智能传感器的发展

1智能传感器的相关理论知识

随着数字化和虚拟仪器的快速发展,对传感器的综合能力要求越来越高,而传统的传感器根本不能适应现代化的需求,加之微处理智能技术和微机械加工技术的引入,于是智能传感器诞生了。虽然智能传感器是当前高新技术,但是目前为止还没有一个规范化的定义形成。随着人们对智能传感器技术的不断研究,各个专家对其都有不同的定义。本文主要倾向于以下这个定义:智能传感器就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。智能传感器的主要特征主要包括:(1)具有自动补偿功能;(2)校零、标定、校正都可以实现自动化;(3)采集数据也能够实现自动采集,并且可以预处理数据;(4)数据存储、记忆与信息处理功能;(5)检验、自选里程、自寻故障都能够实现自动化;(6)具有判断、决策处理功能。实现智能传感器的主要途径主要有以下几种:(1)非集成化实现是将传统的经典传感器、信号调理电路、带数字接口的微处理器组合为一整体,而构成的一个智能传感器系统;(2)集成化实现的传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术,利用硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路、微处理单元,并把其集成到一块芯片上构成。故又称为集成智能传感器;(3)混合实现是根据需要,将系统各个集成化环节,如:敏感单元、信号调理电路、微处理单元、数字总线接口,以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上,并装在一个外壳里。这里采用非集成化实现的方式。

2智能传感器的发展状况

智能传感器的发展状况主要从物理转化机理、数据融合理论、传感器的微型化、CMOS工艺兼容这几个方面进行分析。(1)物理转化机理。由于集成智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正,得到一个线性度非常好的输出结果,从而消除了非线性传递对传感器应用的制约。该机理具有稳定性好、精确度高、灵敏度高的特点。利用同一硅片上集成的智能检测电路,可以迅速提取频率信号,使得谐振式微机械传感器成为国际上传感器领域的一个研究热点。(2)数据融合理论。数据融合是集成智能传感器理论的重要领域,也是各国研究的热点,对于多个传感器组成的阵列,数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点,利用其互补性、冗余性,提高测量信息的精度和可靠性,延长系统的使用寿命。(3)传感器的微型化。集成智能传感器的微型化决不仅是尺寸上的缩微与减少,而且是一种具有新机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统,并在智能程度上与先进科技融合。(4)CMOS工艺兼容。目前,国外在研究二次集成技术的同时,集成智能传感器在工艺上的研究热点集中在研制与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及制造工艺流程,探求在制造工艺和微机械加工技术上有所突破。

3智能传感器的发展方向

无论是现今还是未来的若干年,智能传感器和人工智能材料都是人们关注的一门科学。虽然目前智能传感器已经取得了一定的成效,但是智能化的实现还处于研究的初级阶段。人们对智能传感器的研究还需从以下几个方面进行:(1)智能传感器的重要发展方向仍然是微型结构。“微型”技术包括了多种科学的多种微型机构,它是一个广泛的应用领域。(2)传感器将会利用生物技术及纳米技术。分子和原子生物传感器到目前还是一门高新学科。目前,一些发达国家已经利用纳米技术研制出分子级的电器。(3)智能材料继续的研制开发,使智能器件原理进一步完善。在这项工作中,将信息注入材料的主要方式和有效途径进行研发,对在人工智能材料内部的功能效应和信息流转换机制进行研究。(4)人工脑系统的开发。对高级智能机器人和完善人工脑系统进一步进行发展。

传统的传感器在工业生产中的应用是无法快速直接测量某些产品质量指标的,并且也无法进行在线控制。但是智能传感器的应用就不一样了,其应用不仅可以对与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量进行直接测量,而且利用神经网络来建立数学模型,通过数学模型来进行准确的计算,这样可以使产品质量得以确保。智能传感器进一步完善的主要方向就是虚拟化、网络化和信息融合技术。智能传感器是躯感网的前端,它能收集到很多有特征的数据。用于躯感网的传感器一般可分为两种,一种是可以移植到人体之内的;一种是佩戴在体表的,譬如对脉搏、血压、心跳运动的监测。从外观上看,传感器的形态也非常简单,有的传感器类似于手表戴在手腕上,有的则像耳机一样戴在耳朵上,有的放在鞋里,还有的像创可贴一样贴在身体的某个部位上。如在医学领域中,血糖水平对于糖尿病患者而言是非常重要的,糖尿病患者需要随时掌握自己的血糖水平,根据具体情况来对自己的饮食和注射胰岛素进行调整,以防病情加重,或者其他病出现。针对这个情况美国公司生产了一种“葡萄糖手表”,这种外观类似手表的测糖仪能够实现无疼、无血、连续的血糖测试。

参考文献

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