什么是智能传感器技术?

什么是智能传感器技术?

传感器是指能够感知指定的测量量，并按一定规律将其转化为可用的输出信号的一种装置或装置。传感技术、计算机技术和通信技术被统称为信息技术的三大支柱。传感技术是一门从自然资源中获取信息、处理和识别的多学科的现代科学和工程技术，涉及规划、设计、开发、制造和测试等多个环节。应用和评价改进等活动也是衡量一个国家信息化程度的重要指标。智能传感技术是一门综合性、集约化的技术，涉及微机械电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、人工智能技术等多个学科。它可以实现传统传感器无法实现的功能。

智能传感器主要由传感器、微处理器和相关电路组成。目前，智能传感器已广泛应用于航空航天、航空、国防、科技、工农业生产等各个领域。

传感器作为人类获取信息的工具，是现代信息技术的重要组成部分。传统传感器的输出大多为模拟信号，不具备信号处理和组网功能。它们需要与特定的测量仪器连接，以完成信号处理和传输功能。智能传感器是基于硅材料微加工和CMOS电路集成技术。根据制造技术，智能传感器可分为三大类:微机电系统(MEMS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)和光谱学。MEMS和CMOS技术容易实现低成本的量产，可将传感器元件、偏置、调理电路甚至超大规模电路集成在同一衬底或同一封装中，使器件具有多种检测功能和智能数据处理功能。例如，使用霍尔效应检测磁场、西贝克效应检测温度、压阻效应检测应力、光电效应检测光的智能设备。

智能传感器可以在内部处理原始数据，通过标准接口与外界交换数据，并根据实际需要通过软件控制改变传感器的工作，实现智能化和网络化。

智能传感器的特点是什么?

智能传感器具有高精度、高分辨率、高可靠性、高适应性、高性价比等特点。智能传感器通过数字处理实现高信噪比，保证高精度。通过数据融合和神经网络技术，保证在多参数状态下具有特定参数的测量和区分能力。通过自动补偿，消除了工况和环境变化对系统特性的漂移，优化了传输速度，使系统工作在最佳低功率状态，提高了可靠性。通过软件进行数学处理，使智能传感器具有判断、分析、处理等功能，系统适应性强。可采用可量产的集成电路工艺和MEMS工艺，性价比高。

智能传感器能做什么?

• 自补偿能力:通过软件对传感器非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。
• 自校准功能:操作员输入一个零值或一定标准值后，自校准软件可自动在线校准传感器。
• 自诊断功能:接通电源后，可对传感器进行自检，检查传感器各部件是否正常，并可对故障部件进行诊断。
• 数值处理功能:根据智能传感器内部程序，对数据进行自动处理，如统计处理、异常值剔除等。
• 双向通信功能:微处理器与基本传感器之间形成闭环。微处理器不仅接收和处理传感器的数据，还将信息反馈给传感器，以调整和控制测量过程。
• 信息存储和记忆功能:智能传感器可以存储大量的信息数据，用户可以随时查询。这些信息可能包括有关设备的历史信息。例如，传感器工作了多少小时，电源更换了多少次。内容大小只受限于智能传感器本身的存储容量。

随着科学技术的发展，智能传感器的功能会逐渐增强:它将利用人工神经网络、人工智能和信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等)，使传感器具有更先进的智能和分析、判断、自适应、自学习功能，能够完成图像识别、特征检测、多维度检测等复杂任务。

传感器的发展趋势:

• 小型化:随着世界的联系日益紧密，在无数应用中对传感器的需求出现了爆炸式增长。许多这样的应用程序需要多个传感器占用很少的空间，而不降低性能，通常需要低的功率要求。
• 数字化:在物联网领域有如此多的应用，智能传感器需要向数字化发展，不仅要捕捉感知数据，还要为各种应用解释数据。
• 传感器融合:随着数字化趋势的发展，多传感器集成与物联网的普及和期望息息相关。在非常小的包中捕获多种类型的测量的需求推动了多传感元件的发展。

智能传感器的应用发展:

智能传感器代表了新一代的感知和自我意识能力，是未来智能系统的关键组件。通过组件级的智能系统设计，智能传感器将用于食品安全应用和生物危害检测、安全危害检测和报警、局部和全球环境检测、健康监测和医疗诊断、工业和军事、航空航天等领域产生深远影响。

智能传感器技术分析:

