第14章智能传感器
人类智能的根本特征是能从已知去得出新知、从事发明创造。个人的知识来源有三：亲身感知、他人告知、逻辑推知；然而对全人类来说，获取知识的途径却只有一、三两种，因为并无“他类告知”这一途径。作为人类获取知识的重要途径逻辑推知就是在头脑中进行的从已知得出新知这种智能活动，这是作为其物质原型的客观世界中从已有事件必然过渡到新事件的正确反映、如实摹写。
第一代传感器被称为哑传感器（Dumb sensor），其功能特征是着重于测量物理参数，无智能，扁平结构。第二代传感器为计算机化传感器（Computerized sensor）、聪明传感器（Smart sensor）和智能传感器(Intelligent sensor)，其功能特征是着重于应用，就地处理，分级结构。这三个层次的简易判别方法：第一层次，计算机化的传感器——具有信号与信息处理能力；第二层次，聪明传感器——具有学习能力的计算机化的传感器；第三层次，智能传感器——具有创新思维能力的聪明传感器。第三代传感器是网络传感器，其功能特征是着重于目标，动态结构，网络智能。
14.1 智能传感器
目前国内外学者普遍认为，智能传感器是由传统的传感器和微处理器（或微计算机）相结合而构成的，它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳。
智能传感器相对于传统传感器具有如下特点:
⒈自补偿能力。通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。
⒉自校准功能。操作者输入零值或某一标准量值后,自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。
⒊自诊断功能。接通电源后,可对传感器进行自检,检查传感器各部分是否正常,并可诊断发生故障的部件。
⒋数值处理功能。可以根据智能传感器内部的程序,自动处理数据,如进行统计处理,剔除异常值等。
⒌双向通信功能。微处理器和基本传感器之间构成闭环,微处理机不但接收、处理传感器的数据,还可将信息反馈至传感器,对测量过程进行调节和控制。
⒍信息存储和记忆功能。
⒎数字量输出功能。输出数字信号,可方便地和计算机或接口总线相连。
14.1.1 基本原理
传统的传感器只能作为敏感元件，检测物理量的变化，而智能传感器则包括测量信号调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据处理、数据显示以及自校、自检、自补偿等功能，图14-1是智能传感器的原理框图。
图14-1 智能传感器原理框图
微处理器是智能传感器的核心，它不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储、数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器充分发挥各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低了传感器制造的难度，提高传感器的性能，降低成本。需要指出的是，除微处理器以外，智能传感器相对于传统传感器的另一显著特征是其信号调理电路。被测的物理量转换成相应的电信号后，送到信号调理电路中，进行滤波、放大、转换，再送入计算机（微处理器）中进行处理。
智能传感器的结构可以是集成的，也可以是分离式，按结构可以分为集成式、混合式和模块式三种形式。集成智能传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上，集成度高，体积小。这种集成的传感器在目前的技术水平下还很难实现。将传感器和微处理器、信号处理电路作在不同的芯片上，则构成混合式的智能/聪明传感器（Hybrid Intelligent/Smart Sensor），目前这类结构较多。初级的智能传感器也可以有许多互相独立的模块组成，如将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内，则费用较高，体积较大，但在目前的技术水平下，仍不失为一种实用的结构形式。
14.1.2 发展趋势
智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学、材料科学互相结合的综合密集型技术。目前各国科学家正在按下列技术途径开发研究:
