论文部分内容阅读
【摘 要】智能传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在飞速发展的现代传感器技术。随着国内各领域的蓬勃发展，各行业对传感器的性能要求越来越高。传统传感器在各领域的应用具有很大的局限性，具有创新以及各技术领域交叉结合特性的智能传感器有了巨大的发展空间。为此，本文就智能传感器的在各领域的应用以及发展趋势作出了简要阐述。
【关键词】智能传感器 应用研究 发展趋势
一、智能传感器的基本概念
智能传感器是由传统传感器和微处理器相结合而构成的。它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理。并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳。微处理器是智能传感器的核心。它不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储、数据处理。还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器充分发挥了各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而降低了传感器制造的难度。提高了传感器的性能，减少了传感器的成本。需要指出的是。除微处理器以外，智能传感器相对于传统传感器的另一显著特征是其信号调理电路，被测的物理量转换成相应的电信号后，送到信号调理电路中。再送入微处理器中进行处理。
二、智能传感器的应用现状
（一）智能传感器的应用方向
在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量，利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算，可推断出产品的质量。虚拟化、网络化和信息融合技术是智能传感器发展完善的三个主要方向。虚拟化是利用通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能，虚拟化传感器可缩短产品开发周期，降低成本，提高可靠性。网络化智能传感器是将利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间数据交换和共享。多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合，形成更为精确的被测对象特性和参数。
（二）智能传感器当前应用领域
1.在汽车领域的应用。到目前为止，最成功的智能传感器足为规模化生产的汽车工业开发的智能传感器，在汽车女全行驶系统、车身系统、智能交通系统等领域的应用己经比较广泛。例如：轮胎压力监测系统用来监测汽车轮胎压力和温度的一种监测系统。一个TPMS有4至5个RTPM模块；中央监视器接收到RTPM模块发射的信号，并将各个轮胎的温度和压力数据显示在屏幕上，以供驾驶者参考。如果轮胎的温度或压力出现异常，中央监视器可根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取一定的措施。
2.在气体分析方而的应用。在环境监测领域，智能传感器己经有了不少典型的应用案例。在2010年召开的的DARPA微系统技术研讨会的会议海报上介绍了一种微气体分析仪，通过微型、快速、超低功耗、芯片级尺度微气体分析仪，能够检测270种分析物和干扰物，用于边境预警用传感器网络的构建。仪器也非常节能，每次分析能耗2.6J。
3.在航天航空领域的应用。用于制造航天飞机和飞机的材料是有使用寿命的，因此NASA经常要检查运载火箭、乘员舱、燃料箱和其它结构件的健康状况。它的工作原理是：传感器产生的电磁波在结构部件中传播，电磁波被其它的传感器接收，最后将数据传输到计算机中进行处理，提供了一种结构健康监测的实现方法。
4.在通信方而的应用。智能传感器的一个技术突破就是通信功能采用标准化接口。IEEE1451系列变送器接口标准使变送器到网络的连接和设备间的相互更加地便利，有研究者将IEEE 1451与其他标准结合，取得了很好的效果。刘龙等将IEEE 1451.2标准与射频技术结合，以A-DUC812单片机为核心，应用射频芯片Nrf24e1、振动传感器ADXL210与温度传感器DS18B20设计无线智能传感器节点；蔡永娟等把IEEE 1451和SWE两个标准的长处进行结合，总结出一个新型的传感器标准化架构。
三、智能化传感器技术发展趋势
（一）向高精度发展
随着自动化生产程度的提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。
（二）向高可靠性、宽温度范围发展
传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。
（三）向微型化发展
各种控制仪器设备的功能越来越强，要求各个部件体积越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。目前，智能传感器主要应用在工业生产过程参数的测量中，如智能温度传感器、智能压力传感器、智能流量传感器和智能液位传感器，最典型的产品当属ST-3000智能传感器，它在电力、化工和冶金等工业部门有较多的应用。
智能化传感器的出现与发展改变了传统传感器的设计理念，以及现代化工业的生产方式，它为用户提供了一种崭新的获取信息以及处理信息的方式，实现的现代化工业以高度集成，提升了生产效率，同时为人们的生活带来了很多新的改变。同时智能化传感器的发展与工业水平的发展息息相关，两者相互促进，在解决大型机械自动化进程的同时，自动化传感器逐渐向更精密的微元方向进一步发展，这会推动更多的自动化领域的发展与健全，极大的改善人类的生产以及生活水平。因此，全力推动智能化传感器的发展是扩大工业生产，提升生产效率的重要前提，并且需要国家根据当今国家发展现状，合理规划发展布局，推动智能化及自动化的全面发展，相信在不久的将来，智能化传感器能为我们的生活带来更多的变化。
参考文献：
[1]邵云龙，陈越.浅析智能传感器技术[J].科协论坛（下半月），2011，（07）
[2]姜书汉.智能传感器的主要功能和应用发展[J].物联网技术，2011，（05）
[3]黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用 [M].电子科技大学出版社，1999.
