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摘要：智能传感器是传感技术发展的方向。介绍智能传感器的概念、功能、结构、特点以及它们的应用和发展趋势。
关键词：智能 传感器
传感器象人的五官一样，是获取信息的重要工具。它在工业生产、国防建设和科学技术领域发挥着巨大的作用。但与飞速发展的计算机相比较，作为“五官”的传感器远远赶不上作为“大脑”的计算机的发展速度。
随着测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。传统的传感器已不能满足这样的要求。国外有的文章称传统的传感器为Dumb sensor（愚蠢的、笨哑的传感器）。另外，为制造高性能的传感器，光靠改进材料工艺也很困难，需要利用计算机技术与传感器技术相结合，弥补其性能的不足，计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革，微处理器（或微计算机）和传感器相结合，产生功能强大的智能传感器。国外称为Intelligent sensor（智能传感器）或Smart-sensor（灵巧的、机敏的、智能传感器）。另外，传统的传感器一般只能测量一个参数，有些场合需要同时测量多个参数的体积小的多功能传感器。现在多国科学家已重视这一方向的开拓，并已研制出一些多功能传感器。
1 传感器的智能化
目前国内外学者普遍认为.智能传感器是由传统的传感器和微处理器（或微计算机）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。
传统的传感器只能作为敏感元件，检测物理量的变化，而智能传感器则包括测量信号调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据处理、数据显示以及自校自检自补偿等功能，图1是智能传感器的原理框图。
图1 智能传感器原理框图
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各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低了传感器制造的难度，提高传感器的性能，降低成本。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，进行滤波、放大、转换，再送入计算机（微处理器）中进行处理。与计算机技术的结合，使智能传感器相对于传统传感器具有如下功能：
①自补偿能力：通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。
②操作者输入零值或某一标准量值后，自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。
③自诊断功能：接通电源后，可对传感器进行自检，检查传感器各部分是否正常，并可诊断发生故障的不见。
④数值处理功能：可以根据智能传感器内部程序，自动处理数据，，如进行统计处理，剔除异常值等。
⑤双向通信功能：微处理器和基本传感器之间构成闭环，微处理器不但接收、处理传感器的数据，还可将信息反馈至传感器，对测量过程进行调节和控制。
⑥信息存储和记忆功能。
⑦数字量输出功能：输出数字信号，可方便地和计算机或接口总线相连。
日前，世界各国都在研制和开发各类智能传感器，随着科学技术的不断发展，智能传感器的功能将逐步增强，它将利用人工神纤网络、人工智能、信息处理技术（如信息融合技术、模糊理论等），使传感器具有更加高级的功能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能，并可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务。
随着计算机技术的飞速发展，智能传感器技术必将大放异彩。
2 智能传感器的发展状况
2.1 物理转化机理
由于集成智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正，得到一个线性度非常好的输出结果，从而消除了非线性传递对传感器应用的制约。该机理具有稳定性好、精确度高、灵敏度高的特点。利用同一硅片上集成的智能检测电路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国际上传感器领域的一个研究热点。
2.2 数据融合理论
数据融合是集成智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的热点，对于多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命。
2.3 CMOS工艺兼容
目前，国外在研究二次集成技术的同时，集成智能传感器在工艺上的研究热点集中在研制与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及制造工艺流程，探求在制造工艺和微机械加工技术上有所突破。
2.4 传感器的微型化
