智能传感器的功能和优势

在未来几年中，智能传感器将扩展到化学，电磁学，光学和核物理领域. 可以预见，越来越多的智能传感器将在我国国民经济的各个领域发挥作用. 下面的仙极网编辑介绍了智能传感器的功能和优点.

智能传感器随数字时代而生

从微处理器带来的数字革命到虚拟仪器（VXI）的迅猛发展，传感器的综合精度，稳定性，可靠性和响应要求越来越高. 传统传感器无法再适应各种测试要求. 随着微处理智能技术和微加工技术在传感器中的应用，智能传感器（Smart Sensor）应运而生.

目前，国际传感器领域已经就“智能传感器”的定义达成了基本共识，但中文翻译尚未完成. 本文中使用的术语“智能传感器”是个人引用. 就功能而言，智能传感器具有一项或多项敏感功能. 它可以完成信号检测，转换处理，逻辑判断，功能计算和双向通讯. 它可以在内部实现自检，自校准，自补偿，自诊断. 具有上述部分或全部功能的设备.

从使用的角度来看，传感器的准确性，稳定性和可靠性至关重要. 长期以来，大多数研究工作都集中在硬件上，尽管人们继续使用新材料来开发敏感设备，改善传感器芯片的制造工艺以提高芯片质量，以及提高传感器的线性度，稳定性和输出漂移. 传感器通过外部电路补偿方法. ，但是没有根本的突破.

在1970年代，微处理器享誉世界，带来了数字革命，并在促进仪器仪表的发展中发挥了巨大作用. 例如，在1990年代，虚拟仪器（VXI）的迅速发展使基于微型计算机的测量和控制系统要求传感器提供做出实时决策的数据. 随着系统自动化程度的提高和复杂性的增加，越来越需要传感器的整体精度，稳定性，可靠性和响应性. 传统传感器功能单一，性能不适合，不能满足多种测试要求，因此人们使用微处理器智能技术进行传感器的研究. 在1980年代末，人们将微加工技术应用于传感器，从而产生了一种新的概念传感器“智能传感器”-智能传感器.

智能传感器可以实现什么功能？

结合长期的研究和测试技术的实践经验，通过模拟人类感官和大脑的协调运动来提出智能传感器的功能. 它是一个相对独立的智能单元. 其外观减少了对原始硬件性能的苛刻要求，并且可以通过软件极大地提高传感器的性能.

1. 复合敏感功能----我们观察周围的自然现象. 常见的信号包括声音，光，电，热，力，化学等. 敏感分量通常以两种方式进行测量: 直接和间接测量. 智能传感器具有复合功能，可以同时测量各种物理和化学量，从而提供可以更充分反映物质运动规律的信息. 例如，美国加利福尼亚大学开发的复合液体传感器可以同时测量介质的温度，流速，压力和密度. 美国EG＆G IC传感器公司开发的复合机械传感器可以同时测量物体某个点的三维振动加速度，速度，位移等.

2. 自补偿和计算功能----从事传感器开发多年的工程技术人员已经对传感器的温度漂移和输出非线性进行了大量补偿，但是他们并没有从根本上解决问题. 智能传感器的自补偿和计算功能为传感器温度漂移和非线性补偿开辟了新途径. 这样，只要可以保证传感器的可重复性，就可以放宽对传感器的处理精度要求，利用微处理器通过软件来计算测试信号，并采用多次拟合和差值计算的方法. 补偿漂移和非线性智能传感器功能，从而获得更准确的测量结果.

3. 自检，自校准和自诊断功能-常规传感器需要定期检查和校准，以确保其在正常使用期间具有足够的精度. 这些任务通常需要将传感器从使用现场拆卸到实验室或检查部门. 无法及时诊断测量传感器的异常. 智能传感器的情况发生了很大变化. 首先，自诊断功能在打开电源时执行自检，然后执行诊断测试以确定组件是否有故障. 其次，可以根据使用时间进行更正. 微处理器使用存储在EPROM中的测量特性数据进行比较和校对.

4. 信息存储与传输----随着全智能分布式控制系统（Smart Distributed System）的迅速发展，要求智能单元具有通信功能，并使用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器的关键标志之一. 智能传感器通过发送测试数据或接收指令来实现各种功能. 增益设置，补偿参数设置，内部检查参数设置，测试数据输出等.

集成智能传感器

由于集成电路的发展，传感器和相应的电路被集成在同一芯片上，这种具有某些智能功能的传感器被称为集成智能传感器. 集成智能传感器的功能具有三个优点: 高信噪比: 传感器的归一化: 传感器的模拟信号由程控放大器归一化，然后通过模数转换为数字信号. 微处理器根据几种数字传输形式对数字进行标准化，例如串行，并行，频率，相位和脉冲等.

微加工技术和软件

智能传感器的制造基础是微加工技术. 对硅进行机械，化学和焊接处理，然后使用不同的包装技术进行包装. 近年来，LIGA工艺（已经开发出了X射线光刻深镀感光膜）用于制造传感器.

智能传感器通常具有非常实时的功能，尤其是动态测量通常需要在几微秒内收集，计算，处理和输出数据. 在程序的支持下，智能传感器的一系列功能得以实现. 例如功能的数量，基本性能，易用性和可靠的工作智能传感器功能，其中大多数在一定程度上取决于软件设计及其质量. 这些软件有五个主要类别. 包括比例转换，数字调零，非线性补偿，温度补偿，数字滤波技术. 申请情况

十几年前，美国霍尼韦尔公司开发了第一个智能传感器. 它是硅传感器技术与微处理器的计算和控制功能的结合，从而建立了新的传感器概念. 目前，智能传感器主要用于测量压力，力，振动，冲击加速度，流量，温度和湿度. 如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器，德国Strohrmann公司的二维加速度传感器等.

目前，智能传感器系统本身是数字的，但其通信法规仍使用4-20 mA的标准模拟信号. 相关的国际标准化研究机构正在积极推出国际规格的数字标准（现场总线）. 在当前过渡阶段，使用HART协议（高速可寻址远程传感器）. 这是用于智能传感器的通信协议，与现有的4-20 mA系统兼容，并且模拟和数字可以同时通信. 这使得来自不同制造商的产品具有通用性.

中国的智能传感器研究主要集中在研究机构和大学. 它始于1980年代中期，中国国防科学技术大学，北京航空航天大学，浙江大学和其他高等院校报告了他们的研究成果. 1990年代初，国内多家科研机构成功地采用混合集成技术开发了实用的智能传感器，这标志着中国的智能传感器研究已进入国际行列，但与国外先进技术相比，仍存在较大差距. 主要表现在: 1.先进的计算，仿真和设计方法； 2.先进的微加工技术和设备； 3.装备中的先进包装技术； 4.可靠性技术研究等. 因此，应加强技术研究并引进先进的设备以改善整体水平是我们未来工作的方向.

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