摘 要：本文就目前國際傳感器領域的一個熱點問題"Smart Sensor"作了介紹，全文從智能傳感器的含義、功能、集成化
、微機械加工技術與軟件、應用與發展等幾個方麵作了論述。

　　  智能傳感器隨數字化時代誕生

　　從微處理器帶來的數字化革命到虛擬儀器（VXI）的飛速發展，對傳感器的綜合精度、穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)響(xiang)應(ying)要(yao)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，傳(chuan)統(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)不(bu)能(neng)適(shi)應(ying)多(duo)種(zhong)測(ce)試(shi)要(yao)求(qiu)，隨(sui)著(zhe)微(wei)處(chu)理(li)智(zhi)能(neng)技(ji)術(shu)和(he)微(wei)機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)，智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)（Smart Sensor）誕生了。

　　目前，國際傳感器領域已對"Smart Sensor"定義形成了基本共識，但中文譯法尚未形成定論，本文所用的"智能傳感器"一詞屬個人引用。智能傳感器從其功能來說是具有一種或多種敏感功能，能夠完成信號探測、變換處理、邏輯判斷
、功能計算、雙向通訊，內部可實現自檢、自校、自補償
、自診斷、具備以上部分功能或全部功能的器件。

　　從使用的角度，傳感器的準確度、穩wen定ding性xing和he可ke靠kao性xing是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。長chang期qi以yi來lai研yan究jiu工gong作zuo大da都dou集ji中zhong在zai硬ying件jian方fang麵mian，雖sui然ran人ren們men不bu斷duan利li用yong新xin材cai料liao研yan製zhi敏min感gan器qi件jian
，改gai進jin傳chuan感gan器qi芯xin片pian的de製zhi造zao工gong藝yi方fang法fa來lai提ti高gao芯xin片pian的de質zhi量liang以yi及ji通tong過guo外wai電dian路lu補bu償chang方fang法fa來lai改gai善shan傳chuan感gan器qi的de線xian性xing度du
、穩定性和 輸出漂移
，但都沒有根本性的突破。

　　七十年代，微處理器舉世矚目的成就帶來了數字化的革命，對儀器儀表的發展起了巨大的推動作用。如九十年代的虛擬儀器（VXI）飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)，使(shi)以(yi)微(wei)型(xing)計(ji)算(suan)機(ji)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)測(ce)控(kong)係(xi)統(tong)都(dou)需(xu)要(yao)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)提(ti)供(gong)賴(lai)以(yi)作(zuo)出(chu)實(shi)時(shi)決(jue)策(ce)的(de)數(shu)據(ju)。隨(sui)著(zhe)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)提(ti)高(gao)和(he)複(fu)雜(za)性(xing)的(de)增(zeng)加(jia)，對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)綜(zong)合(he)精(jing)度(du)、穩定可靠性和響應要求越來越高。傳統的傳感器因其功能單一、性能不適應

、不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)多(duo)種(zhong)測(ce)試(shi)要(yao)求(qiu)，為(wei)此(ci)人(ren)們(men)利(li)用(yong)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)智(zhi)能(neng)技(ji)術(shu)用(yong)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)。八(ba)十(shi)年(nian)代(dai)末(mo)期(qi)，人(ren)們(men)又(you)將(jiang)微(wei)機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)到(dao)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)新(xin)概(gai)念(nian)傳(chuan)感(gan)器(qi)"Smart Sensor"--智能傳感器。

　　  可實現的功能

　　智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)通(tong)過(guo)模(mo)擬(ni)人(ren)的(de)感(gan)官(guan)和(he)大(da)腦(nao)的(de)協(xie)調(tiao)動(dong)作(zuo)，結(jie)合(he)長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)實(shi)際(ji)經(jing)驗(yan)而(er)提(ti)出(chu)來(lai)的(de)。是(shi)一(yi)個(ge)相(xiang)對(dui)獨(du)立(li)的(de)智(zhi)能(neng)單(dan)元(yuan)，它(ta)的(de)出(chu)現(xian)對(dui)原(yuan)來(lai)硬(ying)件(jian)性(xing)能(neng)苛(ke)刻(ke)要(yao)求(qiu)有(you)所(suo)減(jian)輕(qing)，而(er)靠(kao)軟(ruan)件(jian)幫(bang)助(zhu)可(ke)以(yi)使(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)大(da)幅(fu)度(du)提(ti)高(gao)。

