近日，工信部正式下發(fā)《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動(dòng)指南(2017-2019)》(簡(jiǎn)稱(chēng)“指南”)。為了貫徹中國(guó)制造2025等戰(zhàn)略，工信部于2016年4月啟動(dòng)了該指南的編制工作，于2017年11月20日正式印發(fā)。《指南》提出總體目標(biāo)，規(guī)劃到2019年實(shí)現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)取得明顯突破，
智能傳感器產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到260億元，其中主營(yíng)業(yè)務(wù)超過(guò)10億元的企業(yè)達(dá)到5家，超過(guò)1億元的企業(yè)實(shí)現(xiàn)20家。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能穩(wěn)步增長(zhǎng)。
什么是智能傳感器？
作為人類(lèi)獲取信息的工具，傳感器是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分。傳統(tǒng)意義上的傳感器輸出的多是模擬量信號(hào)，本身不具備信號(hào)處理和組網(wǎng)功能，需連接到特定測(cè)量?jī)x表才能完成信號(hào)的處理和傳輸功能。智能傳感器能在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的加工處理，并且可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口與外界實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，以及根據(jù)實(shí)際的需要通過(guò)軟件控制改變傳感器的工作，從而實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。由于使用標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)接口，智能傳感器具有良好的開(kāi)放性、擴(kuò)展性，給系統(tǒng)的擴(kuò)充帶來(lái)了很大的發(fā)展空間。
智能傳感器概念最早由美國(guó)宇航局在研發(fā)宇宙飛船過(guò)程中提出來(lái),并于1979年形成產(chǎn)品。宇宙飛船上需要大量的傳感器不斷向地面或飛船上的處理器發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息,即便使用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)也很難同時(shí)處理如此龐大的數(shù)據(jù)。何況飛船又限制計(jì)算機(jī)體積和重量,因此希望傳感器本身具有信息處理功能，于是將傳感器與微處理器結(jié)合，就出現(xiàn)了智能傳感器。
智能傳感器是一種能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象的某一信息具有感受、檢出的功能；能學(xué)習(xí)、推理判斷處理信號(hào)；并具有通信及管理功能的一類(lèi)新型傳感器。智能傳感器有自動(dòng)校零、標(biāo)定、補(bǔ)償、采集數(shù)據(jù)等能力。其能力決定了智能化傳感器還具有較高的精度和分辨率，較高的穩(wěn)定性及可靠性，較好的適應(yīng)性，相比于傳統(tǒng)傳感器還具有非常高的性?xún)r(jià)比。
早期的智能傳感器是將傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)處理和轉(zhuǎn)化后由接口送到微處理機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。80年代智能傳感器主要以微處理器為核心，把傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路、微電子計(jì)算機(jī)存貯器及接口電路集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測(cè)量技術(shù)有了進(jìn)一步的提高，使傳感器實(shí)現(xiàn)了微型化、結(jié)構(gòu)一體化、陣列式、數(shù)字式，使用方便、操作簡(jiǎn)單，并具有自診斷功能、記憶與信息處理功能、數(shù)據(jù)存貯功能、多參量測(cè)量功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能、邏輯思維以及判斷功能。
智能傳感器大體上可以分三種類(lèi)型：即具有判斷能力的傳感器；具有學(xué)習(xí)能力的傳感器；具有創(chuàng)造能力的傳感器。
智能傳感器的結(jié)構(gòu)組成
