智能(néng)傳感器随數字化時代誕生
　　
　　從微處理(lǐ)器帶來的數字化革命到虛拟儀器（VXI）的飛速發展，對傳感器的綜合精(jīng)度、穩定可(kě)靠性和響應要求越來越高，傳統傳感器已不能(néng)适應多(duō)種測試要求，随着微處理(lǐ)智能(néng)技(jì )術和微機械加工(gōng)技(jì )術在傳感器上的應用(yòng)，智能(néng)傳感器（Smart Sensor）誕生了。
　　
　　目前，國(guó)際傳感器領域已對"Smart Sensor"定義形成了基本共識，但中(zhōng)文(wén)譯法尚未形成定論，本文(wén)所用(yòng)的"智能(néng)傳感器"一詞屬個人引用(yòng)。智能(néng)傳感器從其功能(néng)來說是具(jù)有(yǒu)一種或多(duō)種敏感功能(néng)，能(néng)夠完成信号探測、變換處理(lǐ)、邏輯判斷、功能(néng)計算、雙向通訊，内部可(kě)實現自檢、自校、自補償、自診斷、具(jù)備以上部分(fēn)功能(néng)或全部功能(néng)的器件。
　　
　　從使用(yòng)的角度，傳感器的準确度、穩定性和可(kě)靠性是至關重要的。長(cháng)期以來研究工(gōng)作(zuò)大都集中(zhōng)在硬件方面，雖然人們不斷利用(yòng)新(xīn)材料研制敏感器件，改進傳感器芯片的制造工(gōng)藝方法來提高芯片的質(zhì)量以及通過外電(diàn)路補償方法來改善傳感器的線(xiàn)性度、穩定性和輸出漂移，但都沒有(yǒu)根本性的突破。
　　
　　七十年代，微處理(lǐ)器舉世矚目的成就帶來了數字化的革命，對儀器儀表的發展起了巨大的推動作(zuò)用(yòng)。如九十年代的虛拟儀器（VXI）飛速發展，使以微型計算機為(wèi)基礎的測控系統都需要傳感器來提供賴以作(zuò)出實時決策的數據。随着系統自動化程度的提高和複雜性的增加，對傳感器的綜合精(jīng)度、穩定可(kě)靠性和響應要求越來越高。傳統的傳感器因其功能(néng)單一、性能(néng)不适應、不能(néng)滿足多(duō)種測試要求，為(wèi)此人們利用(yòng)微處理(lǐ)器智能(néng)技(jì )術用(yòng)于傳感器。八十年代末期，人們又(yòu)将微機械加工(gōng)技(jì )術應用(yòng)到傳感器，從而産(chǎn)生新(xīn)概念傳感器"Smart Sensor"--智能(néng)傳感器。
　　
　　可(kě)實現的功能(néng)
　　
　　智能(néng)傳感器的功能(néng)是通過模拟人的感官和大腦的協調動作(zuò)，結合長(cháng)期以來測試技(jì )術的研究和實際經驗而提出來的。是一個相對獨立的智能(néng)單元，它的出現對原來硬件性能(néng)苛刻要求有(yǒu)所減輕，而靠軟件幫助可(kě)以使傳感器的性能(néng)大幅度提高。
　　
　　1.複合敏感功能(néng)----我們觀察周圍的自然現象，常見的信号有(yǒu)聲、光、電(diàn)、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(néng)傳感器具(jù)有(yǒu)複合功能(néng)，能(néng)夠同時測量多(duō)種物(wù)理(lǐ)量和化學(xué)量，給出能(néng)夠較全面反映物(wù)質(zhì)運動規律的信息。如美國(guó)加利弗尼亞大學(xué)研制的複合液體(tǐ)傳感器，可(kě)同時測量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。美國(guó)EG&GICSensors公(gōng)司研制的複合力學(xué)傳感器，可(kě)同時測量物(wù)體(tǐ)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(néng)----多(duō)年來從事傳感器研制的工(gōng)程技(jì )術人員一直為(wèi)傳感器的溫度漂移和輸出非線(xiàn)性作(zuò)大量的補償工(gōng)作(zuò)，但都沒有(yǒu)從根本上解決問題。而智能(néng)傳感器的自補償和計算功能(néng)為(wèi)傳感器的溫度漂移和非線(xiàn)性補償開辟了新(xīn)的道路。這樣，放寬傳感器加工(gōng)精(jīng)密度要求，隻要能(néng)保證傳感器的重複性好，利用(yòng)微處理(lǐ)器對測試的信号通過軟件計算，采用(yòng)多(duō)次拟合和差值計算方法對漂移和非線(xiàn)性進行補償，從而能(néng)獲得較精(jīng)确的測量結果。
　　
　　3.自檢、自校、自診斷功能(néng)----普通傳感器需要定期檢驗和标定，以保證它在正常使用(yòng)時足夠的準确度，這些工(gōng)作(zuò)一般要求将傳感器從使用(yòng)現場拆卸送到實驗室或檢驗部門進行。對于在線(xiàn)測量傳感器出現異常則不能(néng)及時診斷。采用(yòng)智能(néng)傳感器情況則大有(yǒu)改觀，首先自診斷功能(néng)在電(diàn)源接通時進行自檢，診斷測試以确定組件有(yǒu)無故障。其次根據使用(yòng)時間可(kě)以在線(xiàn)進行校正，微處理(lǐ)器利用(yòng)存在EPROM内的計量特性數據進行對比校對。
