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什么是智能傳感器？

傳感器是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分，是人類收集信息的工具。傳統(tǒng)意義上的傳感器的輸出大多是模擬信號(hào)，它們不具備信號(hào)處理和網(wǎng)絡(luò)功能，但需要連接到特定的測(cè)量設(shè)備來(lái)完成信號(hào)處理和傳輸功能。智能傳感器可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部處理，與外界交換數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)軟件控制改變傳感器的工作，實(shí)現(xiàn)智能化和網(wǎng)絡(luò)化。智能傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)總線接口，具有良好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了很大的發(fā)展空間。


智能傳感器的概念最早由NASA在航天器開(kāi)發(fā)過(guò)程中提出，并于1979年形成產(chǎn)品。航天器上的大量傳感器需要不斷向地面或航天器上的處理器發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息。即使是一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)也很難同時(shí)處理如此大量的數(shù)據(jù)。此外，航天器限制了計(jì)算機(jī)的尺寸和重量，因此希望傳感器本身具有信息處理功能，因此傳感器將與微處理器結(jié)合，出現(xiàn)智能傳感器。

智能傳感器是一種新型傳感器，能夠獲取和識(shí)別被測(cè)對(duì)象的特定信息，學(xué)習(xí)、推斷、判斷和處理信號(hào)，并具有通信和管理功能。智能傳感器具有自動(dòng)調(diào)零、校準(zhǔn)、補(bǔ)償和收集數(shù)據(jù)的能力。它的能力決定了智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比還具有更高的精度和分辨率、更高的穩(wěn)定性和可靠性、更好的適應(yīng)性，以及非常高的性價(jià)比。

在早期的智能傳感器中，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)處理和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)接口發(fā)送到微處理器進(jìn)行計(jì)算處理。20世紀(jì)80年代，智能傳感器主要以微處理器為核心，將傳感器信號(hào)處理電路、微電子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器和接口電路集成到一個(gè)芯片中，使傳感器具有一定的人工智能。20世紀(jì)90年代，智能測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步完善，使傳感器實(shí)現(xiàn)了小型化、結(jié)構(gòu)集成化、陣列式、數(shù)字化、操作簡(jiǎn)單、易于操作和自診斷功能、存儲(chǔ)和信息處理功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、多參數(shù)測(cè)量功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能、邏輯思維和判斷功能。


智能傳感器大致可分為三類：判斷傳感器、學(xué)習(xí)傳感器和創(chuàng)意傳感器。

智能傳感器的結(jié)構(gòu)


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，傳感器將測(cè)得的理化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，送入信號(hào)調(diào)制電路，經(jīng)濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換后送入微處理器。微處理器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)和分析后，一方面通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器和信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制，另一方面將處理結(jié)果經(jīng)接口電路處理后傳輸?shù)捷敵鼋涌?，根?jù)輸出格式和接口適配輸出數(shù)字化測(cè)量結(jié)果。微處理器是智能傳感器的核心，因?yàn)槲⑻幚砥鞒浞掷昧烁鞣N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)

高精度

智能傳感器可以通過(guò)自動(dòng)零點(diǎn)校準(zhǔn)消除零點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)行全系統(tǒng)校準(zhǔn)，非線性校正系統(tǒng)誤差，如與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，消除偶然誤差的影響，調(diào)整智能傳感器的高精度。

高可靠性和高穩(wěn)定性

智能傳感器能自動(dòng)補(bǔ)償因工況、環(huán)境參數(shù)等變化引起的系統(tǒng)特性漂移，判斷采集數(shù)據(jù)的合理性，并自動(dòng)對(duì)異常情況進(jìn)行應(yīng)急處理。

高信噪比和高分辨率

由于智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、存儲(chǔ)和信息處理的功能，可以去除輸入數(shù)據(jù)中的噪聲，通過(guò)數(shù)字濾波等相關(guān)分析處理，自動(dòng)提取有用數(shù)據(jù)；通過(guò)數(shù)據(jù)融合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以消除多參數(shù)狀態(tài)碰撞中的交叉敏感性。