⒈利用新型材料研制基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础，它的制作及其性能对整个智能传感器影响甚大。除硅材料具有优良的物理特性，能够方便地制成各种集成传感器。此外还有功能陶瓷、石英、记忆合金等都是制作传感器的优质材料。
⒉利用新的加工技术。近年来利用微加工技术日趋成熟，可以加工高性能的微结构传感器、ASIC制作技术，也可用于制造智能传感器。
⒊采用新的测量原理和方法。谐振式传感器输出数字量，可以直接和微机及接口总线连接，不用A/D转换器。另外，光纤传感器、化学传感器、生物传感器新型传感器，为智能传感器提供新的信息来源。
虽然智能传感器领域已有很多成功的实例，但在视觉等感知能力、形象思维以及联想记忆等方面遇到了不可克服的困难。特别是基于知识的智能传感器，在不同环境下的自学习、自组织和自适应能力很差。在稍微复杂一点的环境系统中，一些人类感官轻易就可完成的问题，智能传感器却无能为力。
14.2 传感器网络
随着网络时代的到来和信息化要求的不断提高，特别是Internet的不断普及和Intranet在企业中日益增多，将计算机网络技术和智能传感器技术相结合就有必要和可能。“智能传感器网络”概念由此而产生。“智能传感器网络”技术致力于研究智能传感器的网络通信功能，将传感器技术，通信技术和计算机技术融合，从而实现信息的“采集”、“传输”和“处理”真正统一和协同。
“智能传感器网络”是使智能传感器的处理单元实现网络通信协议，从而构成一个分布式“智能传感器网络”系统。在该网络中，传感器成为一个可存取的节点，在该网络上可以对智能传感器数据、信息远程访问和对传感器功能在线编程。
可以看出，智能传感器网络的研究将对工业控制、智能建筑、远程医疗和教学等领域带来重大的影响。它将改变传统的布线方式和信息处理技术，不仅可以节约大量现场布线，而且实现现场信息共享。
14.2.1 有线传感器网络
典型的传感器网络结构如图14-2所示，主控计算机通过传感器总线控制器与传感器总线上的多个节点通信并实现上层监控和决策功能，每个节点包含一个或多个传感器执行器以及总线接口模块，节点间的通信方式可以是对等的（Peer-to-Peer）或主从的（Master-Slave）。
图14-2 传感器网络结构示意图
智能传感器网络并非一个全新的概念，如果将网络的概念广义化，可以将智能传感器网络的发展分为三个阶段：
⒈第一代传感器网络
第一代传感器网络是由传统传感器组成的，点到点输出的测控系统，采用二线制4～
20mA电流、1～5V电压标准，这种方式在目前工业测控领域中广泛运用。它的最大缺点是布线复杂，抗干扰性差，以后将会被逐渐淘汰。
⒉第二代传感器网络
第二代传感器网络是基于智能传感器的测控网络，信号传输方式和第一代基本相同，但随着现场采集信息量不断扩大，传感器智能化不断提高，人们逐渐认识到通信技术是智能传感器网络发展的关键因素。其中数据通信标准RS-232、RS-422、RS-485等通信标准的应用大大促进了智能传感器的应用。
⒊第三代智能传感器网络
第三代智能传感器网络即基于现场总线(Field Bus)和智能传感器网络。据现场总线基金会(Field Bus Foundation)的定义，现场总线是连接现场智能设备与控制室之间的全数字式、开放的、双向的通信网络。现场总线的不断发展和基于现场总线的智能传感器的广泛使用，使智能传感器网络进入局部测控网络阶段。这些局部测控网络通过网关和路由器实现与Internet/Intranet网络相连。现场总线种类很多，通信标准也多种多样，其中有几项关键技术对智能传感器网络的发展有重要意义。
控制器局域网(control area network，简称CAN)，是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的，是一种有效支持分布式实时控制的串行通讯网络。由于其具有卓越的性能和极高的可靠性，被公认为是几种最有前途的现场总线之一。
目前，国际电工委员会和现场总线基金会正致力于现场总线的通信标准的统一，但由于商业和技术两方面的原因，通信标准统一在短期内难以实现。
14.2.2 无线传感器网络