　　1. 複合敏感功能 ---- 我們觀察周圍的自然現象，常見的信號有聲、光、電、熱、力、化學等。敏感元件測量一般通過兩種方式：直(zhi)接(jie)和(he)間(jian)接(jie)的(de)測(ce)量(liang)。而(er)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)複(fu)合(he)功(gong)能(neng)，能(neng)夠(gou)同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)多(duo)種(zhong)物(wu)理(li)量(liang)和(he)化(hua)學(xue)量(liang)，給(gei)出(chu)能(neng)夠(gou)較(jiao)全(quan)麵(mian)反(fan)映(ying)物(wu)質(zhi)運(yun)動(dong)規(gui)律(lv)的(de)信(xin)息(xi)。如(ru)美(mei)國(guo)加(jia)利(li)弗(fu)尼(ni)亞(ya)大(da)學(xue)研(yan)製(zhi)的(de)複(fu)合(he)液(ye)體(ti)傳(chuan)感(gan)器(qi)，可(ke)同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)介(jie)質(zhi)的(de)溫(wen)度(du)、流速
、壓力和密度。美國EG&G IC Sensors公司研製的複合力學傳感器，可同時測量物體某一點的三維振動加速度
、速度、位移，等等。

　　2. 自補償和計算功能 ---- 多(duo)年(nian)來(lai)從(cong)事(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)研(yan)製(zhi)的(de)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)一(yi)直(zhi)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)溫(wen)度(du)漂(piao)移(yi)和(he)輸(shu)出(chu)非(fei)線(xian)性(xing)作(zuo)大(da)量(liang)的(de)補(bu)償(chang)工(gong)作(zuo)
，但(dan)都(dou)沒(mei)有(you)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)解(jie)決(jue)問(wen)題(ti)。而(er)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)自(zi)補(bu)償(chang)和(he)計(ji)算(suan)功(gong)能(neng)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)溫(wen)度(du)漂(piao)移(yi)和(he)非(fei)線(xian)性(xing)補(bu)償(chang)開(kai)辟(pi)了(le)新(xin)的(de)道(dao)路(lu)。這(zhe)樣(yang)
，放(fang)寬(kuan)傳(chuan)感(gan)器(qi)加(jia)工(gong)精(jing)密(mi)度(du)要(yao)求(qiu)，隻(zhi)要(yao)能(neng)保(bao)證(zheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)重(zhong)複(fu)性(xing)好(hao)，利(li)用(yong)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)對(dui)測(ce)試(shi)的(de)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)計(ji)算(suan)
，采(cai)用(yong)多(duo)次(ci)擬(ni)合(he)和(he)差(cha)值(zhi)計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)對(dui)漂(piao)移(yi)和(he)非(fei)線(xian)性(xing)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)
，從(cong)而(er)能(neng)獲(huo)得(de)較(jiao)精(jing)確(que)的(de)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。

　　3. 自檢、自校、自診斷功能 ---- 普(pu)通(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)定(ding)期(qi)檢(jian)驗(yan)和(he)標(biao)定(ding)，以(yi)保(bao)證(zheng)它(ta)在(zai)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)時(shi)足(zu)夠(gou)的(de)準(zhun)確(que)度(du)，這(zhe)些(xie)工(gong)作(zuo)一(yi)般(ban)要(yao)求(qiu)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)從(cong)使(shi)用(yong)現(xian)場(chang)拆(chai)卸(xie)送(song)到(dao)實(shi)驗(yan)室(shi)或(huo)檢(jian)驗(yan)部(bu)門(men)進(jin)行(xing)。對(dui)於(yu)在(zai)線(xian)測(ce)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)出(chu)現(xian)異(yi)常(chang)則(ze)不(bu)能(neng)及(ji)時(shi)診(zhen)斷(duan)。采(cai)用(yong)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)情(qing)況(kuang)則(ze)大(da)有(you)改(gai)觀(guan)，首(shou)先(xian)自(zi)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)在(zai)電(dian)源(yuan)接(jie)通(tong)時(shi)進(jin)行(xing)自(zi)檢(jian)，診(zhen)斷(duan)測(ce)試(shi)以(yi)確(que)定(ding)組(zu)件(jian)有(you)無(wu)故(gu)障(zhang)。其(qi)次(ci)根(gen)據(ju)使(shi)用(yong)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)在(zai)線(xian)進(jin)行(xing)校(xiao)正(zheng)，微(wei)處(chu)理(li)器(qi)利(li)用(yong)存(cun)在(zai)EPROM內的計量特性數據進行對比校對。

