智能传感器：定义、结构和应用

一智能传感器的结构和特性
传感器和人脸特征一样，也是收集信息的重要工具。它对科学技术的发展、国家安全和工业生产力至关重要。然而，作为“面部特征”的传感器的发展速度远远落后于作为“大脑”的计算机，因为它们的发展速度更快。
随着测控系统的自动化和智能化，传感器必须具有高精度、高可靠性、强稳定性、特定的数据处理能力，以及自检、自校准和自补偿。传统的传感器已经不能满足这样的需求。
此外，为了制造高性能传感器，仅增强材料工艺是一项挑战。为了弥补其不足，传感器技术必须与计算机技术相结合。微处理器（或微型计算机）和传感器的结合创造了强大的智能传感器，极大地改变了传感器技术。在其他国家被称为智能传感器或智能传感器（智能、警报、智能传感器）。此外，传统的传感器通常只测量一个参数，偶尔需要一个微型多功能传感器来同时监测几个参数。来自几个国家的科学家最近专注于这一研究领域，并创造了一些多用途传感器。
01智能传感器
在当今国际科技界，智能传感器是一个热门的研究领域，但目前还没有达成一致的描述。这两个词（智能传感器或智能传感器）统称为智能传感器，它们之间的区别在本文中没有涉及。
目前，国内外研究人员倾向于认为传统传感器和微处理器构成了智能传感器（或微型计算机）。为了最大限度地收集数据，设备的内部行为会发生变化。智能传感器具有以下功能：
（1） 自我补偿能力：
该软件自动补偿传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等。
（2） 自校准功能
操作员输入零值或某个标准值后，自校准软件可以在线自动校准传感器。
（3） 自诊断功能
接通电源后，可以对传感器进行自检，检查传感器的各个部件是否正常，并可以诊断出故障部件。
（4） 数字处理功能
根据智能传感器内部的程序，可以对数据进行自动处理，如统计处理、异常值消除等。
（5） 双向通信功能
微处理器和基本传感器形成一个闭环。除了接收和处理传感器的数据外，微处理器还将信息发送回传感器，以便修改和调节测量过程。

（6） 信息存储和记忆功能

（7） 数字输出功能
输出一个连接到计算机或总线很简单的数字信号。
目前可用的智能传感器仅具有上述某些功能。虽然智能传感器包含数据处理、数据显示和测量信号调节（如滤波、放大和A/D转换），但传统传感器只能用作检测物理量变化的敏感部件。它几乎包含了仪器的所有功能。很明显，智能传感器的功能已经扩展到包括仪器仪表。
早期的智能传感器对其输出信号进行处理和转换，然后通过接口将其发送到CPU进行处理。为了给传感器提供一些人工智能，在20世纪80年代，智能传感器主要使用微处理器作为其中央处理单元，并将接口电路、微电子计算机存储器，以及传感器信号调节电路到单个芯片上。该传感器现在可以实现小型化、结构集成、阵列型、数字型、易用性、操作简单、自诊断功能、记忆和信息处理功能、数据存储功能、多参数测量功能、网络通信功能，以及逻辑思维和判断功能，这得益于20世纪90年代智能测量技术的进一步进步。
智能传感器大致可分为三类：基于判断的传感器、基于学习的传感器和基于创造性的传感器。
02智能传感器的结构
传感器、微处理器（或微型计算机）和配套电路构成了智能传感器的大部分。
传感器将测量的物理量转换为相应的电信号，然后将其发送到信号调节电路进行放大、滤波，并在发送到微型计算机之前从模拟转换为数字。智能传感器的大脑就是计算机。它不仅能够计算、存储和处理传感器的测量数据，还能够通过反馈回路改变传感器。由于计算机能够充分利用各种软件的功能，它可以执行对硬件具有挑战性的工作，从而显著降低传感器制造的复杂性，提高传感器性能，降低传感器成本。
根据结构，智能传感器的结构可以是集成的、分离的，也可以分为三类：集成的、混合的或模块化的。集成智能传感器是一种紧凑、高度集成的硅芯片，它结合了一个或多个敏感设备、微处理器和信号处理电路。在目前的技术状态下，创建这样的集成传感器是具有挑战性的。为了创建混合智能传感器，传感器、微控制器和信号处理电路被布置在单独的芯片上（HybridSmart2Sensor）。
这些建筑数量众多。许多独立的模块可能构成主要的智能传感器。例如，如果传感器、输出电路模块、显示电路模块、信号调节电路模块和微型计算机都组合在同一个案例中，则组更高，体积更大，但目前在技术层面上，它仍然是一种有用的结构形式。