適應(yīng)性強(qiáng)

智能傳感器具有判斷、分析和處理功能，可根據(jù)系統(tǒng)的工作條件確定各部件的供電情況和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率，使系統(tǒng)處于低功耗的最佳狀態(tài)，優(yōu)化傳輸效率。

更高的性價(jià)比

智能傳感器的高性能不是通過(guò)追求傳感器本身的完美，仔細(xì)設(shè)計(jì)和調(diào)試傳感器的各個(gè)方面，以及像傳統(tǒng)傳感器技術(shù)一樣制作“工藝品”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用微處理器和集成電路的結(jié)合，不僅價(jià)格低廉，而且具有強(qiáng)大的軟件價(jià)值。

智能傳感器的關(guān)鍵功能

智能傳感器的功能是通過(guò)模擬人類感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作，結(jié)合多年的測(cè)試技術(shù)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出的。它代表一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元。它的出現(xiàn)降低了對(duì)原始硬件性能的苛刻要求，并依靠軟件的幫助大大提高了傳感器的性能。

智能傳感器通?？梢詧?zhí)行以下功能：

1.復(fù)合敏感功能

我們觀察周圍的自然現(xiàn)象。常見(jiàn)的信號(hào)包括聲音、光、電、熱、電和化學(xué)物質(zhì)。傳感器組件通常以兩種方式測(cè)量：直接測(cè)量和間接測(cè)量。智能傳感器具有復(fù)合功能，可以同時(shí)測(cè)量各種物理量和化學(xué)量，并提供能夠全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息。例如，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)開(kāi)發(fā)的復(fù)合液體傳感器可以同時(shí)測(cè)量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。美國(guó)EG&GIC傳感器公司開(kāi)發(fā)的復(fù)合機(jī)械傳感器可以同時(shí)測(cè)量物體特定點(diǎn)的三維振動(dòng)加速度、速度、位移等。

2.適應(yīng)功能

當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，智能傳感器可以在一定程度上自動(dòng)調(diào)整其特性以適應(yīng)這種變化。通過(guò)使用自適應(yīng)技術(shù)，自適應(yīng)技術(shù)可以延長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的壽命，因?yàn)樗鼈兛梢匝a(bǔ)償由老化組件引起的參數(shù)漂移。此外，它還可以自動(dòng)適應(yīng)不同的環(huán)境條件，從而擴(kuò)大了工作范圍。自適應(yīng)技術(shù)提高了傳感器的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。因?yàn)槠湫Ｕ脱a(bǔ)償值不再是平均值，而是測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際校正值。

3.自檢、自校準(zhǔn)和自診斷功能

普通傳感器必須定期檢查和校準(zhǔn)，以確保在正常使用期間具有足夠的精度。這些任務(wù)通常要求從現(xiàn)場(chǎng)拆卸傳感器，并將其送往實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門。無(wú)法診斷在線測(cè)量傳感器異常時(shí)間。有了智能傳感器，情況發(fā)生了巨大變化。首先，自診斷功能執(zhí)行通電自檢，即確定部件是否有故障的診斷測(cè)試。其次，它可以根據(jù)使用時(shí)間進(jìn)行在線校正，微處理器使用存儲(chǔ)在E2PROM中的測(cè)量特性進(jìn)行比較和驗(yàn)證。

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)大量信息，用戶可以隨時(shí)查詢。此類信息可包括設(shè)備的歷史信息。例如，傳感器工作了多少小時(shí)，更換了多少次電源等。它還包括所有傳感器數(shù)據(jù)和圖表，以及配置選擇指南等。此外，還包括序列號(hào)、生產(chǎn)日期、目錄表和最終工廠測(cè)試結(jié)果。內(nèi)容可以是無(wú)限的，只受智能傳感器本身存儲(chǔ)容量的限制。除了擴(kuò)展過(guò)程數(shù)據(jù)處理、自診斷、配置和信息存儲(chǔ)功能外，智能傳感器還提供數(shù)字通信能力和適應(yīng)性。

