導讀：智能傳感器，指具有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器。不僅具有傳統傳感器的各種功能，而且還具有數據處理、故障診斷、非線性處理、自校正、自調整以及人機通信等多種功能。
智能傳感器由什麼組成？
經過多年的發展，智能傳感器已進化到第四代智能傳感器，一般由傳感器模塊、計算模塊、通信模塊與電源模塊組成。如果把智能傳感器類比人體系統，可以更好地理解智能傳感器的結構組成。傳感模塊（相當於耳鼻等感覺器官）接受被測量信號；然後通過通信模塊（相當於人的神經網絡）傳遞給計算模塊（相當於人體大腦），進行一系列的信號處理；最後把處理結果輸出給執行器（相當於肢體）做出相應動作。
即：
傳感器模塊負責信息採集，類比人體的感覺器官；
通信模塊負責信號傳輸，類比人體的神經網絡；
計算機模塊負責信息處理，類比人體的大腦。
智能傳感器把“感知”與“認知”結合起來，起到人體的“五感”功能的作用，要感知各種現象，並實現判斷、推理、鑑別功能，最終完成各種動作與任務，全程自動化。
智能傳感器都有哪些特點？
與傳統傳感器相比，智能傳感器有著精度高、可靠性強、微型化和低功耗等特點。
精度高：智能傳感器可以通過自動校零去除零點誤差，與標準參考基準實時對比以自動進行整體系統標定，自動進行整體系統的非線性等系統誤差的校正，通過對採集的大量數據的處理以消除偶然誤差，保證智能傳感器有較高的精度。
可靠性高和穩定性強：智能傳感器能自動補償因工作條件與環境參數變化引起的系統特性的漂移，比如溫度變化產生的零點與靈敏度的漂移；在被測參數變化後能自動改換量程；能實時自動進行系統的自我檢驗，分析判斷數據的合理性，並給出異常情況的應急處理方案等。
高信噪比和高分辨率：智能傳感器具有數據儲存、記憶與信息處理的功能，可通過軟件進行數字濾波、數據分析等，故可以除去數據中的噪聲，提取出有效信號；也可通過數據融合和神經網絡技術，消除多參數狀態下交叉靈敏度的影響，從而保證對特定參數的測量有較高的分辨能力。
自適應能力強：智能傳感器可根據系統工作的情況來決策各部分的供電情況、優化與上位計算機的數據傳送速率，保證系統工作在最優低功耗狀態。
性價比高：智能傳感器不像傳統傳感器那樣追求傳感器本身的完美，對傳感器各個環節進行精心設計與調試，而是結合微處理器和微計算機，採用低價的集成電路工藝和MEMS工藝，加上強大的軟件，來實現相應的功能，所以相對於傳統傳感器，智能傳感器具有很高的性能價格比。
微型化：隨著微電子技術的迅速推廣，智能傳感器正朝著小和輕的方向發展，以滿足航空、航天、國防、小型化工業與民用設備的需求。
低功耗：智能傳感器普遍採用大規模或超大規模的CMOS電路，使傳感器的耗電量大為降低，有的可用疊層電池甚至紐扣電池供電，而待機模式的設計更是讓智能傳感器的功耗降至更低。
智能傳感器是如何實現的？
目前智能傳感器實現的途徑主要有三種，分別是非集成化實現、混合實現和集成化實現。這三類傳感器的技術難度依次增加，集成化的程度越高，傳感器智能化的程度就越高。
非集成式智能傳感器
非集成化智能傳感器，也叫傳感器的智能化，指將傳統的傳感器（採用非集成化工藝製成的）與信號處理電路、帶數據總線接口的微處理器組合在一起而構成的智能傳感器。因為是在傳統傳感器後經信號處理電路及有數據總線接口的微處理器而構成，所以集成度較低，技術壁壘低，不適用於微型化產品領域，不屬於新型智能傳感器。
混合式智能傳感器
混合式智能傳感器指根據需求，將系統各集成化環節（敏感元件、信號調理電路、數字總線接口）以不同組合方式集成在不同的芯片上，並封裝在一個外殼內，是智能傳感器的主要種類，被廣泛應用。
集成智能傳感器
集成化智能傳感器指利用集成電路工藝和MEMS微機技術將傳感器敏感元件、信號調理電路、數字總線接口等系統模塊集成到一芯片上，封裝在一個外殼內的傳感器。它內嵌了標準的通信協議和標準的數字接口，使用傳感器具有信號提取、信號處理、雙向通信、邏輯判斷和計算等多種功能。
集成智能傳感器是21世紀最具代表性的高新技術成果之一，也是當今國際科技界研究的熱點。隨著微電子技術的飛速發展和微米、納米技術的問世，大規模集成電路工藝日臻完善，集成電路的集成度越來越高。集成智能傳感器現已成功使各種數字電路芯片、模擬電路芯片、微處理器芯片和存儲電路芯片等芯片的價格大幅下降，促進了集成智能傳感器的落地應用。
MEMS傳感器是目前智能化程度最高的傳感器。MEMS技術是在傳統半導體材料和工藝基礎上，微米操作範圍內，將在一個硅片基礎上將傳感器、機械元件、致動器與電子元件結合在一起的技術，是目前前沿微型傳感器的主流方案。
集成智能傳感器具有多功能、一體化、精度高、適宜於大批量生產、體積小和便於使用等優點，是未來智能傳感器繼續發展的方向。
除了以上三種主流的實現途徑外，智能傳感器在技術上，還有以下5種實現途徑。
①採用新的檢測原理和結構實現。通過微機械精細加工工藝設計新型構，使之能真實反映實測對象的完整信息，例如3D加速度傳感器和3D軸陀螺儀就是利用這種方式實現傳感器智能化。
②應用人工智能材料實現。利用人工智能材料的自適應、自診斷、自完善、自調節、自修復和自學習的特性，製造智能傳感器，例如半導體陶瓷、記憶合金、氧化物薄膜等人工智能材料。
③採用軟件化技術實現。傳感器和微處理器相結合的智能傳感器，利用計算機軟件編程的優勢，實現對測量數據的信息處理功能。比如運用軟件計算實現非線性校正、自補償、自校準，提高傳感器的精度；用軟件實現信號濾波，簡化硬件、提高信噪比；運用人工智能、神經網絡、模糊理論等，使傳感器具有更高智能即分析、判斷、自學習等功能。
④通過多傳感器信息融合技術實現。多傳感器系統通過多個傳感器獲得更多種類和數量的傳感數據，經過處理得到多種信息，從而對環境進行更加全面和準確的描述。
⑤通過網絡化實現。智能傳感器與通信網絡技術相結合，可形成網絡化智能傳感器。網絡化傳感器使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多點檢測發展；從被動檢測向主動進行信息處理方向發展；從就地測量向遠距離實時在線測控發展。
本文參考自《傳感器應用》，主編：陳衛；經傳感器專家網整理修改發佈。
閱讀更多 傳感器專家網 的文章