　　4. 信息存儲和傳輸 ---- 隨著全智能集散控製係統（Smart Distributed System）的(de)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)，對(dui)智(zhi)能(neng)單(dan)元(yuan)要(yao)求(qiu)具(ju)備(bei)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)，用(yong)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)以(yi)數(shu)字(zi)形(xing)式(shi)進(jin)行(xing)雙(shuang)向(xiang)通(tong)信(xin)
，這(zhe)也(ye)是(shi)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)關(guan)鍵(jian)標(biao)誌(zhi)之(zhi)一(yi)。智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)過(guo)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)或(huo)接(jie)收(shou)指(zhi)令(ling)來(lai)實(shi)現(xian)各(ge)項(xiang)功(gong)能(neng)。如(ru)增(zeng)益(yi)的(de)設(she)置(zhi)
、補償參數的設置
、內檢參數設置

、測試數據輸出等。

　　  智能傳感器的集成化

　　youyudaguimojichengdianludefazhanshidechuanganqiyuxiangyingdedianludoujichengdaotongyixinpianshang，erzhezhongjuyoumouxiezhinenggongnengdechuanganqijiaozuojichengzhinengchuanganqijichengzhinengchuanganqidegongnengyousangefangmiandeyoudian： 較高信噪比：傳感器的弱信號先經集成電路信號放大後再遠距離傳送
，就可大大改進信噪比。 改善性能：由於傳感器與電路集成於同一芯片上，對於傳感器的零漂、溫漂和零位可以通過自校單元定期自動校準，又可以采用適當的反饋方式改善傳感器的頻響。 信號規一化：傳感器的模擬信號通過程控放大器進行規一化
，又通過模數轉換成數字信號，微處理器按數字傳輸的幾種形式進行數字規一化，如串行
、並行

、頻率、相位和脈衝等。

　　  微機械加工技術與軟件

　　智能傳感器的製造基礎是微機械加工技術，將矽進行機械、化學、焊接加工
，再采用不同的封裝技術來封裝，近幾年又發展了一種LIGA工藝（深層X射線光刻電鍍成敏膜）用於製造傳感器。

　　智能傳感器一般具有實時性很強的功能，尤其動態測量時常要求在幾微秒內完成數據采集、計算、處理和輸出。智能傳感器的一係列功能都是在程序支持下進行。如功能多少
、基本性能、方便使用、工作可靠，大都在一定程度上依賴於軟件設計和其質量，這些軟件主要有五大類。包括標度換算、數字調零
、非線性補償、溫度補償、數字濾波技術。 國內外的應用狀況

　　十幾年前，美國Honeywell公司研製第一隻智能傳感器。它是將矽敏感元件技術與微處理器的計算
、控製能力結合在一起
，建立了新的傳感器概念。目前智能傳感器多使用於壓力、力、振動衝擊加速度、流量、溫濕度的測量。如美國Honeywell公司的ST3000係列全智能變送器
，德國Strohrmann公司的二維加速度傳感器等。

　　目前智能傳感器係統本身都是數字式的，但其通信規定仍采用4～20 mA的標準模擬信號。國際上有關標準化研究機構正在積極推出國際規格的數字標準（現場總線）。在現在的過渡階段采用了HART協議（Highway Addressable Remote Transducer，尋址遠程傳感器數據線）。這是一種智能傳感器的通信協議，與現有的4～20mA的係統兼容，模擬與數字可以同時進行通信。這樣使不同生產廠家的產品具有通用性。

　　我國智能傳感器的研究主要集中在專業研究所和大學
，始於八十年代中期，八十年代末中國國防科技大學、北京航空航天大學、浙zhe江jiang大da學xue等deng大da專zhuan院yuan校xiao相xiang繼ji報bao道dao了le研yan究jiu成cheng果guo。九jiu十shi年nian代dai初chu，國guo內nei幾ji家jia研yan究jiu機ji構gou采cai用yong混hun合he集ji成cheng技ji術shu成cheng功gong的de研yan製zhi出chu實shi用yong的de智zhi能neng傳chuan感gan器qi，標biao誌zhi著zhe我wo國guo智zhi能neng傳chuan感gan器qi的de研yan究jiu進jin入ru了le國guo際ji行xing列lie，但dan是shi與yu國guo外wai的de先xian進jin技ji術shu相xiang比bi，我wo們men還hai有you較jiao大da差cha距ju。主zhu要yao在zai：1、先進的計算、模擬和設計方法
，2
、先進的微機械加工技術與設備，3、先進的封裝技術於設備，4
、可靠性技術研究等方麵。所以加強技術的研究和引進先進設備，提高整體水平是我們今後努力的方向。

　　今後幾年中，智能傳感器將擴展到化學、電磁、光學和核物理等領域，可以預見
，越來越多的智能傳感器將會在我國國民經濟的各個領域發揮作用。