智能傳感器系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器及相關(guān)電路組成，如圖所示。傳感器將被測(cè)的物理量、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)制電路中，經(jīng)過(guò)濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換后送達(dá)微處理器。微處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析處理后，一方面通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器與信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制；另一方面將處理的結(jié)果傳送到輸出接口，經(jīng)接口電路處理后按輸出格式、界面定制輸出數(shù)字化的測(cè)量結(jié)果。微處理器是智能傳感器的核心，由于微處理器充分發(fā)揮各種軟件的功能，使傳感器智能化，大大提高了傳感器的性能。
智能傳感器的特點(diǎn)
精度高
智能傳感器可通過(guò)自動(dòng)校零去除零點(diǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)實(shí)時(shí)對(duì)比自動(dòng)進(jìn)行整體系統(tǒng)標(biāo)定、非線(xiàn)性等系統(tǒng)誤差的校正，實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，消除偶然誤差影響，保證智能傳感器的高精度。
高可靠性與高穩(wěn)定性
智能傳感器能自動(dòng)補(bǔ)償因工作條件與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化而引起的系統(tǒng)特性的漂移，如環(huán)境溫度、系統(tǒng)供電電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的零點(diǎn)和靈敏度的漂移;在被測(cè)參數(shù)變化后能自動(dòng)變換量程，實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)自我檢驗(yàn)、分析、判斷所采集數(shù)據(jù)的合理性，并自動(dòng)進(jìn)行異常情況的應(yīng)急處理。
高信噪比與高分辨力
由于智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能，通過(guò)數(shù)字濾波等相關(guān)分析處理，可去除輸入數(shù)據(jù)中的噪聲，自動(dòng)提取有用數(shù)據(jù);通過(guò)數(shù)據(jù)融合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可消除多參數(shù)狀態(tài)下交叉靈敏度的影響。
強(qiáng)自適應(yīng)性
智能傳感器具有判斷、分析與處理功能，它能根據(jù)系統(tǒng)工作情況決策各部分的供電情況、與高/上位計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率，使系統(tǒng)工作在最優(yōu)低功耗狀態(tài)并優(yōu)化傳輸效率。
較高的性能價(jià)格比
智能傳感器具有的高性能，不是像傳統(tǒng)傳感器技術(shù)那樣通過(guò)追求傳感器本身的完善、對(duì)傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與調(diào)試、進(jìn)行“手工藝品”式的精雕細(xì)琢來(lái)獲得的，而是通過(guò)與微處理器/微計(jì)算機(jī)相結(jié)合，采用廉價(jià)的集成電路工藝和芯片以及強(qiáng)大的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以具有較高的性能價(jià)格比。
智能傳感器的主要功能
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)硬件性能的苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助來(lái)使傳感器的性能大幅度提高。
智能傳感器通常可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
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、力和化學(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&GIC Sensors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。
2、自適應(yīng)功能
智能傳感器可在條件變化的情況下,在一定范圍內(nèi)使自己的特性自動(dòng)適應(yīng)這種變化。通過(guò)采用自適應(yīng)技術(shù),由于它能補(bǔ)償老化部件引起的參數(shù)漂移,所以自適應(yīng)技術(shù)可延長(zhǎng)器件或裝置的壽命。同時(shí)也擴(kuò)大其工作領(lǐng)域,因?yàn)樗茏詣?dòng)適應(yīng)不同的環(huán)境條件。自適應(yīng)技術(shù)提高了傳感器的重復(fù)性和準(zhǔn)確度。因?yàn)槠湫Ｕ脱a(bǔ)償數(shù)值已不再是一個(gè)平均值,而是測(cè)量點(diǎn)的真實(shí)修正值。