无线传感器网络是由大量的、具有通信与计算能力的微小型节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的自治探测网络。它是一种超大规模、无人值守、资源严格受限的分布式系统，采用多跳对等的通信方式，其网络拓扑结构动态变化，具有自组织、自适应等智能属性。美国国防高级研究计划局（DARPA）在开发“智能微尘”项目时，确定了传感器网络的概念，即传感器网络是由大量微小的、成本低廉和自我供电的设备布设而成的网络，这些设备具有传感、计算并与其他设备相互通信的功能，通过收集本地信息来获得对物理环境的综合判断。无线传感器网络是军民两用的战略性信息系统。在民事应用上，可用于环境科学、灾害预测、医疗卫生、制造业、城市信息化改造等各个领域。在军事应用上，无线传感器网络的随机快速布设、自组织、环境适应性强以及容错能力使其在己方兵力与装备部署监控、战场侦察、核/生物/化学攻击预警、电子对抗、海洋环境监测以及关键基础设施防护等领域具有广阔的应用前景，如图14-3所示。
图14-3无线传感器网络的应用
无线传感器网络与雷达、红外设备、ISR卫星等通用传感器相比，在军事应用上具有以下特点：
⑴布设快速、灵活
军用无线传感器网络通常要部署在战场或者其他有敌意的对抗环境中，采用传统的人工布设可能会带来人员伤亡。同时，无线传感器网络节点数量很大，未来可能会达到成千上万个，这种超大规模、大区域的部署也不适合采用人工布设方式。而无线传感器网络一方面具有自组织、自适应的特点，另一方面节点已经可以做到很小，采取加固手段后能够具有较强的抗震性。因此，无线传感器网络的布设与雷达或红外装备的部署方式明显不同，除了人工布设外，还可以采用飞行器空投、机器人布设等方式，按照作战人员的要求，随机、快速地布设在需要长期或临时监控的地区。节点到达地面后，能够自组织建立起动态的拓扑结构并开始工作，无需人工介入。这种快速、灵活的布设方式保证了无线传感器网络成为一种非常灵活的侦察手段。图14-4为无线传感器网络体系结构图。
图14-4 无线传感器网络体系结构图
⑵抵近目标探测
无线传感器网络节点体积小，功率低，不易被发现，具有较强的隐蔽性，可以在敌
方目标附近布设，尤其在传统传感器不易使用的城市作战环境中使用，作用更加突出。而且，由于距离目标较近，可以克服环境噪声对系统性能的影响，有助于改善探测性能。例如士兵将网络节点布设在建筑物内，从而掌握建筑物内敌方兵力和弹药的部署情况，可以使士兵在不以身涉险的同时做到有的放矢，提高了士兵的生存能力和杀伤力。在电子对抗领域，将电子侦察节点布设在敌方目标附近，可准确地定位出那些低截获/低可探测性目标的位置及其信息网络，为后续的网络化电子攻击提供必要的数据。
⑶网络节点数量大、多模式
无线传感器网络节点成本低廉，未来单个节点的价格有望低于1美元。单个节点受资源限制，功能也十分有限。通常，磁传感器的探测距离为25 m，正确识别概率小于50%；震动传感器的探测距离为350 m，正确识别概率在50% ~60%之间；声传感器的探测距离为500 m，正确识别概率也是在50% ~60%之间。从这组数据中可以看出，单个节点功能有限，不能单独完成对目标的测量、识别和跟踪，这就需要布设大量的节点构成网络来协作完成对目标跟踪和精确定位。而且，由于节点数量巨大，单个节点即使受到破坏等原因造成失效后，也不会影响到网络的整体性能，网络容错能力很强。此外，根据任务需求，这些大数量的网络节点可采用雷达、红外、震动、磁等不同类型的传感模式对目标的各种物理现象进行测量，这些测量信息相互融合、相互印证，确保网络具有较高的探测性能。
蓝牙技术是一种使用2.4 GHz频段的短距离无线通信技术。采用快速跳频、前向纠错和优化的编码等技术,使得其具有抗干扰能力强、通信质量稳定的优点,同时它还具有低功耗、低成本、使用便捷和电磁污染小等特点。蓝牙技术的这些优势，为其在无线传感器网络中的实际应用提供了条件。图14-5所示的蓝牙温度无线传感器网络采用数字式输出温度传感器DS18B20和单片机A T89S2051组成温度采集系统。利用重庆金瓯公司生产的蓝牙内嵌模块，完成温度数据的传输及控制。实现计算机对温度数据的无线传输、采集和处理。
图14-5 蓝牙温度无线传感器网络
