作电压仅为2.5 V，静态功耗低于1.5 A。

05走向智能数字化发展

随着现代化的推进，传感器的功能已经超过了它的常规用途。它的输出现在是由微型计算机处理的数字信号，其中一些甚至具有控制功能，而不是单个模拟信号（如0–10mV）。它被称为数字传感器。

06至网络开发

网络是传感器发展的一个关键领域，其好处和意义越来越明显。网络传感器将毫无疑问地推动电气技术的发展。

物联网发展的关键技术之一是智能传感器。它们不仅为现有行业提供了新的生命，还引领了传感器行业的发展趋势。它们对许多行业至关重要，包括农业、海洋、航空航天和工业领域。随着人工神经网络、人工智能和其他技术的进步，新一代智能传感器将出现。这些传感器在进步方面有着非常光明的未来。