傳感技術(shù)作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科也得到迅速的發(fā)展,,并且在工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量和檢測(cè)技術(shù),、航天技術(shù)軍事工程、醫(yī)療診斷等學(xué)科被越來越廣泛地利用,,同時(shí)對(duì)各學(xué)科發(fā)展還有促進(jìn)作用,。隨著MEMS,、激光技術(shù)、高科技材料等的技術(shù)進(jìn)步,,傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì),,有的利用生物材料模擬人類皮膚,創(chuàng)新傳感器的觸覺,;有的利用MEMS技術(shù)研發(fā)微型智能化傳感器,,從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá),從而利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知周邊障礙物與環(huán)境等等,。
從定義上理解,,智能傳感器(intelligentsensor)是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī),,具有采集,、處理、交換信息的能力,,是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物,。一般智能機(jī)器人的感覺系統(tǒng)由多個(gè)傳感器集合而成,采集的信息需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,,而使用智能傳感器就可將信息分散處理,,從而降低成本,。與一般傳感器相比,智能傳感器具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集,,而且成本低;具有一定的編程自動(dòng)化能力;功能多樣化,。概括而言,智能傳感器的主要功能是:
(1) 具有自校零,、自標(biāo)定,、 自校正功能;
(2) 具有自動(dòng)補(bǔ)償功能;
(3) 能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;
(4) 能夠自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn),、自選量程,、 自尋故障;
(5) 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能;
(6) 具有雙向通訊,、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號(hào)輸出功能;
(7) 具有判斷,、決策處理功能。
物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)引發(fā)智能傳感技術(shù)新需求
智能傳感器這一概念是由國(guó)外引進(jìn)的,,通常定義為“帶有微處理器,,具有信息處理功能的傳感器”。根據(jù)《敏感組件和傳感器名詞術(shù)語(yǔ)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),,這里“傳感器”的定義是:能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,。通常有敏感組件和轉(zhuǎn)換組件組成。
80年代,,將信號(hào)處理電路(濾波,、放大、調(diào)零)與傳感器設(shè)計(jì)在一起,,輸出4~20mA電流或0~5V電壓,,這樣的傳感器為當(dāng)時(shí)意義的智能傳感器。我們稱之為“第一代智能傳感器”,。
80年代末到90年代中后期,,將單片微處理器嵌入傳感器中,實(shí)現(xiàn)溫補(bǔ),、修正,、校準(zhǔn),同時(shí)由A/D變換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),。這種類型的傳感器不但有硬件,,還可通過軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理,輸出為數(shù)字信號(hào),。我們稱之為“第二代智能傳感器”,。
“現(xiàn)場(chǎng)總線”概念提出后,對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)提出了新要求,,要求實(shí)現(xiàn)全數(shù)字,、開放式的雙向通信,,測(cè)量和控制信息的交換在底層上主要是通過現(xiàn)場(chǎng)總線來完成,數(shù)據(jù)交換主要是通過Intranet等網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn),,傳感器設(shè)計(jì)上軟件占主要地位,,通過軟件將傳感器內(nèi)部各個(gè)敏感單元或與外部的智能傳感器單元聯(lián)系在一起。我們稱之為“第三代智能傳感器”,。
進(jìn)入21世紀(jì)后,,由于MEMS技術(shù)、低能耗的模擬和數(shù)字電路技術(shù),、低能耗的無線射頻(RF)技術(shù),、傳感器技術(shù)的發(fā)展,使得開發(fā)小體積,、低成本,、低功耗的微傳感器成為可能。這種微傳感器一般裝備有:一個(gè)用于感知外界環(huán)境物理量的敏感組件(如壓力,、溫度,、濕度、光,、聲,、磁等),一個(gè)用于處理敏感組件采集信息的計(jì)算模塊,,一個(gè)用于通信的無線電收發(fā)模塊,,一個(gè)為微傳感器的各種操作提供能量的電源模塊,。我們稱之為“第四代智能傳感器”或“智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器”,。
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進(jìn)行信息交換和通訊,,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別,、定位、跟蹤,、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò),。簡(jiǎn)而言之,物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”,。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)三大層次結(jié)構(gòu)之一的感知層的重要組成部分,,將現(xiàn)實(shí)世界中的物理量、化學(xué)量,、生物量等轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號(hào),,是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和前提,同時(shí)MEMS(微機(jī)電)技術(shù)作為支撐技術(shù),,在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用,。
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