ZigBee技术是近年来新兴的一种介于RFID和蓝牙之间的10～40m近距离无线通信技术，它具有低功耗、低成本、低速率、容量大（一个网络最多支持65535个节点）的特点。ZigBee网络中的节点分为FFD（全功能设备）节点和RFD（半功能设备）节点两大类。主器件（coordinator）和路由器（router）属于FFD节点，终端器件(end device)属于RFD节点。由于ZigBee设备工作时间较短，收发信息功耗较低且采用休眠模式，使得它非常省电，电池可使用长达6个月至2年左右。ZigBee工作在250 kbps的通信速率，足已满足低速率通信传输的需要，且2.4GHz的工作频段是免费频段。目前生产ZigBee 芯片的厂商主要有美国的Chipcon、Freescale、英国的Jennic等公司。
3G，即3rd Generation，是第三代移动通信系统的通称，3G网络技术的主要优点是利用先进的空中接口技术（包括对频谱的高效利用）、核心网全面的IP包交换及控制技术，能极大地增加系统容量、提高端到端通信质量和提供更高的数据传输速率。3G无线网络通信技术的发展为当前传感器及其组网方式的提供了全新的应用模式。采用3G技术进行无线传感器组网，传输速率高，接入时间短，资源利用率高，费用低廉，随时随地永远在线，提高了无线传感器的便携式和实时性。3G无线传感器网络节点各模块的组成见图14-6所示。
图14-6 3G无线传感器的节点模型
14.2.3 传感器网络编程
由于通信技术和网络系统集成技术不断进步，给我们研究真正意义上的传感器网络带来了希望。环球网(World Wide Web)浏览器的广泛运用和Java编程技术将对智能传感器网络的研究带来新的启示。浏览器提供了一个通用的图形用户接口(GUI)，目前已成为许多领域的标准工具。Java语言对这种工具提供了有力支持，Java语言是一种可视化的、乘法的、面向对象的语言，非常适用于小型可嵌入系统。另外，Java又具有强大的网络通信功能，并且支持动态可下载代码，也适用于用户之间的通信。
Java作为一种发展性语言和可执行环境，对分布式系统用户非常适用，已经引起了可嵌入系统发展商的广泛注意。Java是一种面向对象、跨平台语言，采用的技术也在不断进步。由于Java支持多种网络协议，例如TCP/IP协议、HTTP和FTP协议，Java目前可内置于以太网络芯片中。
可以预见，浏览器技术和以太Java为基础的软件技术结合，将会使真正意义上的智能传感器网络由理论研究走向实际应用。很好地将Java和智能传感器网络结合将会使浏览器技术和Java技术进入传感器网络应用领域。如果在智能传感器处理单元之中，内置含Java技术芯片，就能够实现各种网络功能，这恰恰就是我们所需要的智能传感器网络。
另外，国外有人也在研究将虚拟仪器(Virtual Instrument)技术应用于智能传感器网络，是一个值得研究的方向。
14.3 多传感器信息融合
在生命的进化过程中，大自然赋予人类及其它生物系统一种基本的功能，那就是“多感官”信息融合。人类本能地具备将身体的各个感官（如眼、鼻、耳、口、皮肤等）获得的信息（如视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉等），与以往获得的经验知识一起进行综合的能力，以便能实时地对某一事物作出正确合理的判断，从而提高其生存能力。人的大脑神经系统是各感觉器官的信息融合中心，其结构如图14-7所示。
图14-7 人脑神经系统信息融合结构
对于简单的事情，如区分苹果和梨，只需通过眼睛看，再加上以前对苹果和梨的了解，即可将它们区分开。但对于复杂的事物，不仅需要“眼观六路、耳听八方”，还需要借助其它的感觉器官进行综合判断。人类的多种感觉器官的融合具有以下一些特点：
⒈复杂性。对于不同空间范围内发生的不同物理现象，能够采用不同的测量特征来度量，并对不同的特征进行相关处理，从而作出估计和综合处理。这一过程是复杂的。
⒉模糊性。在对复杂事物作出判断时，每种感官获得的信息是不太完备的，甚至是模糊的。如何串联这些模糊数据使之成为明确的答案，至今仍不清楚。
⒊自学习。两岁的小孩能轻而易举地区分出苹果和香蕉，因为他们吃过、摸过、看过。对于未知的东西，只要他们体验过几次，就能辨别出来。这说明人类在利用多种感官进行融合时，具有自学习的能力。
⒋自适应。当时间、空间发生变化，或物体的形状发生变形时，人类仍能“去伪存真”，透过现象抓住本质。这说明人类多感官的融合具有较强的自适应性。
