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重慶潤翔機械設備制造有限公司
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閱讀：6212發(fā)布時間：2018-9-5
智能傳感器(intelligent sensor)的概念初是由美國宇航局在研發(fā)宇宙飛船過程中提出并形成的，1978年研發(fā)出產(chǎn)品。宇宙飛船上需要用大量的傳感器不斷向地面發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息，用一臺大型計算機很難同時處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，智能傳感器已成為傳感器技術的一個主要發(fā)展方向，代表著一個國家的工業(yè)及技術科研能力。
1 智能傳感器的定義
傳感器(sensor)一詞來自拉丁語sentire，意思是覺察、領悟。其作用是對于諸如熱、光、力、聲、運動等物理或化學的刺激做出反應，感受被測刺激后定量地將其轉化為電信號，信號調理電路對該信號進行放大、調制等處理，再由變送器轉化成適于記錄和顯示的形式輸出。
智能傳感器（smart sensor）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。相對于僅提供表征待測物理量的模擬電壓信號的傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器充分利用集成技術和微處理器技術，集感知、信息處理、通信于一體，能提供以數(shù)字量方式傳播的具有一定知識級別的信息。智能傳感器可分兩大部分:基本傳感器和信息處理單元。基本傳感器是構成智能傳感器的基礎，其性能很大程度上決定著智能傳感器的性能，由于微機械加工工藝的逐步成熟以及微處理器的補償作用，基本傳感器的某些缺陷(如:輸入輸出的非線性)得到較大程度的改善；信息處理單元以微處理器為核心，接受基本傳感器的輸出，并對該輸出信號進行處理，如標度變換、線性化補償、數(shù)字調零、數(shù)字濾波等，處理工作大部分由軟件完成。智能傳感器的兩大部分可以集成在一起設置成為一個整體，封裝在一個表殼內；也可分開設置，以利用電子元器件和微處理器的保護，尤其在測試環(huán)境較惡劣時更應該分開設置。
在當前智能時代的推動下，傳感器的重要性更加凸顯，不僅在《中國制造2025》、《德國2020高技術戰(zhàn)略》及歐盟、美國、韓國、新加坡等推進的智慧城市等戰(zhàn)略方面發(fā)揮著重要的支撐作用，而且也在物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實（VR）、機器人、智能家居、自動駕駛汽車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著關鍵作用。高性能、高可靠性的多功能復雜自動、測控系統(tǒng)以及基于射頻識別技術的物聯(lián)網(wǎng)的興起與發(fā)展，愈發(fā)凸顯了具有感知、認知能力的智能傳感器的重要性及其大力、快速發(fā)展的迫切性。隨著與CMOS兼容的MEMS技術的發(fā)展，微型智能傳感器的發(fā)展得到了有力的技術支撐，智能傳感器產(chǎn)業(yè)面臨著一個非常重要的歷史發(fā)展契機。
2 智能傳感器的結構
初的智能傳感器設計主要集中在輸出端數(shù)字處理上，旨在獲得高精度的溫度補償和校正。后來的設計包括增強數(shù)字特性(如遠距離通訊和可尋址能力)等，但研制工作還未涉及到制造過程所用的測試系統(tǒng)接口，這種接口可實現(xiàn)傳感器的批量生產(chǎn)，從而大大降低傳感器成本。
智能傳感器主要設計結構有兩種:一種是數(shù)字傳感器信號處理(DSSP)，另一種是數(shù)字控制的模擬信號處理(DCASP)。如圖
的設計都采用DSSP結構，通常包括兩個傳感器:被測量傳感器(例如壓力)和溫度(補償)傳感器。在硅器件中，溫度信號可直接從被測量傳感器提取出來，傳感器信號經(jīng)多路調制器送到A/D變換器，然后再送到微控器進行信號的補償和校正。
校正時可用傳感器輸出的算法趨近或多表面逼近法進行信號處理，每個給定傳感器的校正系數(shù)都被單獨儲存在*性寄存器中。如果需要模擬輸出，可另外加一個D/A變換器。
DSSP結構的分辨率受輸入A/D變換器的分辨率和補償/校正處理分辨率的限制。響應時間受A/D變換時間和補償時間限制。而基本的DCASP結構在傳感器和模擬輸出之間直接提供了一個模擬通道，因此，被測量分辨率和響應時間不受影響。溫度補償和校正都在并聯(lián)回路實現(xiàn)，并聯(lián)回路能改變信號放大器的失調和增益。要獲得數(shù)字輸出信號，可加一個A/D變換器。
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