[4]沙占友.智能传感器系统设计与应用 [M].电子工业出版社， 2004.
【关键词】智能传感器 应用研究 发展趋势
一、智能传感器的基本概念
智能传感器是由传统传感器和微处理器相结合而构成的。它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理。并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳。微处理器是智能传感器的核心。它不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储、数据处理。还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器充分发挥了各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而降低了传感器制造的难度。提高了传感器的性能，减少了传感器的成本。需要指出的是。除微处理器以外，智能传感器相对于传统传感器的另一显著特征是其信号调理电路，被测的物理量转换成相应的电信号后，送到信号调理电路中。再送入微处理器中进行处理。
二、智能传感器的应用现状
（一）智能传感器的应用方向
在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量，利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算，可推断出产品的质量。虚拟化、网络化和信息融合技术是智能传感器发展完善的三个主要方向。虚拟化是利用通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能，虚拟化传感器可缩短产品开发周期，降低成本，提高可靠性。网络化智能传感器是将利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间数据交换和共享。多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合，形成更为精确的被测对象特性和参数。
（二）智能传感器当前应用领域
1.在汽车领域的应用。到目前为止，最成功的智能传感器足为规模化生产的汽车工业开发的智能传感器，在汽车女全行驶系统、车身系统、智能交通系统等领域的应用己经比较广泛。例如：轮胎压力监测系统用来监测汽车轮胎压力和温度的一种监测系统。一个TPMS有4至5个RTPM模块；中央监视器接收到RTPM模块发射的信号，并将各个轮胎的温度和压力数据显示在屏幕上，以供驾驶者参考。如果轮胎的温度或压力出现异常，中央监视器可根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取一定的措施。
2.在气体分析方而的应用。在环境监测领域，智能传感器己经有了不少典型的应用案例。在2010年召开的的DARPA微系统技术研讨会的会议海报上介绍了一种微气体分析仪，通过微型、快速、超低功耗、芯片级尺度微气体分析仪，能够检测270种分析物和干扰物，用于边境预警用传感器网络的构建。仪器也非常节能，每次分析能耗2.6J。
3.在航天航空领域的应用。用于制造航天飞机和飞机的材料是有使用寿命的，因此NASA经常要检查运载火箭、乘员舱、燃料箱和其它结构件的健康状况。它的工作原理是：传感器产生的电磁波在结构部件中传播，电磁波被其它的传感器接收，最后将数据传输到计算机中进行处理，提供了一种结构健康监测的实现方法。
4.在通信方而的应用。智能传感器的一个技术突破就是通信功能采用标准化接口。IEEE1451系列变送器接口标准使变送器到网络的连接和设备间的相互更加地便利，有研究者将IEEE 1451与其他标准结合，取得了很好的效果。刘龙等将IEEE 1451.2标准与射频技术结合，以A-DUC812单片机为核心，应用射频芯片Nrf24e1、振动传感器ADXL210与温度传感器DS18B20设计无线智能传感器节点；蔡永娟等把IEEE 1451和SWE两个标准的长处进行结合，总结出一个新型的传感器标准化架构。
三、智能化传感器技术发展趋势
（一）向高精度发展
随着自动化生产程度的提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。
（二）向高可靠性、宽温度范围发展
传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。
（三）向微型化发展
各种控制仪器设备的功能越来越强，要求各个部件体积越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。目前，智能传感器主要应用在工业生产过程参数的测量中，如智能温度传感器、智能压力传感器、智能流量传感器和智能液位传感器，最典型的产品当属ST-3000智能传感器，它在电力、化工和冶金等工业部门有较多的应用。
智能化传感器的出现与发展改变了传统传感器的设计理念，以及现代化工业的生产方式，它为用户提供了一种崭新的获取信息以及处理信息的方式，实现的现代化工业以高度集成，提升了生产效率，同时为人们的生活带来了很多新的改变。同时智能化传感器的发展与工业水平的发展息息相关，两者相互促进，在解决大型机械自动化进程的同时，自动化传感器逐渐向更精密的微元方向进一步发展，这会推动更多的自动化领域的发展与健全，极大的改善人类的生产以及生活水平。因此，全力推动智能化传感器的发展是扩大工业生产，提升生产效率的重要前提，并且需要国家根据当今国家发展现状，合理规划发展布局，推动智能化及自动化的全面发展，相信在不久的将来，智能化传感器能为我们的生活带来更多的变化。
参考文献：
[1]邵云龙，陈越.浅析智能传感器技术[J].科协论坛（下半月），2011，（07）
[2]姜书汉.智能传感器的主要功能和应用发展[J].物联网技术，2011，（05）
[3]黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用 [M].电子科技大学出版社，1999.
[4]沙占友.智能传感器系统设计与应用 [M].电子工业出版社， 2004.