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這一功能。智能傳感器不僅可以放大信號(hào)，還可以將其數(shù)字化，然后使用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)節(jié)。通常，簡(jiǎn)單的傳感器不能提供線性信號(hào)，過(guò)程控制的一個(gè)重要目標(biāo)是線性。智能傳感器可以通過(guò)查表將非線性信號(hào)線性化。當(dāng)然，必須為每個(gè)傳感器單獨(dú)創(chuàng)建此數(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)進(jìn)行濾波，這可以減少噪聲或其他相關(guān)影響的干擾。用軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜的濾波器比用分立的電子電路設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。補(bǔ)償環(huán)境影響也是數(shù)據(jù)處理中的一項(xiàng)重要任務(wù)。微控制器可以幫助提高信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。例如，可以通過(guò)測(cè)量基本傳感元件的溫度來(lái)獲得正確的溫度補(bǔ)償系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的溫度補(bǔ)償。非線性補(bǔ)償和其他更復(fù)雜的補(bǔ)償也可以在軟件中實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)椴檎冶砜梢陨蓭缀跞魏涡螤畹那€。有時(shí)，為了報(bào)告各自的數(shù)據(jù)，需要測(cè)量和處理幾個(gè)不同的物理量。智能傳感器徽章控制器使用戶可以輕松地對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行加法、減法、乘法和除法。智能傳感器可以在過(guò)程數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮作用。


將這些操作從中央控制室移開(kāi)，靠近信號(hào)產(chǎn)生點(diǎn)也將是有益的。首先，向控制室發(fā)送額外信號(hào)的成本很高，而智能傳感器消除了額外傳感器和接線的成本。第二種是在信息應(yīng)用點(diǎn)捕獲附加信息，大大減少了遠(yuǎn)程傳輸帶來(lái)的負(fù)面影響（如噪聲、電位差等），使信號(hào)更加準(zhǔn)確。三是簡(jiǎn)化主控制器軟件，提高控制回路速度。

6.配置功能

智能傳感器的另一個(gè)重要功能是配置選項(xiàng)。信號(hào)應(yīng)該多久放大一次？溫度傳感器是否以攝氏度或華氏度為單位報(bào)告溫度？有了智能傳感器，用戶可以選擇他們想要的配置。例如，檢測(cè)范圍、可編程開(kāi)/關(guān)延遲、組選擇計(jì)數(shù)器、常開(kāi)/常閉、8/12位分辨率選擇等。這些只是當(dāng)今眾多智能傳感器配置中的一小部分。靈活的配置功能大大減少了用戶設(shè)計(jì)和更換所需不同傳感器類型和數(shù)量的需要。使用智能傳感器配置功能可以使同一類型的傳感器在最佳狀態(tài)下工作，并在不同的場(chǎng)合執(zhí)行不同的任務(wù)。

7、數(shù)字通信功能

如上所述，由于智能傳感器可以生成大量信息和數(shù)據(jù)，普通傳感器的單一連接無(wú)法為設(shè)備的數(shù)據(jù)提供必要的輸入和輸出。然而，lead不能用于所有信息，因?yàn)檫@會(huì)使系統(tǒng)非常復(fù)雜。因此，需要一個(gè)靈活的串行通信系統(tǒng)。在流程工業(yè)中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串聯(lián)和串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)很常見(jiàn)，今天的總趨勢(shì)是串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。由于智能傳感器本身有一個(gè)微控制器，因此它本身是數(shù)字的，因此有必要配置帶有外部連接的數(shù)字串行通信。這是因?yàn)榇芯W(wǎng)絡(luò)比傳統(tǒng)模擬信號(hào)更能抵抗環(huán)境影響（如電磁干擾）。通過(guò)與設(shè)備進(jìn)行串行通信，可以有效地管理信息傳輸，從而只在需要時(shí)輸出數(shù)據(jù)。