智能传感器的发展趋势可以根据MEMS、CMOS和光谱学进行分类和研究。MEMS和CMOS是智能传感器制造的两种主要技术。

1. MEMS技术:
   MEMS传感器最早应用于军事领域，可在目标跟踪和自动识别领域进行多传感器数据融合，具有特定的高精度和对目标的识别、跟踪和定位能力。采用MEMS技术和集成A/D转换器的流量传感器已应用于航空航天领域。实现智能化需要集成MEMS传感器功能以及信号调理、控制和数字处理，用于数据和指令的双向通信、全数字传输、本地数字处理、自校准和用户定义算法的编程。
2. CMOS技术:
   CMOS技术是目前主流的集成电路技术。它不仅可以用于制造微处理器等数字集成电路，还可以用于制造传感器、数据转换器和用于通信目的的高度集成收发器。它具有一体化制造和低成本的优点。CMOS计算元件可与不同的传感元件集成，制成流量传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、电导率传感器、pH传感器、氧化还原电位(ORP)传感器、温度传感器、压力传感器、触摸传感器等应用于各种场合的智能传感器。CMOS触控传感器和温度传感器的市场份额保持在14%，近年来持续增长。采用CMOS工艺制作的溶解氧传感器与D/A转换器集成在汽车领域中得到了广泛的应用。具有集成收发功能的浊度传感器已在生物医学领域得到广泛应用。结合CMOS成像仪和处理电路的基于低光CMOS的数字成像仪正在成为军事应用的主流成像仪。
3. 光谱分析:
   光谱学是一门涉及物理和化学的重要交叉学科。它通过测量光与物质相互作用的光谱特性来分析物质的物理和化学性质。精确的多光谱测量可用于分析固体，液体，甚至气体对象，如果有光。光谱成像被广泛应用于各种物体感知和材料性质分析。高光谱成像对图像中的每个像素进行光谱分析，实现大范围测量。

智能传感器的应用领域:

1. 智能手机:
   智能手机中更常见的智能传感器现在包括距离传感器、光传感器、重力传感器、指纹识别传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘。例如，指纹识别传感器可以采集指纹数据，然后进行快速分析和认证，省去繁琐的密码操作和快速解锁。
2. 人工智能/机器人:
   传感器是人工智能最基本的硬件，就像人类的感觉获取器官一样。很多传感器可以实现感知+控制，家庭自动化=感知+控制。这种程度的信息交互和人机交互需要更多的人的参与。人工智能把人类的逻辑大脑交给机器，实现感知+思考+执行，最终上升到这个层次。智能机器人使用的关键硬件包括驱动器、减速器和传感器。智能传感器在收集外部信息和数据方面发挥着重要作用。
3. 基于“增大化现实”技术/虚拟现实:
   虚拟现实中的传感设备主要包括两部分:一部分用于人机交互，戴在操作人员身上，带有三维头盔显示器、数据手套、数据衣服等，另一部分用于在真实环境中进行正确感知和设置。各种视觉、听觉、触觉、力传感器等。实现AR/VR和改善用户体验需要使用许多传感器来跟踪运动。
4. 无人机:
   无人机是目前流行的智能硬件。其智能飞行控制系统的实现需要使用多种智能传感器，包括IMU、MEMS加速度计、电流传感器、倾角传感器、发动机进气流量传感器等。IMU与GPS的结合是无人机保持航向和飞行路径的关键。随着无人机智能化的发展，方向和路径控制成为重要的空中交通管理规则。IMU使用的多轴磁传感器本质上是一个具有极高精度的小罗盘。它通过感知方向将数据传输到中央处理器，从而指示方向和速度。
5. 智能穿:
   传感器在可穿戴设备中起着至关重要的作用。因为可穿戴设备最基本的功能是通过传感器实现运动感知。
6. 智能家居:
   传感器是智能家居控制系统实现控制的基础。随着科技的发展，越来越多的传感器被应用到智能家居系统中。智能家居领域需要使用传感器来测量、分析和控制系统设置。家庭中使用的智能设备包括位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测和安全感知等技术。
7. 智能汽车/自主驾驶:
   车联网是物联网发展的一个重要领域。智能汽车是车联网的核心，发展迅速。在智能汽车时代，主动安全技术已经成为一个新兴的关注领域，有必要改进现有的主动安全系统，如侧翻稳定控制(ESC)，这些系统需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感知Measure身体姿态。语音将成为人与智能汽车的重要交互方式，MEMS麦克风将迎来新的发展机遇。MEMS传感器在汽车领域也有很多应用，包括安全气囊、汽车发动机等。
8. 智能工业:
   智能工厂利用物联网技术加强信息管理和服务，掌握生产销售流程，提高生产流程可控性，减少人工对生产线的干预，及时准确收集生产线数据，合理安排生产计划和生产进度，优化供应链。在工业生产领域，传感器得到了广泛的应用。工业生产的各个环节都需要传感器进行监控，并将数据反馈到控制中心，以便及时对异常节点进行干预，保证工业生产的正常进行。MEMS使传感器小型化、智能化，MEMS传感器在智能产业时代将具有巨大潜力。MEMS温湿度传感器可用于检测环境条件，MEMS加速度计可用于监测工业设备的振动和转速。高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和旋转提供精确的位置信息。