集成智能传感器的微型化决不仅是尺寸上的缩微与减少，而且是一种具有新机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。其微型化主要基于以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上的增强性；各要素的集成化和用途上的多樣化；功能上的系统化、智能化和结构上的复合性。
3 智能传感器的应用
3.1 立信眼球
由爱立信微波技术公司研制的ERIEYE（爱立信眼球）采用了智能传感器技术和一个用户界面友好的指挥和控制系统，可以快速获取准确和综合的信息。它是一种出色的雷达系统，可以在陆地和水面上分辨和跟踪海上及空中目标，通过仪器观测到的距离远远超过了地平线之外。
3.2 计算机视觉系统
在计算机视觉系统中，智能传感器不仅直接确定数据集的范围，还通过测量确保系统的安全。获得需要到达的地点信息，安置系统以得到高质量的信息。适应实践和环境的变化，甚至获得特殊的指令，控制器件的动作。
4 现状与发展
目前，世界各国都在研制与开发各种智能传感器和多功能传感器。其中最成功的是美国Honeywell公司研制的DSTJ-3000智能压差压力传感器在同一块半导体基片上用离子注入法配置扩散了压差、静压和温度三个敏感元件，整个传感器还包括变换器、多路转换器、脉冲调制、微处理器和数字量输出接口等。
智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学、材料科学互相结合的综合密集型技术。目前各国科学家正在按下列技术途径开发研究：
（1）利用新型材料研制基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础，它的制作及其性能对整个智能传感器影响甚大。除硅材料具有优良的物理特性，能够方便地制成各种集成传感器。此外还有功能陶瓷、石英、记忆合金等都是制作传感器的优质材料。
（2）利用新的加工技术。近年来利用微加工技术日趋成熟，可以加工高性能的微结构传感器、ASIC制作技术，也可用于制造智能传感器。
（3）采用新的测量原理和方法。谐振式传感器输出数字量，可以直接和微机及接口总线连接，不用A/D转换器。另外，光纤传感器、化学传感器、生物传感器新型传感器，为智能传感器提供新的信息来源。■
参考文献
1.Clarkson M. Smart Sensors. Sensors， 1997， 14：14
2.White N. Intelligent Sensors. Sensor Review 1997，17（2）；9
3.ィンテリヅェントセンサシステムの现状と展望。日本电气学会，电气学会技术报告（Ⅱ）部第272号，昭和63年6月，P4～5
4.刘凯，陈志东，邹德福，马丽敏. MEMS传感器和智能传感器的发展.仪表技术与传感器.2007，9
5.缪晓波.智能传感器·网络传感器·信息传感器.传感器世界[J].2000，1
关键词：智能 传感器
传感器象人的五官一样，是获取信息的重要工具。它在工业生产、国防建设和科学技术领域发挥着巨大的作用。但与飞速发展的计算机相比较，作为“五官”的传感器远远赶不上作为“大脑”的计算机的发展速度。
随着测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。传统的传感器已不能满足这样的要求。国外有的文章称传统的传感器为Dumb sensor（愚蠢的、笨哑的传感器）。另外，为制造高性能的传感器，光靠改进材料工艺也很困难，需要利用计算机技术与传感器技术相结合，弥补其性能的不足，计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革，微处理器（或微计算机）和传感器相结合，产生功能强大的智能传感器。国外称为Intelligent sensor（智能传感器）或Smart-sensor（灵巧的、机敏的、智能传感器）。另外，传统的传感器一般只能测量一个参数，有些场合需要同时测量多个参数的体积小的多功能传感器。现在多国科学家已重视这一方向的开拓，并已研制出一些多功能传感器。
1 传感器的智能化
目前国内外学者普遍认为.智能传感器是由传统的传感器和微处理器（或微计算机）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。
传统的传感器只能作为敏感元件，检测物理量的变化，而智能传感器则包括测量信号调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据处理、数据显示以及自校自检自补偿等功能，图1是智能传感器的原理框图。
图1 智能传感器原理框图
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各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低了传感器制造的难度，提高传感器的性能，降低成本。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，进行滤波、放大、转换，再送入计算机（微处理器）中进行处理。与计算机技术的结合，使智能传感器相对于传统传感器具有如下功能：
①自补偿能力：通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。