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)方法

智能傳感器的實(shí)現(xiàn)目前在傳感器發(fā)展的三條道路上進(jìn)行：a）通過(guò)計(jì)算機(jī)合成，即智能合成；b）通過(guò)特殊功能材料，即智能材料；c）通過(guò)功能化幾何結(jié)構(gòu)，即智能結(jié)構(gòu)。智能綜合是傳感器設(shè)備和微處理器的結(jié)合，是目前的主要方式。

根據(jù)傳感器和計(jì)算機(jī)的綜合方法，當(dāng)前的傳感器技術(shù)采用以下三種具體方式來(lái)實(shí)現(xiàn)智能傳感器。

1.非綜合模塊化方法

非集成式智能傳感器是一種智能傳感器系統(tǒng)，由傳統(tǒng)的基本傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和帶有數(shù)字總線接口的微處理器組成。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)發(fā)展的推動(dòng)下，這種非集成的智能傳感器正在迅速發(fā)展。自動(dòng)售貨機(jī)廠家生產(chǎn)過(guò)程中的原有設(shè)備基本不變，由一塊帶數(shù)字總線接口的微處理器板組成，并配有通訊、控制、自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償?shù)戎悄芄δ?。自診斷軟件實(shí)現(xiàn)智能傳感器功能。這是構(gòu)建智能傳感器最經(jīng)濟(jì)、最快速的方法。


2.綜合實(shí)現(xiàn)

這種智能傳感器系統(tǒng)采用微加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)，以硅為基本材料制造敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路和微處理器單元，并將它們集成在一個(gè)芯片上。該集成實(shí)現(xiàn)了智能傳感器的小型化和結(jié)構(gòu)集成，提高了精度和穩(wěn)定性。在敏感元件形成陣列后，通過(guò)適當(dāng)?shù)膱D像處理軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖形映射，形成多維圖像傳感器。此時(shí)，智能傳感器已達(dá)到其最先進(jìn)的形式。


3.混合實(shí)現(xiàn)

智能傳感器系統(tǒng)在單芯片上的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了許多無(wú)法解決的挑戰(zhàn)。根據(jù)需要和可能性，系統(tǒng)的每個(gè)集成連接（例如敏感單元、信號(hào)調(diào)節(jié)電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口）可以以不同的組合集成在兩個(gè)或三個(gè)芯片上，并安裝在一個(gè)外殼中。


智能傳感器的發(fā)展與趨勢(shì)

發(fā)展趨勢(shì)

1.向高精度發(fā)展

隨著自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高：必須開(kāi)發(fā)高靈敏度、高精度、快速響應(yīng)和良好互換性的新型傳感器，以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。

2.向高可靠性和寬溫度范圍發(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。開(kāi)發(fā)高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是一個(gè)永恒的方向。利用陶瓷等新材料開(kāi)發(fā)傳感器將大有可為。

3.向小型化發(fā)展

各種控制儀表和裝置的功能越來(lái)越強(qiáng)大，每個(gè)部件的體積越小，傳感器本身就越小。這就需要開(kāi)發(fā)新材料和加工技術(shù)。硅材料制成的傳感器體積已經(jīng)很小。例如，傳統(tǒng)的加速度計(jì)是由重力塊和彈簧制成的，它們體積大、脆弱、壽命短，而采用激光等各種微處理技術(shù)制成的硅加速度計(jì)體積小，可互換性好。性更好。

4.向微功耗和被動(dòng)發(fā)展

傳感器一般是將非電轉(zhuǎn)換為電，工作時(shí)電源是不可分割的。在野外或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，它們通常由電池或太陽(yáng)能供電。因此，開(kāi)發(fā)具有微功耗的傳感器和無(wú)源傳感器的發(fā)展方向勢(shì)在必行，這樣可以節(jié)約能源，提高系統(tǒng)的使用壽命。目前，低功耗芯片發(fā)展迅速，如B.T12702運(yùn)放，靜態(tài)功耗僅為1.5A，工作電壓僅為2~5V。

