智能傳感器隨數(shù)字化時代誕生

從微處理器帶來的數(shù)字化革命到虛擬儀器(VXI)的飛速發(fā)展，對傳感器的綜合精度、穩(wěn)定可靠性和響應(yīng)要求越來越高，傳統(tǒng)傳感器已不能適應(yīng)多種測試要求，隨著微處理智能技術(shù)和微機械加工技術(shù)在傳感器上的應(yīng)用，智能傳感器(SmartSensor)誕生了。

目前，國際傳感器領(lǐng)域已對“SmartSensor”定義形成了基本共識，但中文譯法尚未形成定論，本文所用的"智能傳感器"一詞屬個人引用。智能傳感器從其功能來說是具有一種或多種敏感功能，能夠完成信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通訊，內(nèi)部可實現(xiàn)自檢、自校、自補償、自診斷、具備以上部分功能或全部功能的器件。

從使用的角度，傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是至關(guān)重要的。長期以來研究工作大都集中在硬件方面，雖然人們不斷利用新材料研制敏感器件，改進傳感器芯片的制造工藝方法來提高芯片的質(zhì)量以及通過外電路補償方法來改善傳感器的線性度、穩(wěn)定性和輸出漂移，但都沒有根本性的突破。

七十年代，微處理器舉世矚目的成就帶來了數(shù)字化的革命，對儀器儀表的發(fā)展起了巨大的推動作用。如九十年代的虛擬儀器(VXI)飛速發(fā)展，使以微型計算機為基礎(chǔ)的測控系統(tǒng)都需要傳感器來提供賴以作出實時決策的數(shù)據(jù)。隨著系統(tǒng)自動化程度的提高和復(fù)雜性的增加，對傳感器的綜合精度、穩(wěn)定可靠性和響應(yīng)要求越來越高。傳統(tǒng)的傳感器因其功能單一、性能不適應(yīng)、不能滿足多種測試要求，為此人們利用微處理器智能技術(shù)用于傳感器。八十年代末期，人們又將微機械加工技術(shù)應(yīng)用到傳感器，從而產(chǎn)生新概念傳感器“Smart Sensor”--智能傳感器。

可實現(xiàn)的功能

智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動作，結(jié)合長期以來測試技術(shù)的研究和實際經(jīng)驗而提出來的。是一個相對獨立的智能單元，它的出現(xiàn)對原來硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。

1.復(fù)合敏感功能----我們觀察周圍的自然現(xiàn)象，常見的信號有聲、光、電、熱、力、化學(xué)等。敏感元件測量一般通過兩種方式：直接和間接的測量。而智能傳感器具有復(fù)合功能，能夠同時測量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運動規(guī)律的信息。如美國加利弗尼亞大學(xué)研制的復(fù)合液體傳感器，可同時測量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。美國EG&GICSensors公司研制的復(fù)合力學(xué)傳感器，可同時測量物體某一點的三維振動加速度、速度、位移，等等。

2.自補償和計算功能----多年來從事傳感器研制的工程技術(shù)人員一直為傳感器的溫度漂移和輸出非線性作大量的補償工作，但都沒有從根本上解決問題。而智能傳感器的自補償和計算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補償開辟了新的道路。這樣，放寬傳感器加工精密度要求，只要能保證傳感器的重復(fù)性好，利用微處理器對測試的信號通過軟件計算，采用多次擬合和差值計算方法對漂移和非線性進行補償，從而能獲得較精確的測量結(jié)果。

3.自檢、自校、自診斷功能----普通傳感器需要定期檢驗和標(biāo)定，以保證它在正常使用時足夠的準(zhǔn)確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場拆卸送到實驗室或檢驗部門進行。