智能傳感器(intelligent sensor)的概念最初是由美國宇航局在研發(fā)宇宙飛船過程中提出并形成的，1978年研發(fā)出產(chǎn)品。宇宙飛船上需要用大量的傳感器不斷向地面發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息，用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)很難同時(shí)處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，智能傳感器已成為傳感器技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向，代表著一個(gè)國家的工業(yè)及技術(shù)科研能力。
1智能傳感器的定義
傳感器(sensor)一詞來自拉丁語sentire，意思是覺察、領(lǐng)悟。其作用是對于諸如熱、光、力、聲、運(yùn)動(dòng)等物理或化學(xué)的刺激做出反應(yīng)，感受被測刺激后定量地將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)調(diào)理電路對該信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)制等處理，再由變送器轉(zhuǎn)化成適于記錄和顯示的形式輸出。
智能傳感器（smart sensor）指具有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器。相對于僅提供表征待測物理量的模擬電壓信號(hào)的傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器充分利用集成技術(shù)和微處理器技術(shù)，集感知、信息處理、通信于一體，能提供以數(shù)字量方式傳播的具有一定知識(shí)級(jí)別的信息。智能傳感器可分兩大部分:基本傳感器和信息處理單元?；緜鞲衅魇菢?gòu)成智能傳感器的基礎(chǔ)，其性能很大程度上決定著智能傳感器的性能，由于微機(jī)械加工工藝的逐步成熟以及微處理器的補(bǔ)償作用，基本傳感器的某些缺陷(如:輸入輸出的非線性)得到較大程度的改善；信息處理單元以微處理器為核心，接受基本傳感器的輸出，并對該輸出信號(hào)進(jìn)行處理，如標(biāo)度變換、線性化補(bǔ)償、數(shù)字調(diào)零、數(shù)字濾波等，處理工作大部分由軟件完成。智能傳感器的兩大部分可以集成在一起設(shè)置成為一個(gè)整體，封裝在一個(gè)表殼內(nèi)；也可分開設(shè)置，以利用電子元器件和微處理器的保護(hù)，尤其在測試環(huán)境較惡劣時(shí)更應(yīng)該分開設(shè)置。
在當(dāng)前智能時(shí)代的推動(dòng)下，傳感器的重要性更加凸顯，不僅在《中國制造2025》、《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》及歐盟、美國、韓國、新加坡等推進(jìn)的智慧城市等戰(zhàn)略方面發(fā)揮著重要的支撐作用，而且也在物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、機(jī)器人、智能家居、自動(dòng)駕駛汽車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。高性能、高可靠性的多功能復(fù)雜自動(dòng)、測控系統(tǒng)以及基于射頻識(shí)別技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)的興起與發(fā)展，愈發(fā)凸顯了具有感知、認(rèn)知能力的智能傳感器的重要性及其大力、快速發(fā)展的迫切性。隨著與CMOS兼容的MEMS技術(shù)的發(fā)展，微型智能傳感器的發(fā)展得到了有力的技術(shù)支撐，智能傳感器產(chǎn)業(yè)面臨著一個(gè)非常重要的歷史發(fā)展契機(jī)。
2智能傳感器的結(jié)構(gòu)
最初的智能傳感器設(shè)計(jì)主要集中在輸出端數(shù)字處理上，旨在獲得高精度的溫度補(bǔ)償和校正。后來的設(shè)計(jì)包括增強(qiáng)數(shù)字特性(如遠(yuǎn)距離通訊和可尋址能力)等，但研制工作還未涉及到制造過程所用的測試系統(tǒng)接口，這種接口可實(shí)現(xiàn)傳感器的批量生產(chǎn)，從而大大降低傳感器成本。
智能傳感器主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有兩種:一種是數(shù)字傳感器信號(hào)處理(DSSP)，另一種是數(shù)字控制的模擬信號(hào)處理(DCASP)。如圖所示。
DSSP和DCABP智能傳感器結(jié)構(gòu)比較
最精確的設(shè)計(jì)都采用DSSP結(jié)構(gòu)，通常包括兩個(gè)傳感器:被測量傳感器(例如壓力)和溫度(補(bǔ)償)傳感器。在硅器件中，溫度信號(hào)可直接從被測量傳感器提取出來，傳感器信號(hào)經(jīng)多路調(diào)制器送到A/D變換器，然后再送到微控器進(jìn)行信號(hào)的補(bǔ)償和校正。
校正時(shí)可用傳感器輸出的算法趨近或多表面逼近法進(jìn)行信號(hào)處理，每個(gè)給定傳感器的校正系數(shù)都被單獨(dú)儲(chǔ)存在永久性寄存器中。如果需要模擬輸出，可另外加一個(gè)D/A變換器。
DSSP結(jié)構(gòu)的分辨率受輸入A/D變換器的分辨率和補(bǔ)償/校正處理分辨率的限制。響應(yīng)時(shí)間受A/D變換時(shí)間和補(bǔ)償時(shí)間限制。而基本的DCASP結(jié)構(gòu)在傳感器和模擬輸出之間直接提供了一個(gè)模擬通道，因此，被測量分辨率和響應(yīng)時(shí)間不受影響。溫度補(bǔ)償和校正都在并聯(lián)回路實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)回路能改變信號(hào)放大器的失調(diào)和增益。要獲得數(shù)字輸出信號(hào)，可加一個(gè)A/D變換器。