5.邁向智能化數(shù)字發(fā)展

隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是單一的模擬信號(hào)（如0~10mV），而是由微機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。，有些甚至具有被稱為數(shù)字傳感器的控制功能。

6.網(wǎng)絡(luò)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)的作用和好處開(kāi)始顯現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)傳感器必將推動(dòng)電子技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)展重點(diǎn)

1.通過(guò)機(jī)器智能進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和預(yù)測(cè)。任何系統(tǒng)都必須在潛在問(wèn)題出錯(cuò)并產(chǎn)生嚴(yán)重后果之前檢測(cè)或預(yù)測(cè)它們。目前，還沒(méi)有定義良好的異常狀態(tài)模型，異常狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)仍然缺乏。迫切需要將傳感器信息和知識(shí)結(jié)合起來(lái)，以提高機(jī)器的智能性。

2.在正常情況下，可以高精度、高靈敏度地檢測(cè)目標(biāo)的物理參數(shù)，但在檢測(cè)異常情況和故障方面進(jìn)展甚微。因此，迫切需要對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)測(cè)，并應(yīng)大力開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

3.當(dāng)前的傳感器技術(shù)可以在單個(gè)點(diǎn)上精確檢測(cè)物理或化學(xué)量，但難以檢測(cè)多維狀態(tài)。例如，特征參數(shù)分布廣泛、具有時(shí)空相關(guān)性的環(huán)境測(cè)量也是一個(gè)亟待解決的難題。因此，有必要加強(qiáng)多維狀態(tài)檢測(cè)的研究與開(kāi)發(fā)。

4.用于目標(biāo)成分分析的遙感?；瘜W(xué)成分分析主要基于樣品物質(zhì)，有時(shí)目標(biāo)物質(zhì)的取樣很困難。與測(cè)量平流層臭氧水平一樣，遙感是必不可少的，光譜法與雷達(dá)或激光探測(cè)技術(shù)相結(jié)合是一種可能的方法。無(wú)樣品部件的分析容易受到傳感器系統(tǒng)和目標(biāo)部件之間各種噪聲或介質(zhì)的干擾，傳感器系統(tǒng)的機(jī)器智能有望解決這一問(wèn)題。

5.傳感器智能，實(shí)現(xiàn)資源的高效回收。現(xiàn)代制造系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從原材料到產(chǎn)品的高效自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程，當(dāng)產(chǎn)品不再使用或廢棄時(shí)，循環(huán)過(guò)程既沒(méi)有效率，也沒(méi)有自動(dòng)化。如果可再生資源的回收能夠有效地、自動(dòng)地進(jìn)行，就可以有效地防止環(huán)境污染和能源短缺，實(shí)現(xiàn)生命周期資源管理。對(duì)于自動(dòng)化和高效的循環(huán)過(guò)程，使用機(jī)器智能來(lái)區(qū)分目標(biāo)組件或特定組件是智能傳感器系統(tǒng)的一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。

研究熱點(diǎn)

1.探索物理轉(zhuǎn)化的機(jī)制

數(shù)字輸出是智能傳感器的典型特征之一。它不僅僅是通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行的簡(jiǎn)單數(shù)字化，而是一個(gè)機(jī)構(gòu)的數(shù)字輸出。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、強(qiáng)抗干擾能力、高分辨率和測(cè)量精度等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)光電傳感器的頻率信號(hào)檢測(cè)需要更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，這限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。目前，它只需在同一片硅芯片上集成一個(gè)智能檢測(cè)電路，就能快速提取頻率信號(hào)，因此諧振式微機(jī)械傳感器已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。


