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

　　zhinengchuanganqidegongnengshitongguomonirendeganguanhedanaodexietiaodongzuo

，jiehechangqiyilaiceshijishudeyanjiuheshijijingyanertichulaide。shiyigexiangduidulidezhinengdanyuan
，tadechuxianduiyuanlaiyingjianxingnengkekeyaoqiuyousuojianqing
，erkaoruanjianbangzhukeyishichuanganqidexingnengdafudutigao。

　　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：zhijiehejianjiedeceliang。erzhinengchuanganqijuyoufuhegongneng

，nenggoutongshiceliangduozhongwulilianghehuaxueliang，geichunenggoujiaoquanmianfanyingwuzhiyundongguilvdexinxi。rumeiguojialifuniyadaxueyanzhidefuheyetichuanganqi，ketongshiceliangjiezhidewendu

、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 ---- duonianlaicongshichuanganqiyanzhidegongchengjishurenyuanyizhiweichuanganqidewendupiaoyiheshuchufeixianxingzuodaliangdebuchanggongzuo，dandoumeiyouconggenbenshangjiejuewenti。erzhinengchuanganqidezibuchanghejisuangongnengweichuanganqidewendupiaoyihefeixianxingbuchangkaipilexindedaolu。zheyang，fangkuanchuanganqijiagongjingmiduyaoqiu，zhiyaonengbaozhengchuanganqidezhongfuxinghao
，liyongweichuliqiduiceshidexinhaotongguoruanjianjisuan
，caiyongduocinihehechazhijisuanfangfaduipiaoyihefeixianxingjinxingbuchang，congernenghuodejiaojingquedeceliangjieguo。

　　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zaiEPROM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）defeisufazhan，duizhinengdanyuanyaoqiujubeitongxingongneng，yongtongxinwangluoyishuzixingshijinxingshuangxiangtongxin，zheyeshizhinengchuanganqiguanjianbiaozhizhiyi。zhinengchuanganqitongguoceshishujuchuanshuhuojieshouzhilinglaishixiangexianggongneng。ruzengyideshezhi
、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

　　由(you)於(yu)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)發(fa)展(zhan)使(shi)得(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)路(lu)都(dou)集(ji)成(cheng)到(dao)同(tong)一(yi)芯(xin)片(pian)上(shang)，而(er)這(zhe)種(zhong)具(ju)有(you)某(mou)些(xie)智(zhi)能(neng)功(gong)能(neng)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)叫(jiao)作(zuo)集(ji)成(cheng)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)集(ji)成(cheng)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)有(you)三(san)個(ge)方(fang)麵(mian)的(de)優(you)點(dian)： 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
、zhejiangdaxuedengdazhuanyuanxiaoxiangjibaodaoleyanjiuchengguo。jiushiniandaichu，guoneijijiayanjiujigoucaiyonghunhejichengjishuchenggongdeyanzhichushiyongdezhinengchuanganqi，biaozhizhewoguozhinengchuanganqideyanjiujinruleguojixinglie，danshiyuguowaidexianjinjishuxiangbi，womenhaiyoujiaodachaju。zhuyaozai：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。