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,對(duì)于在線(xiàn)測(cè)量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時(shí)診斷。采用智能傳感器時(shí)，情況則大有改觀(guān)。首先是，自診斷功能在電源接通時(shí)進(jìn)行自檢，診斷測(cè)試以確定組件有無(wú)故障。其次，根據(jù)使用時(shí)間可以在線(xiàn)進(jìn)行校正，微處理器利用存在 E2PROM內(nèi)的計(jì)量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校對(duì)。
4、信息存儲(chǔ)功能
信息往往是成功的關(guān)鍵.智能傳感器可以存儲(chǔ)大量的信息，用戶(hù)可隨時(shí)查詢(xún)。這些信息可包括裝置的歷史信息。例如，傳感器已工作多少小時(shí)，更換多少次電源等等。也包括傳感器的全部數(shù)據(jù)和圖表，還包括組態(tài)選擇說(shuō)明等。此外還包括串行數(shù)、生產(chǎn)日期、目錄表和最終出廠(chǎng)測(cè)試結(jié)果等。內(nèi)容可以無(wú)限，只受智能傳感器本身存儲(chǔ)容量的限制。智能傳感器除了增加過(guò)程數(shù)據(jù)處理、自診斷、組態(tài)和信息存儲(chǔ)四個(gè)方面的功能外，還提供了數(shù)字通訊能力和自適應(yīng)能力。
5、數(shù)據(jù)處理功能
過(guò)程數(shù)據(jù)處理是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，智能傳感器本身提供了該功能。智能傳感器不但能放大信號(hào)，而且能使信號(hào)數(shù)字化，再用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)節(jié)。通常，基本的傳感器不能給出線(xiàn)性信號(hào)，而過(guò)程控制卻把線(xiàn)性度作為重要的追求目標(biāo)。智能傳感器通過(guò)查表方式可使非線(xiàn)性信號(hào)線(xiàn)性化。當(dāng)然對(duì)每個(gè)傳感器要單獨(dú)編制這種數(shù)據(jù)表。智能傳感器過(guò)程數(shù)據(jù)處理的另一個(gè)例子是通過(guò)數(shù)字濾波器對(duì)數(shù)字信號(hào)濾波，從而可減少噪聲或其它相關(guān)效應(yīng)的干擾。而且用軟件研制復(fù)雜的濾波器要比用分立電子電路容易得多。環(huán)境因素補(bǔ)償也是數(shù)據(jù)處理的一項(xiàng)重要任務(wù)。微控制器能幫助提高信號(hào)檢測(cè)的精確度。例如，通過(guò)測(cè)量基本檢測(cè)元件的溫度可獲得正確的溫度補(bǔ)償系數(shù)，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的溫度補(bǔ)償。用軟件也能實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償和其它更復(fù)雜的補(bǔ)償。這是因?yàn)椴樵?xún)表幾乎能產(chǎn)生任意形狀的曲線(xiàn)。有時(shí)必須測(cè)量和處理幾個(gè)不同的物理量，這樣將給出各自的數(shù)據(jù)。智能傳感器的徽控制器使用戶(hù)很容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)的加、減、乘、除運(yùn)算。在過(guò)程數(shù)據(jù)處理方面，智能傳感器可以大顯身手。
此外，它把這些操作從中心控制室下放到接近信號(hào)產(chǎn)生點(diǎn)也是大有好處的。其一是因?yàn)榘迅郊有盘?hào)發(fā)送到控制室花費(fèi)很大，而用智能傳感器就省去了附加傳感器和引線(xiàn)的成本。其二是由于附加信息是在信息的應(yīng)用點(diǎn)檢測(cè)到的，這樣就大大降低了長(zhǎng)距離傳輸引入的負(fù)效應(yīng)(如噪聲、電位差等)，從而使信號(hào)更準(zhǔn)確。其三是可以簡(jiǎn)化主控制器中的軟件，提高控制環(huán)的速度。
6、組態(tài)功能
智能傳感器的另一個(gè)主要特性是組態(tài)功能。信號(hào)應(yīng)該放大多少倍?溫度傳感器是以攝氏度還是華氏度輸出溫度?對(duì)于智能傳感器用戶(hù)可隨意選擇需要的組態(tài)。例如，檢測(cè)范圍，可編程通/斷延時(shí)，選組計(jì)數(shù)器，常開(kāi)/常閉，8/12位分辨率選擇等。這只不過(guò)是當(dāng)今智能傳感器無(wú)數(shù)組態(tài)中的幾種。靈活的組態(tài)功能大大減少了用戶(hù)需要研制和更換必備的不同傳感器類(lèi)型和數(shù)目。利用智能傳感器的組態(tài)功能可使同一類(lèi)型的傳感器工作在最佳狀態(tài)，并且能在不同場(chǎng)合從事不同的工作。
7、數(shù)字通訊功能