二智能传感器应用领域广泛
01在智慧农业中的应用
由于环境的独特性，大多数农业项目都是在野外进行的，这使得矫正操作非常不便，劳动力成本极高。因此，对传感器数据的稳定性有非常严格的要求，而智能传感器是最高效的传感器。
02在工业自动化中的应用
在现代工业生产中，特别是在自动化生产过程中，使用各种传感器来监测和管理各种生产过程参数，从而使机器能够在正常或最佳状态下运行，并且产品可以获得最高质量。有人可能会说，没有好的智能传感器，工业自动化是不可能的。
03在机器人中的应用
如今的机器人拥有与人类相似的四肢和感官能力，以及一定程度的智力和适应性行动计划。它们能够在没有人为干预的情况下运行。传感器在这一切中的作用是显而易见的。机器人需要传感器来感知周围环境。帮手
04在智能医疗中的应用
随着智能传感器的发展，医学智能传感器作为采集生命体征数据的面部特征变得越来越重要。例如，智能传感器在图像处理、临床化学检测、生命体征参数监测和监测、呼吸、神经和心血管疾病的诊断和治疗中的作用是不可或缺的，它将在未来的医疗设备中无处不在。
05在智能家电中的应用
未来的家庭将受到智能家居趋势的严重影响，智能家电将成为许多家庭的标准产品。未来的家用产品，如电视剧、风扇、空调、洗衣机、烘干机、冰箱、衣柜等，都可以使用智能传感器。它是在个人和家庭设备之间建立通信的基本工具，也是国内物联网的基石。

三中国智能传感器产业发展的三大不足
01关键技术尚未突破
克服传感器设计技术中的许多学科、理论、材料和工艺知识是极具挑战性的。由于人才短缺、昂贵的研发费用和激烈的企业竞争，我国在一些常见的关键传感器技术方面尚未取得重大进展。
02工业化能力不足
由于中国公司缺乏先进的技术能力，行业规范尚未形成，国内传感器产品不匹配、不形成系列，重复制造、无情竞争和工业化由此产生。它只能在相当长的一段时间内依赖进口，因为其程度与品种和系列不相称。
03资源不集中
我国目前有1600多家传感器企业，但其中大多数是盈利能力较低的小微企业，缺乏技术驱动的领先企业，最终导致资金、技术、企业设计、产业结构、市场等方面的实现。在分散的状态下，资源无法有效集中，工业进步需要很长时间才能推进。
04高端人才缺乏
资金、技术和工业基础相对不稳定，因为传感器行业仍处于早期发展阶段。它还涉及许多学科，需要广泛的知识，并且不断出现新技术，这使得招聘顶尖人才具有挑战性。该行业人才缺乏也是我国人才培训体系无效和不适当的结果。

四智能传感器技术的发展与趋势
01迈向高精度
随着自动化生产的发展，对传感器的需求也在增长。为了保证工业自动化的可靠性，必须创造具有高灵敏度、高精度、快速反应和良好互换性的新型传感器。
02迈向高可靠性和宽温度范围
传感器的可靠性直接影响电子设备的抗干扰等性能特性。开发具有宽温度范围的高度可靠的传感器仍然是优先事项。使用陶瓷等新型材料制造传感器将是有希望的。
03走向小型化
各种控制仪器的能力都在提高，传感器本身越小越好。这是因为每个组件的体积需求都在减少。为此，必须创造新颖的材料和加工技术。由硅材料制成的传感器的数量仍然非常少。与由各种微处理技术（如激光）构建的硅加速度计相比，传统的加速度计通常由重力块和弹簧制成，它们体积巨大、不稳定且寿命短。性是优越的。
04走向微观功耗和被动发展
传感器通常将非电转换为电，因此没有电源就无法工作。他们在野外偏远地区作业时经常使用电池或太阳能。无源传感器和微功耗传感器的发展是不可避免的。提高系统寿命和节能的开发策略低功耗芯片的开发目前正在加快。这方面的一个例子是T12702运算放大器，其工作电压仅为2.5V，静态功耗低于1.5A。
05走向智能数字化发展
随着o的进步
06走向网络发展
网络化是传感器发展的一个关键领域，其好处和意义越来越明显。毫无疑问，网络传感器将推动电气技术的发展。
物联网发展的关键技术之一是智能传感器。它们不仅为现有行业提供了新的生命，也引领了传感器行业的发展趋势。它们对许多行业至关重要，包括农业、海洋、航空航天和工业。随着人工神经网络、人工智能和其他技术的进步，新一代智能传感器将出现。这些传感器在进步方面有着非常光明的未来。