智能傳感器隨數(shù)字化時(shí)代誕生

從微處理器帶來(lái)的數(shù)字化革命到虛擬儀器(VXI)的飛速發(fā)展，對(duì)傳感器的綜合精度、穩(wěn)定可靠性和響應(yīng)要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)傳感器已不能適應(yīng)多種測(cè)試要求，隨著微處理智能技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)在傳感器上的應(yīng)用，智能傳感器(SmartSensor)誕生了。

目前，國(guó)際傳感器領(lǐng)域已對(duì)“SmartSensor”定義形成了基本共識(shí)，但中文譯法尚未形成定論，本文所用的"智能傳感器"一詞屬個(gè)人引用。智能傳感器從其功能來(lái)說(shuō)是具有一種或多種敏感功能，能夠完成信號(hào)探測(cè)、變換處理、邏輯判斷、功能計(jì)算、雙向通訊，內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷、具備以上部分功能或全部功能的器件。

從使用的角度，傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是至關(guān)重要的。長(zhǎng)期以來(lái)研究工作大都集中在硬件方面，雖然人們不斷利用新材料研制敏感器件，改進(jìn)傳感器芯片的制造工藝方法來(lái)提高芯片的質(zhì)量以及通過(guò)外電路補(bǔ)償方法來(lái)改善傳感器的線(xiàn)性度、穩(wěn)定性和輸出漂移，但都沒(méi)有根本性的突破。

七十年代，微處理器舉世矚目的成就帶來(lái)了數(shù)字化的革命，對(duì)儀器儀表的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。如九十年代的虛擬儀器(VXI)飛速發(fā)展，使以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)都需要傳感器來(lái)提供賴(lài)以作出實(shí)時(shí)決策的數(shù)據(jù)。隨著系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高和復(fù)雜性的增加，對(duì)傳感器的綜合精度、穩(wěn)定可靠性和響應(yīng)要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的傳感器因其功能單一、性能不適應(yīng)、不能滿(mǎn)足多種測(cè)試要求，為此人們利用微處理器智能技術(shù)用于傳感器。八十年代末期，人們又將微機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用到傳感器，從而產(chǎn)生新概念傳感器“Smart Sensor”--智能傳感器。

可實(shí)現(xiàn)的功能

智能傳感器的功能是通過(guò)模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作，結(jié)合長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)試技術(shù)的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而提出來(lái)的。是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元，它的出現(xiàn)對(duì)原來(lái)硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。

1.復(fù)合敏感功能----我們觀(guān)察周?chē)淖匀滑F(xiàn)象，常見(jiàn)的信號(hào)有聲、光、電、熱、力、化學(xué)等。敏感元件測(cè)量一般通過(guò)兩種方式：直接和間接的測(cè)量。而智能傳感器具有復(fù)合功能，能夠同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息。如美國(guó)加利弗尼亞大學(xué)研制的復(fù)合液體傳感器，可同時(shí)測(cè)量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。美國(guó)EG&GICSensors公司研制的復(fù)合力學(xué)傳感器，可同時(shí)測(cè)量物體某一點(diǎn)的三維振動(dòng)加速度、速度、位移，等等。

2.自補(bǔ)償和計(jì)算功能----多年來(lái)從事傳感器研制的工程技術(shù)人員一直為傳感器的溫度漂移和輸出非線(xiàn)性作大量的補(bǔ)償工作，但都沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。而智能傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線(xiàn)性補(bǔ)償開(kāi)辟了新的道路。這樣，放寬傳感器加工精密度要求，只要能保證傳感器的重復(fù)性好，利用微處理器對(duì)測(cè)試的信號(hào)通過(guò)軟件計(jì)算，采用多次擬合和差值計(jì)算方法對(duì)漂移和非線(xiàn)性進(jìn)行補(bǔ)償，從而能獲得較精確的測(cè)量結(jié)果。

3.自檢、自校、自診斷功能----普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證它在正常使用時(shí)足夠的準(zhǔn)確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場(chǎng)拆卸送到實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門(mén)進(jìn)行。