　　
　　4.信息存儲和傳輸----随着全智能(néng)集散控制系統（SmartDistributedSystem）的飛速發展，對智能(néng)單元要求具(jù)備通信功能(néng)，用(yòng)通信網絡以數字形式進行雙向通信，這也是智能(néng)傳感器關鍵标志(zhì)之一。智能(néng)傳感器通過測試數據傳輸或接收指令來實現各項功能(néng)。如增益的設置、補償參數的設置、内檢參數設置、測試數據輸出等。
　　
　　智能(néng)傳感器的集成化
　　
　　由于大規模集成電(diàn)路的發展使得傳感器與相應的電(diàn)路都集成到同一芯片上，而這種具(jù)有(yǒu)某些智能(néng)功能(néng)的傳感器叫作(zuò)集成智能(néng)傳感器集成智能(néng)傳感器的功能(néng)有(yǒu)三個方面的優點：較高信噪比：傳感器的弱信号先經集成電(diàn)路信号放大後再遠(yuǎn)距離傳送，就可(kě)大大改進信噪比。改善性能(néng)：由于傳感器與電(diàn)路集成于同一芯片上，對于傳感器的零漂、溫漂和零位可(kě)以通過自校單元定期自動校準，又(yòu)可(kě)以采用(yòng)适當的反饋方式改善傳感器的頻響。信号規一化：傳感器的模拟信号通過程控放大器進行規一化，又(yòu)通過模數轉換成數字信号，微處理(lǐ)器按數字傳輸的幾種形式進行數字規一化，如串行、并行、頻率、相位和脈沖等。
　　
　　微機械加工(gōng)技(jì )術與軟件
　　
　　智能(néng)傳感器的制造基礎是微機械加工(gōng)技(jì )術，将矽進行機械、化學(xué)、焊接加工(gōng)，再采用(yòng)不同的封裝(zhuāng)技(jì )術來封裝(zhuāng)，近幾年又(yòu)發展了一種LIGA工(gōng)藝（深層X射線(xiàn)光刻電(diàn)鍍成敏膜）用(yòng)于制造傳感器。
　　
　　智能(néng)傳感器一般具(jù)有(yǒu)實時性很(hěn)強的功能(néng)，尤其動态測量時常要求在幾微秒(miǎo)内完成數據采集、計算、處理(lǐ)和輸出。智能(néng)傳感器的一系列功能(néng)都是在程序支持下進行。如功能(néng)多(duō)少、基本性能(néng)、方便使用(yòng)、工(gōng)作(zuò)可(kě)靠，大都在一定程度上依賴于軟件設計和其質(zhì)量，這些軟件主要有(yǒu)五大類。包括标度換算、數字調零、非線(xiàn)性補償、溫度補償、數字濾波技(jì )術。國(guó)内外的應用(yòng)狀況
　　
　　十幾年前，美國(guó)Honeywell公(gōng)司研制第一隻智能(néng)傳感器。它是将矽敏感元件技(jì )術與微處理(lǐ)器的計算、控制能(néng)力結合在一起，建立了新(xīn)的傳感器概念。目前智能(néng)傳感器多(duō)使用(yòng)于壓力、力、振動沖擊加速度、流量、溫濕度的測量。如美國(guó)Honeywell公(gōng)司的ST3000系列全智能(néng)變送器，德(dé)國(guó)Strohrmann公(gōng)司的二維加速度傳感器等。
　　
　　目前智能(néng)傳感器系統本身都是數字式的，但其通信規定仍采用(yòng)4～20mA的标準模拟信号。國(guó)際上有(yǒu)關标準化研究機構正在積極推出國(guó)際規格的數字标準（現場總線(xiàn)）。在現在的過渡階段采用(yòng)了HART協議（Highway Addressable Remote Transducer，尋址遠(yuǎn)程傳感器數據線(xiàn)）。這是一種智能(néng)傳感器的通信協議，與現有(yǒu)的4～20mA的系統兼容，模拟與數字可(kě)以同時進行通信。這樣使不同生産(chǎn)廠家的産(chǎn)品具(jù)有(yǒu)通用(yòng)性。
　　
　　我國(guó)智能(néng)傳感器的研究主要集中(zhōng)在專業研究所和大學(xué)，始于八十年代中(zhōng)期，八十年代末中(zhōng)國(guó)國(guó)防科(kē)技(jì )大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)等大專院校相繼報道了研究成果。九十年代初，國(guó)内幾家研究機構采用(yòng)混合集成技(jì )術成功的研制出實用(yòng)的智能(néng)傳感器，标志(zhì)着我國(guó)智能(néng)傳感器的研究進入了國(guó)際行列，但是與國(guó)外的先進技(jì )術相比，我們還有(yǒu)較大差距。主要在：1、先進的計算、模拟和設計方法，2、先進的微機械加工(gōng)技(jì )術與設備，3、先進的封裝(zhuāng)技(jì )術于設備，4、可(kě)靠性技(jì )術研究等方面。所以加強技(jì )術的研究和引進先進設備，提高整體(tǐ)水平是我們今後努力的方向。
　　
　　今後幾年中(zhōng)，智能(néng)傳感器将擴展到化學(xué)、電(diàn)磁、光學(xué)和核物(wù)理(lǐ)等領域，可(kě)以預見，越來越多(duō)的智能(néng)傳感器将會在我國(guó)國(guó)民(mín)經濟的各個領域發揮作(zuò)用(yòng)。