智能传感器及其发展方向

智能传感器及其发展方向

1、智能传感器类型

所谓智能传感器就是由传感器和微处理器(或微计算机) 及相关的电路组成的传感器。传感器将被测量转换成相应的电信号, 然后送到信号调理电路中进行滤波、放大、模一数转换后, 送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心, 它不仅可以对传感器测量的数据进行计算、存储、处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机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, 从而降低了传感器的制造难度, 提高了传感器

的性能, 降低了成本。智能传感器大体上可以分三种类型, 即具有判断能力的传感器; 具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。

2、智能传感器的功能

（1）、自补偿功能。可以通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂、响应时间等进行自动补偿。

（2）、自校准功能。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, 可以对传感器自检各部分是否正常。在内部出现操作问题时, 能够立即通知系统通过输出信号表明传感器发生故障, 并可诊断发生故障的部件。

（4）、数值处理功能。根据内部的程序自动处理数据, 例如进行统计处理, 剔除异常数值等。

（5）、双向通信功能。智能传感器的微处理器与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, 还可以将信息反馈至传感器, 对测量过程进行调节和控制, 它可以采用一种可懂且可接受的方式与系统接口。

（6）、信息存储和记忆功能。

（7）、数字量输出功能。智能传感器输出数字信号, 可以很方便地与计算机或接口总线相连。此外, 新兴的智能传感器技术还包括遥控设定、可编程序以及防止非法侵袭等特征, 在性能上更加完整和先进。

3、智能传感器的种类

智能传感器按照其结构可以分为三种。

（1）、模块式智能传感器。这是一种初级的智能传感器。它由许多互相独立的模块组成。将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内, 便组成了模块式智能传感器。它的集成度低、体积大, 但是它是一种比较实用的智能传感器。

（2）、混合式智能传感器。它是将传感器和微处理器、信号处理电路制作在不同的芯片上,由此便构成了混合式智能传感器。它作为智能传感器的主要种类而广泛应用。

（3）、集成式智能传感器。这种传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上。它的结构一般都是三维器件, 即立体结构。这种结构是在平面集成电路的基础上一层一层向立体方向制作多层电路。它的制作方法基本上就是采用集成电路的制作工艺, 例如光刻、二氧化硅薄膜的生成、淀积多晶硅、激光退火, 多晶硅转为单晶硅、PN结的形成等。最终是在硅衬底上形成具有多层集成电路的立体器件, 即敏感器件。同时制作微电脑电路芯片, 还可以将太阳能电池电源制作在其上面, 这样便形成了集成式智能

传感器。它具有人的大脑与五官相结合的功能。其智能化的程度是随着集成化密度的增加而不断提高的。今后, 随着传感器技术的发展, 还将研制出更高级的集成式智能传感器, 它完全可以做到检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上, 同时, 冷却部分也可以制作在立体电路中, 利用帕耳贴效应冷却电路。

4、智能传感器的应用

近年来, 智能传感器已经广泛应用在航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中, 特别是随着高科技的发展, 智能传感器倍受青睬, 例如它在智能机器人的领域中有着

广阔的应用前景。智能传感器如同人的五官, 可以使机器人具有各种感知功能。已经实用化

的智能传感器有很多种类。例如智能检测传感器、智能流量传感器、智能位置传感器、智能压力传感器、智能加速度传感器等。

5、结论

智能传感器代表着传感器发展总趋势, 它已经受到了全世界范围的瞩目和公认, 因此,可以说智能传感器是一种发展前景十分看好的新传感器。今后, 随着硅微细加工技术的发展,新一代的智能传感器的功能将会更加增多。它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术等, 使传感器具有更高级的智能功能, 同时, 它还将朝着微传感器、微执行器和微处理器三位一体构成一个微系统的方向发展。