多传感器信息融合MSDF（Multisensor Data Fusion）是20世纪80年代出现的一个新兴学科，它是将不同传感器对某一环境特征描述的信息，综合成统一的特征表达信息及其处理的过程。多传感器信息融合首先广泛地应用于军事领域，如海上监视、空-空和地-空防御、战场情报、监视和获取目标及战略预警等，随着科学技术的进步，多传感器信息融合至今已形成和发展成为一门信息综合处理的专门技术，并很快推广应用到工业机器人、智能检测、自动控制、交通管理和医疗诊断等多种领域。
14.3.1 基本概念
为了更好地阐述信息融合这一概念，可以把传感器获得的信息分成三类：冗余信息、互补信息和协同信息。冗余信息是由多个独立传感器提供的关于环境信息中同一特征的多个信息，也可以是某一传感器在一段时间内多次测量得到的信息；在一个多传感器系统中，若每个传感器提供的环境特征都是彼此独立的，即感知的是环境各个不同侧面的信息，则这些信息称为互补信息；在一个多传感器系统中，若一个传感器信息的获得必须依赖另一个传感器的信息，或一个传感器必须与另一个传感器配合工作才能获得所需要的信息时，则这两个传感器提供的信息称为协同信息。
在信息融合领域，人们经常提及“传感器融合（sensor fusion）”、“数据融合（data fusion）”和“信息融合（information fusion）”。实际上它们是有差别的，现在普遍的看法是“传感器融合”包含的内容比较具体和狭窄。至于“信息融合”和“数据融合”，有一些学者认为数据融合包含了信息融合，还有一些学者认为信息融合包含了数据融合，而更多的学者把“信息融合”与“数据融合”等同看待。
14.3.2 层次结构
对于多传感器融合层次的问题，人们存在着不同的看法，影响较大的是三层融合结构，即数据层、特征层和决策层（见图14-8）。
图14-8 多传感器信息融合的三种层次结构。（a）数据层融合；（b）特征层融合；（c）决策层融合
数据层融合如图14-8（a）所示，首先将全部传感器的观测数据融合，然后从融合的数据中提取特征向量，并进行判断识别。这便要求传感器是同质的（传感器观测的是同一物理现象），如果多个传感器是异质的（观测的不是同一个物理量），那么数据只能在特征层或决策层进行融合。数据层融合不存在数据丢失的问题，得到的结果也是最准确的但对系统通信带宽的要求很高。
特征层融合如图14-8（b）所示。每种传感器提供从观测数据中提取的有代表性的特
征，这些特征融合成单一的特征向量，然后运用模式识别的方法进行处理。这种方法对通信带宽的要求较低，但由于数据的丢失使其准确性有所下降。
决策层融合是指在每个传感器对目标做出识别后，将多个传感器的识别结果进行融合，如图14-8（c）所示。由于对传感器的数据进行了浓缩，这种方法产生的结果相对而言最不准确，但它对通信带宽的要求最低。
对于多传感器融合系统特定的工程应用，应综合考虑传感器的性能、系统的计算能力、通信带宽、期望的准确率以及资金能力等因素，以确定哪种层次是最优的。另外，在一个系统中，也可能同时在不同的融合层次上进行融合。
14.3.3 实现方法
成熟的多传感器信息融合方法主要有：经典推理法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法、D-S证据推理法、聚类分析法、参数模板法、物理模型法、熵法、品质因数法、估计理论法和专家系统法等。
近年来，用于多传感器数据融合的计算智能方法主要包括：模糊集合理论、神经网络、粗集理论、小波分析理论和支持向量机等。
J.Z.Sasiadek把信息融合的方法分成三大类：一是基于随机模型的融合方法；二是基于最小二乘法的融合方法；三是智能型的融合方法。
基于随机模型的融合方法主要有贝叶斯推理（Beyesian Reasoning）、证据理论（Evidence Theory）、鲁棒估计（Robust Statistics）、递归算子（Recursive Operators）；基于最小二乘法的融合方法主要有卡尔曼滤波（Kalman Filtering）、最优理论（Optimal Theory）；智能型的融合方法主要有模糊逻辑方法（Fuzzy Logic）、神经网络方法（Neural Networks）、遗传算法（Genetic Algorithms）、人工智能方法（Artificial Intelligence）、粗集理论（Rough Set Theory）、支持向量机（Support Vector Machine）、小波分析理论（Wavelet Analysis Theory）等。
常用的多传感器信息融合算法有：
⒈加权平均法