2.多數(shù)據(jù)融合研究

數(shù)據(jù)融合是一種數(shù)據(jù)合成和處理技術(shù)，代表了許多傳統(tǒng)學(xué)科和新技術(shù)的集成和應(yīng)用，如B.通信、模式識(shí)別、決策理論、不確定性理論、信號(hào)處理、估計(jì)理論、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，數(shù)據(jù)融合已成為集成智能傳感器理論的一個(gè)重要領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。也就是說(shuō)，對(duì)來(lái)自多個(gè)來(lái)源的多個(gè)傳感器或信息進(jìn)行廣泛的處理和評(píng)估，以提供更準(zhǔn)確可靠的結(jié)論。因此，對(duì)于多傳感器陣列而言，數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以充分展示每個(gè)傳感器的特性，充分利用它們的互補(bǔ)性和冗余性，提高測(cè)量信息的準(zhǔn)確性和可靠性，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)。


智能傳感器是傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)，已經(jīng)引起了世界各國(guó)的關(guān)注和認(rèn)可，可以說(shuō)智能傳感器是一種很有前途的新型傳感器。未來(lái)，隨著硅微加工技術(shù)的發(fā)展，新一代智能傳感器的功能將會(huì)增加。它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、信息處理技術(shù)等為傳感器帶來(lái)更先進(jìn)的智能功能，同時(shí)也將向微傳感器、微執(zhí)行器、微處理器和微系統(tǒng)發(fā)展。

說(shuō)出智能傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的黑色技術(shù)

分子傳感器

雖然歷史上有在“隱形墨水”中使用化學(xué)品的技術(shù)需要加密，但改進(jìn)的檢測(cè)方法使得難以確保未經(jīng)授權(quán)的人無(wú)法讀取隱藏的信息。為了應(yīng)對(duì)這種情況，以色列魏茨曼科學(xué)研究所的戴維·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，可以通過(guò)產(chǎn)生特定的熒光發(fā)射光譜來(lái)區(qū)分不同的化學(xué)物質(zhì)。鑒于最近對(duì)全球電子監(jiān)控的擔(dān)憂，該傳感器提供了繞過(guò)電子通信系統(tǒng)的安全手段。


無(wú)線傳感器

近年來(lái)，健身跟蹤器已成為一種越來(lái)越流行的可穿戴技術(shù)。但是加利福尼亞大學(xué)的工程師伯克利將這一概念進(jìn)一步發(fā)展，開(kāi)發(fā)了微型無(wú)線傳感器來(lái)檢測(cè)人體的健康狀況。據(jù)報(bào)道，這些設(shè)備已經(jīng)縮小到了一立方毫米，大約一粒塵埃大小，被稱為“神經(jīng)塵?！?。這些傳感器可以植入人體，實(shí)時(shí)檢測(cè)組織、肌肉和神經(jīng)。

無(wú)線傳感器越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空、建筑、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域。深圳新力科技長(zhǎng)期致力于各類無(wú)線傳感器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，為基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)控系統(tǒng)提供解決方案。例如，無(wú)線溫濕度傳感器、無(wú)線壓力傳感器、無(wú)線溫度傳感器、無(wú)線氣體傳感器、無(wú)線液位傳感器等。在智能農(nóng)業(yè)、智能溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、，智能管網(wǎng)監(jiān)測(cè)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)測(cè)系統(tǒng)、智能制造監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

生物發(fā)光傳感器

生物發(fā)光傳感器實(shí)際上是范德比爾特大學(xué)的一群科學(xué)家通過(guò)基因改造生物酶熒光素酶發(fā)明的一種新型研究方法。研究人員稱，這種新型傳感器可以用來(lái)跟蹤大腦中大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部相互作用。

人工毛發(fā)傳感器

對(duì)人類來(lái)說(shuō)，皮膚不僅是保護(hù)我們免受灰塵和細(xì)菌侵害的屏障，也是我們感知外部環(huán)境變化的媒介。隨著研究人員對(duì)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，他們也在努力創(chuàng)造出功能類似于真實(shí)皮膚的機(jī)器人。中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)教授何曉東和他的同事在這一領(lǐng)域進(jìn)行了創(chuàng)新，他們開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，模擬人體表面的細(xì)毛，并將感官信息傳輸給機(jī)器人。研究人員用30微米的金屬絲替換頭發(fā)，并在硅橡膠中嵌入一系列微小的金屬絲，這一系列金屬絲的功能是為人造皮膚帶來(lái)外部信息。研究結(jié)果可用于感覺(jué)假肢或相應(yīng)的健康設(shè)備。