如上所述，由于智能傳感器能產(chǎn)生大量信息和數(shù)據(jù)，所以用普通傳感器的單一連線(xiàn)無(wú)法對(duì)裝置的數(shù)據(jù)提供必要的輸入輸出。但也不能對(duì)應(yīng)每個(gè)信息各用一根引線(xiàn).因?yàn)檫@樣會(huì)使系統(tǒng)非常龐雜。因此它需要一種靈活的串行通訊系統(tǒng)。在過(guò)程工業(yè)中，通常看到的是點(diǎn)與點(diǎn)串接以及串聯(lián)網(wǎng)絡(luò).如今的大趨勢(shì)是朝串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。因?yàn)橹悄軅鞲衅鞅旧韼в形⒖刂破?，所以它自屬于?shù)字式的，因此自然能配置與外部連接的數(shù)字串行通訊。因?yàn)榇芯W(wǎng)絡(luò)抗環(huán)境影響(如電磁干擾)的能力比普通模擬信號(hào)強(qiáng)得多。把串行通訊配接到裝置上，可以有效地管理信息的傳輸，使數(shù)據(jù)只在需要時(shí)才輸出。
智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑
目前，智能傳感器的實(shí)現(xiàn)是沿著傳感器技術(shù)發(fā)展的三條途徑進(jìn)行：a、利用計(jì)算機(jī)合成，即智能合成；b、利用特殊功能材料，即智能材料；c、利用功能化幾何結(jié)構(gòu)，即智能結(jié)構(gòu)。智能合成表現(xiàn)為傳感器裝置與微處理器的結(jié)合，這是目前的主要途徑。
按傳感器與計(jì)算機(jī)的合成方式，目前的傳感技術(shù)沿用以下三種具體方式實(shí)現(xiàn)智能傳感器。
1、非集成化的模塊方式
非集成化智能傳感器是將傳統(tǒng)的基本傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線(xiàn)接口的微處理器組合為一個(gè)整體而構(gòu)成的智能傳感器系統(tǒng)。這種非集成化智能傳感器是在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)發(fā)展形勢(shì)的推動(dòng)下迅速發(fā)展起來(lái)的。自動(dòng)化儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家原有的一套生產(chǎn)工藝設(shè)備基本不變， 附加一塊帶數(shù)字總線(xiàn)接口的微處理器插板組裝而成， 并配備能進(jìn)行通信、控制、自校正、自補(bǔ)償、自診斷等智能化軟件， 從而實(shí)現(xiàn)智能傳感器功能。這是一種最經(jīng)濟(jì)、最快速建立智能傳感器的途徑。
2、集成化實(shí)現(xiàn)
這種智能傳感器系統(tǒng)是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)， 利用硅作為基本材料來(lái)制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路以及微處理器單元， 并把它們集成在一塊芯片上構(gòu)成的。集成化實(shí)現(xiàn)使智能傳感器達(dá)到了微型化、結(jié)構(gòu)一體化， 從而提高了精度和穩(wěn)定性。敏感元件構(gòu)成陣列后， 配合相應(yīng)圖像處理軟件， 可以實(shí)現(xiàn)圖形成像且構(gòu)成多維圖像傳感器， 這時(shí)的智能傳感器就達(dá)到了它的最高級(jí)形式。
3、混合實(shí)現(xiàn)
要在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)智能傳感器系統(tǒng)存在著許多棘手的難題。根據(jù)需要與可能， 可將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié)(如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線(xiàn)接口) 以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上， 并裝在一個(gè)外殼里。
智能傳感器技術(shù)發(fā)展及趨勢(shì)
發(fā)展趨勢(shì)
1、向高精度發(fā)展
隨著自動(dòng)化生產(chǎn)程度的提高，對(duì)傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。
2、向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展
傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。發(fā)展新興材料( 如陶瓷) 傳感器將很有前途。
3、向微型化發(fā)展
各種控制儀器設(shè)備的功能越來(lái)越強(qiáng)，要求各個(gè)部件體積越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。
4、向微功耗及無(wú)源化發(fā)展
傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí)離不開(kāi)電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽(yáng)能等供電，開(kāi)發(fā)微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如T12702 運(yùn)算放大器， 靜態(tài)功耗只有1.5 A， 而工作電壓只需2~ 5V.