②操作者输入零值或某一标准量值后，自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。
③自诊断功能：接通电源后，可对传感器进行自检，检查传感器各部分是否正常，并可诊断发生故障的不见。
④数值处理功能：可以根据智能传感器内部程序，自动处理数据，，如进行统计处理，剔除异常值等。
⑤双向通信功能：微处理器和基本传感器之间构成闭环，微处理器不但接收、处理传感器的数据，还可将信息反馈至传感器，对测量过程进行调节和控制。
⑥信息存储和记忆功能。
⑦数字量输出功能：输出数字信号，可方便地和计算机或接口总线相连。
日前，世界各国都在研制和开发各类智能传感器，随着科学技术的不断发展，智能传感器的功能将逐步增强，它将利用人工神纤网络、人工智能、信息处理技术（如信息融合技术、模糊理论等），使传感器具有更加高级的功能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能，并可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务。
随着计算机技术的飞速发展，智能传感器技术必将大放异彩。
2 智能传感器的发展状况
2.1 物理转化机理
由于集成智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正，得到一个线性度非常好的输出结果，从而消除了非线性传递对传感器应用的制约。该机理具有稳定性好、精确度高、灵敏度高的特点。利用同一硅片上集成的智能检测电路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国际上传感器领域的一个研究热点。
2.2 数据融合理论
数据融合是集成智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的热点，对于多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命。
2.3 CMOS工艺兼容
目前，国外在研究二次集成技术的同时，集成智能传感器在工艺上的研究热点集中在研制与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及制造工艺流程，探求在制造工艺和微机械加工技术上有所突破。
2.4 传感器的微型化
集成智能传感器的微型化决不仅是尺寸上的缩微与减少，而且是一种具有新机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。其微型化主要基于以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上的增强性；各要素的集成化和用途上的多樣化；功能上的系统化、智能化和结构上的复合性。
3 智能传感器的应用
3.1 立信眼球
由爱立信微波技术公司研制的ERIEYE（爱立信眼球）采用了智能传感器技术和一个用户界面友好的指挥和控制系统，可以快速获取准确和综合的信息。它是一种出色的雷达系统，可以在陆地和水面上分辨和跟踪海上及空中目标，通过仪器观测到的距离远远超过了地平线之外。
3.2 计算机视觉系统
在计算机视觉系统中，智能传感器不仅直接确定数据集的范围，还通过测量确保系统的安全。获得需要到达的地点信息，安置系统以得到高质量的信息。适应实践和环境的变化，甚至获得特殊的指令，控制器件的动作。
4 现状与发展
目前，世界各国都在研制与开发各种智能传感器和多功能传感器。其中最成功的是美国Honeywell公司研制的DSTJ-3000智能压差压力传感器在同一块半导体基片上用离子注入法配置扩散了压差、静压和温度三个敏感元件，整个传感器还包括变换器、多路转换器、脉冲调制、微处理器和数字量输出接口等。
智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学、材料科学互相结合的综合密集型技术。目前各国科学家正在按下列技术途径开发研究：
（1）利用新型材料研制基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础，它的制作及其性能对整个智能传感器影响甚大。除硅材料具有优良的物理特性，能够方便地制成各种集成传感器。此外还有功能陶瓷、石英、记忆合金等都是制作传感器的优质材料。
（2）利用新的加工技术。近年来利用微加工技术日趋成熟，可以加工高性能的微结构传感器、ASIC制作技术，也可用于制造智能传感器。
（3）采用新的测量原理和方法。谐振式传感器输出数字量，可以直接和微机及接口总线连接，不用A/D转换器。另外，光纤传感器、化学传感器、生物传感器新型传感器，为智能传感器提供新的信息来源。■
参考文献
1.Clarkson M. Smart Sensors. Sensors， 1997， 14：14
2.White N. Intelligent Sensors. Sensor Review 1997，17（2）；9
3.ィンテリヅェントセンサシステムの现状と展望。日本电气学会，电气学会技术报告（Ⅱ）部第272号，昭和63年6月，P4～5
4.刘凯，陈志东，邹德福，马丽敏. MEMS传感器和智能传感器的发展.仪表技术与传感器.2007，9
5.缪晓波.智能传感器·网络传感器·信息传感器.传感器世界[J].2000，1