这是一种最简单最直观的数据融合方法，即将多个传感器提供的冗余信息进行加权平均后作为融合值。该方法能实时的处理动态的原始传感器读数，它的缺点是需要对系统进行详细的分析，以获得正确的传感器权值，调整合设定权系数的工作量很大，并且带有一定的主观性。
⒉聚类分析法
根据事先给定的相似标准，对观测值分类，用于真假目标分类、目标属性判别等。
⒊贝叶斯估计法
贝叶斯估计法是融合静态环境中多传感器低层数据的一种常用方法，融合时必须确保测量数据代表同一实体（即需要进行一致性检测），其信息不确定性描述为概率分布，需要给出各传感器对目标类别的先验概率，既有一定的局限性。
⒋多贝叶斯估计方法
将环境表示为不确定几何的集合，对系统得每个传感器作一种贝叶斯估计，将各单独物体的关联分布组成一个联合后验概率分布函数，通过列队的一致性观察来描述环境。
⒌卡尔曼滤波
它使用于动态环境中冗余传感器信息的实时融合。当噪声为高斯分布的白噪声时，卡尔曼滤波提供信息融合的统计意义下的最优递推估计。对非线性系统模型的信息融合，可采用扩展卡尔曼滤波及迭代卡尔曼滤波。
⒍统计决策理论
将信息不确定性表示为可加噪声。先对多传感器进行鲁棒假设测试，以验证其一致性；再利用一组鲁棒最小最大决策规则对通过测试的数据进行融合。
⒎D-S证据推理
D-S证据推理是贝叶斯方法的推广，用信任区间描述传感器信息，满足比贝叶斯概率理论更弱的条件，是一种在不确定条件下进行推理的强有力的方法，使用于决策层融合。
以上各种算法对信息类型、观测环境都有不同的要求，且各自存在优缺点，在具体应用事需要根据系统的实际情况综合运用。
智能传感器的五大领域应用 近年来，我国的物联网产业发展迅速，据相关数据统计和预测，2014年产业规模达到了6320亿元人民币，同比增长22.6%；2015年产业规模达到7500亿元人民币，同比增长29.3%；2017年产业规模突破9300亿元，同比增长9.31%。预计2018年我国的物联网整体规模将突破万亿元。 传感器在物联网产业中的作用 物联网是将各种信息传感设备和互联网结合起来形成的一个巨大网络，它是互联网的升级，也是信息化时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑，而感知的关键就是传感器及相关技术，可以毫不夸张的说，没有传感器的进步，就没有物联网的繁荣。随着物联网的发展，传感器产业也将迎来爆发，传感器是物联网采集数据的关键组件，扮演着不可或缺的角色。 随着全球开始步入高速发展的信息时代，在获取和处理信息过程中，首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息，而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代，要用传感器来监视和控制生产过程中的参数，使设备保持正常的工作状态；在智能家居领域，传感器是实现用户和家居单品（灯光、电视、冰箱、音响等）互动的基础；在无人驾驶中，需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理，这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说，未来物联网有多大的市场，传感器就能有多大的作为。 物联网时代，智能传感器将大有可为 中国的传感器产业相对落后，但随着物联网需求的增加，目前国内传感器呈现一种高速增长的态势。据统计，2017年中国的传感器市场规模为2070亿元，预计到2021年将增至5937亿元，未来五年中国传感器产业年均复合增长率约30%，远高于全球平均水平。我国的传感器发展大致分为三个阶段，以利用结构变化感知信号的结构型传感器；以半导体和材料组成的固体型传感器；以具有信息交换、处理能力的智能传感器，这也是物联网时代最有前景的传感器类型。 智能传感器具有高精度、成本低、功能多样化、自动化强等特点，它是一种具有信息处理功能的传感器，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。在很多物联网场景下的传感器都具有智能传感器得特点，未来得物联网时代，智能传感器将是市场主流。 传感器的类型有上万种，智能传感器亦是如此，一个良好的智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装等组成，智能传感器能将检测到的信息储存起来并处理这些数据，从而创造出新数据。智能传感器实现物联网的关键技术之一，它在工业、农业、医疗、交通等领域将发挥巨大作用，在未来的传感器市场上，智能传感器的比重会越来越大。近期云里物里也将发布光传感器，红外线传感器，压力传感器等新品。 五大领域对智能传感器的需求暴涨 近日，某国内知名研究机构发布了未来最有前景的几大物联网场景，其中智能工业、智能家