復(fù)合式觸摸傳感器

目前，大多數(shù)機(jī)器人觸摸傳感器只有力傳感器，因此只能檢測(cè)物體的硬度和紋理，使得機(jī)器人的異物檢測(cè)精度非常低。但與傳統(tǒng)的力傳感器相結(jié)合，復(fù)合觸摸傳感器可以幫助機(jī)器人識(shí)別物體的組成。利用這一原理，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）的專家展示了一種由導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料以及熱敏電阻制成的“皮膚”，他們?yōu)榘l(fā)熱機(jī)器人設(shè)計(jì)了這種皮膚。


空氣傳感器

TZOA推出了一種新的空氣傳感器。不用說(shuō)，這是一個(gè)傳感器，可以收集有關(guān)空氣質(zhì)量的信息，包括顆粒的類型和數(shù)量，以及它們是否含有有害化學(xué)物質(zhì)。該設(shè)備還可以保護(hù)胎兒和兒童免受損害大腦發(fā)育的污染物的影響。未來(lái)，該公司計(jì)劃在中國(guó)和印度銷售戶外污染設(shè)備，在美國(guó)銷售室內(nèi)污染設(shè)備。TZOA還開(kāi)發(fā)了哮喘設(shè)備，可以幫助識(shí)別哮喘發(fā)作的誘因。

促進(jìn)睡眠的“感覺(jué)”傳感器

據(jù)報(bào)道，詹姆斯在英國(guó)倫敦發(fā)明了一種名為“感知”的睡眠傳感器。據(jù)了解，“感知”傳感器可以自動(dòng)調(diào)節(jié)光線，控制加熱，甚至播放舒緩的音樂(lè)，以促進(jìn)人類按照主人的規(guī)定睡眠，并在睡眠期間將環(huán)境調(diào)整到最舒適的狀態(tài)。它還監(jiān)測(cè)噪音、光線、溫度、濕度和空氣質(zhì)量，并對(duì)用戶的夜間睡眠進(jìn)行排名。

肌電傳感器

傳感器一直在醫(yī)療保健領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗鼈兲幱跀?shù)據(jù)收集的前沿。EMG傳感器是上海成電自主研發(fā)的一種電荷傳感器，具有采樣率高、抗干擾能力強(qiáng)、濾波效果好等特點(diǎn)。該傳感器已成功應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)和仿生修復(fù)，并將擴(kuò)展到未來(lái)的行業(yè)，如VR/AR、健身和人體外骨骼。

溫度傳感器

SirenCare是一家致力于監(jiān)測(cè)糖尿病患者健康狀況的初創(chuàng)公司，它開(kāi)發(fā)了一款智能襪子，使用溫度傳感器檢測(cè)患者是否有炎癥，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糖尿病患者的健康狀況。與其他公司之前開(kāi)發(fā)的靴子和鞋墊相比，Siren的襪子更貼近皮膚。傳感器被編織到襪子中，可以隨時(shí)檢測(cè)腳部炎癥，所有檢測(cè)到的信息都將上傳到智能手機(jī)上的應(yīng)用程序中，以便患者隨時(shí)了解自己的腳部狀況。

皮膚傳感器

據(jù)報(bào)道，日本研究人員最近發(fā)明了一種低成本、類似創(chuàng)可貼的集成傳感器。這種集成到帶式傳感器中的傳感器是一種柔性裝置，可以隨意安裝在身體上。它可以監(jiān)測(cè)人類活動(dòng)量、心跳次數(shù)和紫外線強(qiáng)度。它可以用于醫(yī)療管理和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。粘貼式皮膚傳感器通過(guò)最新開(kāi)發(fā)的打印技術(shù)打印在薄塑料膜上。與以前的半導(dǎo)體傳感器制造技術(shù)相比，成本非常低，并且考慮了方便性和低成本。


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