5、向智能化數(shù)字化發(fā)展
隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是單一的模擬信號(hào)( 如0~ 10mV) ， 而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)， 有的甚至帶有控制功能， 這就是所說(shuō)的數(shù)字傳感器。
6、向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
網(wǎng)絡(luò)化是傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向，網(wǎng)絡(luò)的作用和優(yōu)勢(shì)正逐步顯現(xiàn)出來(lái)。網(wǎng)絡(luò)傳感器必將促進(jìn)電子科技的發(fā)展。
發(fā)展重點(diǎn)
1、應(yīng)用機(jī)器智能的故障探測(cè)和預(yù)報(bào)。任何系統(tǒng)在出現(xiàn)錯(cuò)誤并導(dǎo)致嚴(yán)重后果之前，必須對(duì)其可能出現(xiàn)的問(wèn)題作出探測(cè)或預(yù)報(bào)。目前非正常狀態(tài)還沒(méi)有準(zhǔn)確定義的模型，非正常探測(cè)技術(shù)還很欠缺，急需將傳感信息與知識(shí)結(jié)合起來(lái)以改進(jìn)機(jī)器的智能。
2、正常狀態(tài)下能高精度、高敏感性地感知目標(biāo)的物理參數(shù)；而在非常態(tài)和誤動(dòng)作的探測(cè)方面卻進(jìn)展甚微。因而對(duì)故障的探測(cè)和預(yù)測(cè)具有迫切需求，應(yīng)大力開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
3、目前傳感技術(shù)能在單點(diǎn)上準(zhǔn)確地傳感物理或化學(xué)量，然而對(duì)多維狀態(tài)的傳感卻困難。如環(huán)境測(cè)量，其特征參數(shù)廣泛分布且具有時(shí)空方面的相關(guān)性，也是迫切需要解決的一類(lèi)難題。因此，要加強(qiáng)多維狀態(tài)傳感的研究與開(kāi)發(fā)。
4、目標(biāo)成分分析的遠(yuǎn)程傳感?；瘜W(xué)成分分析大多在基于樣本物質(zhì)，有時(shí)目標(biāo)材料的采樣又很困難。如測(cè)量同溫層中臭氧含量，遠(yuǎn)程傳感不可缺少，光譜測(cè)定與雷達(dá)或激光探測(cè)技術(shù)的結(jié)合是一種可能的途徑。沒(méi)有樣本成分的分析很容易受到傳感系統(tǒng)和目標(biāo)組分之間的各種噪音或介質(zhì)的干擾，而傳感系統(tǒng)的機(jī)器智能有望解決該問(wèn)題。
5、用于資源有效循環(huán)的傳感器智能?，F(xiàn)代制造系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從原材料到產(chǎn)品的高效的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程，當(dāng)產(chǎn)品不再使用或被遺棄時(shí)，循環(huán)過(guò)程既非有效，也非自動(dòng)化。如果再生資源的循環(huán)能夠有效且自動(dòng)地進(jìn)行，可有效地防止環(huán)境的污染和能源緊缺，實(shí)現(xiàn)生命循環(huán)資源的管理。對(duì)一個(gè)自動(dòng)化的高效循環(huán)過(guò)程，利用機(jī)器智能去分辨目標(biāo)成分或某些確定的組分，是智能傳感系統(tǒng)一個(gè)非常重要的任務(wù)。
研究熱點(diǎn)
1、 物理轉(zhuǎn)換機(jī)理的研究
數(shù)字化輸出是智能傳感器的典型特征之一，它不僅僅是模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字化，而是從機(jī)理上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出。其中，諧振式傳感器具有直接數(shù)字輸出、高穩(wěn)定性、高重復(fù)性、抗干擾能力強(qiáng)，分辨力和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)寫(xiě)真式傳感器的頻率信號(hào)檢測(cè)需要較復(fù)雜的設(shè)計(jì)，這限制了其的廣泛應(yīng)用和在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展。而現(xiàn)在只需在同一硅片上集成智能檢測(cè)電路，就可以迅速提取頻率信號(hào)從而使諧振式微機(jī)械傳感器成為國(guó)際上傳感器的研究熱點(diǎn)。
2、 多數(shù)據(jù)融合的研究