智能传感器的概念，智能传感器的结构、功能、特点及其应用智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。 自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是智能传感器？下面，来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。据Honeywell工业测量与控制部产品经理Tom Griffiths的定义：一个良好的智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与板载诊断等功能，为监控系统和/或操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能，具有很高的线性度和低的温度漂移，降低了系统的复杂性、简化了系统结构。智能传感器的基本概念⑴系统；⑵传感器；⑶智能。 定义1：智能传感器是能够调节系统内部性能以优化外界数据获取能力的传感器系统。 定义2：智能传感器是将敏感元件及信号处理器组合为单一集成电路的器件。 定义3：智能传感器是可提供比正确表达被测对象参量更多功能的传感器。 智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范化的定义。早期，人们简单、机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器。 关于智能传感器的中、英文称谓，尚未有统一的说法。John Brignell和Nell White认为Intelligent Sensor是英国人对智能传感器的称谓，而Smart Sensor 是美国人对智能传感器的俗称。而Johan H.Huijsing在Integrated Smart Sensor一文中按集成化程度的不同，分别
智能传感器的主要功能 一，概述 智能传感器技术是1978年由美国宇航局在宇航工业中发展出来的产品。智能传感器过去主要用于过程工业，如今已向离散自动化领域和商业领域推进。正在由神秘走向推广普及。但是，直到今天，究竟何为智能传感器?其功能如何?这些看似简单的问题人们的回答仍是莫衷一是。实际上，究其实质，智能传感器就是含有微控制器的检测装置。一个普通检测器件只能检测一个物理量，其信号调节是由若干与主检测单元连接的模拟电子电路实现的。而如今，一个微控制器用软件就能实现同样的功能。过程工业中的一些较大而复杂的传感器通常比离散工业和商业领域的传感器昂贵，这是因为从模拟信号调节切换成数字信号调节的成本虽高，但可以接受，而且很早就被接受了。数字信号调节有若干优点胜过模拟调节，其一是数字系统的调节电路无温漂，而且很容易调节传输特性。其二是用软件比用分立电子电路能更快捷方便地建立若干不同功能。 由于微控制器技术正朝着低价、小巧和高性能方向发展，使智能传感器打开了进入其它工业和商业领域的大门。为了便于大家了解智能传感器的功能特性，巧妙地用于自己的场合，下面简要介绍它与普通传感器不同的几种主要特性。 二，智能传感器的主要功能 智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的
智能单元，它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。智能传感器通常可以实现以下功能： 1.复合敏感功能 我们观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力和化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器，可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GIC Sensors公司研制的复合力学传感器，可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移等。 