物联网市场引发智能传感技术新需求

Raina

       传感技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科也得到迅速的发展，并且在工业自动化测量和检测技术、航天技术军事工程、医疗诊断等学科被越来越广泛地利用，同时对各学科发展还有促进作用。随着MEMS、激光技术、高科技材料等的技术进步，传感器的研发呈现多样化的趋势，有的利用生物材料模拟人类皮肤，创新传感器的触觉;有的利用MEMS技术研发微型智能化传感器，从而有利于复杂系统的集成;有的利用高精度的激光技术创造激光雷达，从而利于系统实时感知周边障碍物与环境等等。

       从定义上理解，智能传感器(intelligentsensor)是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低，具有一定的编程自动化能力;功能多样化。

       概括而言，智能传感器的主要功能是：

       (1) 具有自校零、自标定、 自校正功能；

       (2) 具有自动补偿功能；

       (3) 能够自动采集数据，并对数据进行预处理；

       (4) 能够自动进行检验、自选量程、 自寻故障；

       (5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能；

       (6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能；

       (7) 具有判断、决策处理功能。

       物联网市场引发智能传感技术新需求

       智能传感器这一概念是由国外引进的，通常定义为“带有微处理器，具有信息处理功能的传感器”。根据《敏感组件和传感器名词术语》国家标准，这里“传感器”的定义是：能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感组件和转换组件组成。

       80年代，将信号处理电路(滤波、放大、调零)与传感器设计在一起，输出4～20mA电流或0～5V电压，这样的传感器为当时意义的智能传感器。我们称之为“第一代智能传感器”。

       80年代末到90年代中后期，将单片微处理器嵌入传感器中，实现温补、修正、校准，同时由A/D变换器将模拟信号转换为数字信号。这种类型的传感器不但有硬件，还可通过软件对信号进行简单处理，输出为数字信号。我们称之为“第二代智能传感器”。

       “现场总线”概念提出后，对传感器的设计提出了新要求，要求实现全数字、开放式的双向通信，测量和控制信息的交换在底层上主要是通过现场总线来完成，数据交换主要是通过Intranet等网络来实现，传感器设计上软件占主要地位，通过软件将传感器内部各个敏感单元或与外部的智能传感器单元联系在一起。我们称之为“第三代智能传感器”。

       进入21世纪后，由于MEMS技术、低能耗的模拟和数字电路技术、低能耗的无线射频(RF)技术、传感器技术的发展，使得开发小体积、低成本、低功耗的微传感器成为可能。这种微传感器一般装备有：一个用于感知外界环境物理量的敏感组件(如压力、温度、湿度、光、声、磁等)，一个用于处理敏感组件采集信息的计算模块，一个用于通信的无线电收发模块，一个为微传感器的各种操作提供能量的电源模块。我们称之为“第四代智能传感器”或“智能网络化传感器”。

       物联网(IoT)是把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。传感器作为物联网三大层次结构之一的感知层的重要组成部分，将现实世界中的物理量、化学量、生物量等转化成可供处理的数字信号，是实现物联网的基础和前提，同时MEMS(微机电)技术作为支撑技术，在物联网的发展中起着至关重要的作用。