數(shù)據(jù)融合是一種數(shù)據(jù)綜合和處理技術(shù)，是許多傳統(tǒng)學(xué)科和新技術(shù)的集成和應(yīng)用，如通信、模式識(shí)別、決策論、不確定性理論、信號(hào)處理、估計(jì)理論、最優(yōu)化處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。目前，數(shù)據(jù)融合已成為集成智能傳感器理論的重要領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。即，對(duì)多個(gè)傳感器或多源信息進(jìn)行綜合處理、評(píng)估，從而得到更為準(zhǔn)確、可靠的結(jié)論。因此，對(duì)于多個(gè)傳感器組成的陣列，數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn)，利用其互補(bǔ)性、冗余性，提高測(cè)量信息的精度和可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。近年來(lái)，數(shù)據(jù)融合又引入了遺傳算法、小波分析技術(shù)和虛擬技術(shù)。
智能傳感器代表著傳感器發(fā)展總趨勢(shì), 它已經(jīng)受到了全世界范圍的矚目和公認(rèn), 因此,可以說(shuō)智能傳感器是一種發(fā)展前景十分看好的新傳感器。今后, 隨著硅微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展,新一代的智能傳感器的功能將會(huì)更加增多。它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)等, 使傳感器具有更高級(jí)的智能功能, 同時(shí), 它還將朝著微傳感器、微執(zhí)行器和微處理器三位一體構(gòu)成一個(gè)微系統(tǒng)的方向發(fā)展。
列舉智能傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的黑科技
分子傳感器
過(guò)去雖然已經(jīng)有把化學(xué)物質(zhì)用在需要加密的“隱形墨水”中的技術(shù)，但不斷改進(jìn)的檢測(cè)方法已經(jīng)難以保證隱藏信息在未經(jīng)授權(quán)的情況下不被讀取。針對(duì)這種情況，以色列魏茨曼科學(xué)研究學(xué)院戴維·馬古利斯和他的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種熒光分子傳感器，它可以通過(guò)生成特定的熒光發(fā)射光譜分辨不同的化學(xué)物質(zhì)。考慮到最近人們對(duì)全球電子監(jiān)視的擔(dān)憂(yōu)，這個(gè)傳感器提供了一種繞過(guò)電子通信系統(tǒng)的安全手段。
無(wú)線(xiàn)傳感器
近年來(lái)，健身追蹤器已變成了一種更加流行的可穿戴科技產(chǎn)品。不過(guò)，加州大學(xué)伯克利分校的工程師們將這個(gè)概念更推進(jìn)了一步，開(kāi)發(fā)出了極小的無(wú)線(xiàn)傳感器用以檢測(cè)人體內(nèi)的健康狀況。據(jù)悉，這些設(shè)備已被縮小至一立方毫米大約只有一粒灰塵大小，被稱(chēng)作“神經(jīng)灰塵”。這些傳感器可被植入人的體內(nèi)，它們將在那里對(duì)組織、肌肉及神經(jīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
無(wú)線(xiàn)傳感器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空、建筑、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。深圳信立科技長(zhǎng)期致力于各種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)傳感器設(shè)計(jì)研發(fā)及提供基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案。比如，無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器，無(wú)線(xiàn)壓力傳感器，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，無(wú)線(xiàn)氣體傳感器，無(wú)線(xiàn)液位傳感器等。實(shí)際應(yīng)用在智慧農(nóng)業(yè)智能大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智慧養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)館藏環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智慧管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，重大危險(xiǎn)源環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能源管理系統(tǒng)、大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)及生產(chǎn)制造智能監(jiān)控系統(tǒng)等。
生物發(fā)光傳感器
生物發(fā)光傳感器其實(shí)是一種新型的研究手段，由美國(guó)范德堡大學(xué)的一組科學(xué)家通過(guò)對(duì)熒光素酶這種生物酶進(jìn)行基因改造而發(fā)明出來(lái)。據(jù)研究人員介紹，這一新型傳感器可用來(lái)追蹤大腦中大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部互動(dòng)情況。
