智能傳感器的構成及特點

近年來，隨著計算機、微電子技術的迅速發展和廣泛應用，特別是在傳感技術經歷了模擬量信息處理和數字量交換這兩個階段后，正朝著智能化、集成一體化、小型化方向發展，利用微處理機技術使傳感器智能化是20世紀80年代新型傳感器的--大進展，通常稱之為智能傳感器，使傳感技術產生了一個飛躍，智能傳感器的出現，就是計算機、微電子等新技術與傳感技術相結合的結果。

　　(一)構成

　　智能傳感器這一名稱至今未有確切含義，智能意味著這種傳感器具有一定人工智能，即使用電路代替一部分腦力勞動。

　　近年來，傳感器越來越多地和微處理器相結合，使傳感器不僅有視、嗅、味和聽覺功能，還具有檢測、思維和邏輯判斷、信息處理、信息記憶存儲、自適應能力、邏輯思維等功能，從而使傳感器技術提高到--個新水平。

　　智能傳感器主要由傳感器、微處理器(或微計算機)及相關電路組成。微處理器能按照給定的程序對傳感器實施軟件控制，把傳感器從單功能變成多功能，包括自補償、自校正、自診斷、遠程設定、狀態組合、信息存儲和記憶等功能。

　　在自動檢測技術中若在同一殼體內既有傳感元件，又有信號預處理電路和微處理器，其輸出方式可以是通信線RS-232或RS-422串行輸出，也可以是IEEE-488標準總線的并行輸出，以上這些功能可以由n 塊輸出獨立的模板構成，裝在同一殼體內即構成模塊智能傳感器。

也可以把上述模塊，集成化成為硅片為基礎的超大規模集成電路的高級智能傳感器，將傳感器、微處理器都集成在同一硅片上實現集成智能傳感器。由此看來，智能傳感器也可以說是一個微機小系統，其中作為系統“大腦”的微處理器通常是單片機。

　　(二)功能

　　①具有自校零、自標定、自校正功能。

　　②具有自動補償功能。

　　③能夠自動采集數據，并對數據進行預處理。

　　④能夠自動進行檢驗、自選量程、自尋故障。具有數據存儲、記憶與信息處理功能。

　　⑥具有雙向通信、標準化數字輸出或者符號輸出功能。

⑦具有判斷、決策處理功能。

　　(三)分類

　　智能傳感器按結構可分為集成式、混合式和模塊式。

　　集成智能傳感器是將一個或多個敏感器件與微處理器、信號處理電路集成在同一硅片上而構成的，其集成度高，體積小，但目前的技術水平還很難實現。

　　混合式智能傳感器是將傳感器與微處理器、信號處理電路做在不同芯片上而構成的，目前這類結構較多。

模塊式智能傳感器由許多互相獨立的模塊組成，如將微計算機、信號調理電路、輸出電路、顯示電路和傳感器裝配在同一結構內。這種傳感器集成度不高，體積較大，但在目前的技術水平上，仍不失為一種實用的結構形式。

　　(四)特點

　　1.精度高

　　智能傳感器有多項功能來保證它的高精度，如通過自動校零去除零點﹔有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可以自動進行整體系統標定﹔可對檢測數值進行分析、修正和誤差補償﹔通過對采集的大量數據進行統計處理以消除偶然誤差的影響等。從而提高了智能傳感器的精度。

　　2.高可靠性與高穩定性

　　智能傳感器能自動補償因工作條件與環境參數發生變化后引起的系統特性的漂移，如溫度變化而產生的零點和靈敏度的漂移﹔在當被測參數變化后能自動改換量程;能實時自動進行系統的自我檢驗，分析、判斷所采集到數據的合理性，并給出異常情況的應急處理(報警或故障提示)。因此，智能傳感器具有自診斷、自校準功能，提高了可靠性與穩定性。

　　3.高信噪比與高分辨率

　　由于智能傳感器具有數據存儲、記憶與信息處理功能，通過軟件進行數字濾波、相關分析等處理，可以去除輸入數據中的噪聲，將有用信號提取出來﹔通過數據融合、神經網絡技術，可以消除多參數狀態下交叉靈敏度的影響，從而保證在多參數狀態下對特定參數測量的分辨率。故智能傳感器具有高的信噪比與高的分辨率。

　　4.自適應性強

　　由于智能傳感器具有判斷、分析與處理功能，它能根據系統工作情況決策各部分的供電情況、與高/上位計算機的數據傳送速率，使系統工作在最優低功耗狀態和優化傳送速率。

　　5.性能價格比低

　　智能傳感器組態功能可實現多傳感器、多參數復合測量，擴大了檢測和使用范圍。其存儲功能使檢測數據隨時存取。具有數據通信接口，能與計算機直接聯機，相互交換信息。

智能傳感器所具有的上述高性能，不是像傳統傳感器技術完全由硬件所組成，追求傳感器本身的完善、對傳感器的各個環節進行精心設計與調試，研究對象主要局限在傳感機理、材料、結構、工藝等物理方面。

而智能傳感器的智能性是在硬件的基礎上通過軟件實現其價值的，軟件在智能傳感器中占據了主要成分，智能傳感器通過各種軟件對測量過程進行管理和調節，使之工作在最佳狀態，并對傳感器數據進行各種處理，從而增強傳感器的功能，提高傳感器性能指標。

利用軟件能夠實現硬件難以實現的功能，以軟件代替了部分硬件，降低了傳感器的制造難度。所以具有較高的性價比。相信在不久的將來，基于計算機平臺完全可以通過軟件開發的虛擬傳感器可起到十分重要的作用。

　　綜上所述，智能化設計是傳感器傳統設計中的一次革命，是世界傳感器的發展趨勢。世界各國正在利用計算機和智能技術研究，開發各種其他類型的智能傳感器。