人造毛發(fā)傳感器
對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，皮膚不僅是保護(hù)我們免受微塵和細(xì)菌侵襲的屏障，也是我們感受外界環(huán)境變化的介質(zhì)。隨著研究人員研發(fā)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步深入，其也正在努力尋求為機(jī)器人打造像真實(shí)皮膚一樣的功能。中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)教授何曉東以及其同事在這方面進(jìn)行了創(chuàng)新，他們研發(fā)的新技術(shù)能夠模仿人體表面的細(xì)微毛發(fā)，將感覺(jué)信息傳遞到給機(jī)器人。研究人員采用30微米的細(xì)線(xiàn)代替毛發(fā)，并在硅脂橡膠中嵌入一排細(xì)微電線(xiàn)，而這排電線(xiàn)的作用就是給人造皮膚帶來(lái)外界信息。該研究成果能夠用于傳感假肢或是相應(yīng)的醫(yī)療保健設(shè)備。
復(fù)合觸摸傳感器
目前，大多數(shù)機(jī)器人的觸摸傳感器只具備測(cè)力傳感器，所以它們只能檢測(cè)物體的堅(jiān)硬程度以及質(zhì)地，這使得機(jī)器人識(shí)別外物的精準(zhǔn)度很低。但如果通過(guò)和傳統(tǒng)力量感應(yīng)器的結(jié)合，復(fù)合觸摸傳感器可幫助機(jī)器人識(shí)別物體的組成。正是利用了這樣的原理，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的專(zhuān)家們展示了他們?yōu)闄C(jī)器人設(shè)計(jì)的能夠產(chǎn)生熱量的由導(dǎo)電和不導(dǎo)電的織物及熱敏電阻制成“皮膚”。
空氣傳感器
TZOA公司日前推出了一款新型空氣傳感器。據(jù)了解，這是一款可收集空氣質(zhì)量信息的傳感器，所收集的信息包括微粒的種類(lèi)、數(shù)量以及當(dāng)中是否含有有害化學(xué)物質(zhì)。并且該設(shè)備還可保護(hù)胎兒和兒童免遭影響腦部發(fā)育的污染物的侵害。未來(lái)，該公司計(jì)劃在中國(guó)和印度出售針對(duì)戶(hù)外污染的設(shè)備，以及在美國(guó)出售針對(duì)室內(nèi)污染的設(shè)備。TZOA還在開(kāi)發(fā)有助于判斷氣喘發(fā)作誘發(fā)因素的氣喘設(shè)備。
促睡眠“Sense”傳感器
據(jù)報(bào)道，英國(guó)倫敦的詹姆斯發(fā)明了一款叫做“Sense”的睡眠傳感器。據(jù)了解，“Sense”傳感器能根據(jù)主人的調(diào)控，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光，控制暖氣，甚至還能播放舒緩的音樂(lè)促進(jìn)人類(lèi)睡眠，在睡眠期間也能將環(huán)境調(diào)節(jié)到最舒適的狀況。還可監(jiān)測(cè)聲音、燈光、溫度、濕度和空氣質(zhì)量，對(duì)用戶(hù)每晚的睡眠狀況進(jìn)行評(píng)分。
肌電傳感器
傳感器因其處在采集數(shù)據(jù)的最前哨，在醫(yī)療健康領(lǐng)域一直是個(gè)重要角色。上海丞電自主研發(fā)的肌電傳感器是一種電荷傳感器，具有采樣率高，抗干擾能力強(qiáng)，濾波效果好的特點(diǎn)。該傳感器已成功應(yīng)用在了康復(fù)醫(yī)療和仿生義肢，未來(lái)更會(huì)拓展到VR/AR，體育健身，人體外骨骼等朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)中。
溫度傳感器
致力于糖尿病患者健康監(jiān)測(cè)的創(chuàng)企SirenCare研發(fā)了一款智能襪子，該襪子通過(guò)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)患者是否出現(xiàn)炎癥，進(jìn)而實(shí)時(shí)檢測(cè)糖尿病患者健康狀況。與之前其它公司開(kāi)發(fā)的靴子、鞋墊相比，Siren的襪子又更接近皮膚。傳感器被編織到襪子中，可以隨時(shí)檢測(cè)足部炎癥，而探測(cè)出的所有信息都會(huì)上傳到智能手機(jī)上的App上，方便患者隨時(shí)了解自身足部情況。
皮膚傳感器
據(jù)報(bào)道，日本研究人員最新發(fā)明了一種廉價(jià)的像創(chuàng)可貼一般的集成傳感器。這種創(chuàng)可貼集成傳感器是一種可隨意貼在身體上的柔性設(shè)備，能監(jiān)測(cè)人體活動(dòng)量、心跳次數(shù)以及紫外線(xiàn)強(qiáng)度等，可用于健康管理和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。可貼式皮膚傳感器以最新開(kāi)發(fā)的印刷技術(shù)印制在薄薄的塑料膜上，與以往半導(dǎo)體傳感器制造技術(shù)相比成本很低，兼顧了使用便利和低成本
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