2. 自适应功能 智能传感器可在条件变化的情况下,在一定范围内使自己的特性自动适应这种变化。通过采用自适应技术,由于它能补偿老化部件引起的参数漂移,所以自适应技术可延长器件或装置的寿命。同时也扩大其工作领域,因为它能自动适应不同的环境条件。自适应技术提高了传感器的重复性和准确度。因为其校正和补偿数值已不再是一个平均值,而是测量点的真实修正值。 3. 自检、自校、自诊断功能 普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行,对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智
2020 年智能传感器行业分析调研报告 2020 年 1 月
目录 1.智能传感器行业概况及市场分析 (5) 1.1智能传感器市场规模分析 (5) 1.2智能传感器行业结构分析 (5) 1.3智能传感器行业 PEST 分析 (6) 1.4智能传感器行业特征分析 (7) 1.5智能传感器行业国内外对比分析 (8) 2.智能传感器行业存在的问题分析 (10) 2.1技术相对落后 (10) 2.2政策体系不健全 (10) 2.3基础工作薄弱 (10) 2.4地方认识不足，激励作用有限 (11) 2.5产业结构调整进展缓慢 (11) 2.6与用户的互动需不断增强 (11) 2.7管理效率低 (12) 2.8盈利点单一 (13) 2.9过于依赖政府，缺乏主观能动性 (13) 2.10供给不足，产业化程度较低 (14) 2.11人才问题 (14) 2.12产品质量问题 (14) 3.智能传感器行业政策环境 (16) 3.1行业政策体系趋于完善 (16) 2
3.2一级市场火热，国内专利不断攀升 (16) 3.3“十三五”期间智能传感器建设取得显著业绩 (17) 4.智能传感器产业发展前景 (18) 4.1中国智能传感器行业市场驱动因素分析 (18) 4.2中国智能传感器行业市场规模前景预测 (18) 4.3智能传感器进入大面积推广应用阶段 (18) 4.4政策将会持续利好行业发展 (19) 4.5细分化产品将会最具优势 (19) 4.6智能传感器产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 4.7智能传感器人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 4.8巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (22) 4.9建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 4.10行业发展需突破创新瓶颈 (23) 5.智能传感器行业发展趋势 (24) 5.1宏观机制升级 (24) 5.2服务模式多元化 (24) 5.3新的价格战将不可避免 (24) 5.4社会化特征增强 (24) 5.5信息化实施力度加大 (25) 5.6生态化建设进一步开放 (25) 5.7呈现集群化分布 (26) 5.8各信息化厂商推动"智能传感器"建设 (27) 3
中国智能传感器行业发展趋势及前景展望研究报告2019-2025年 报告编号(No): 378802 【出版机构】: 产业经济研究院 【出版日期】: 2019年4月 【交付方式】: 电子版或特快专递 产业经济研究院报告每个季度更新，我们的客户将免费售后服务一年，后期可以续费。行业研究报告是开展一切咨询业务的基石，通过对特定行业的长期跟踪监测，预测行业需求、供给、经营特性、获取能力、产业链和价值链等多方面的内容，整合行业、公司、市场、用户等多层面数据和信息资源，为客户提供深度的行业市场研究报告，以专业的研究方法帮助客户深入的了解行业，发现投资价值和投资机会，规避经营风险，提高管理和营销能力。 专家提示：十三五规划期间，产业政策对本行业产业链有重新梳理，数据每个季度实时更新，关于报告的图表部分，以当时购买报告的最新数据为准，图表的个数或多或少，届时以实际提交报告为准，感谢关注和支持！ 第一章智能传感器相关概述 1.1传感器的基本介绍 1.1.1概念界定 1.1.2基本特点 1.1.3分类情况 1.1.4性能指标
1.2智能传感器的基本介绍 1.2.1智能传感器概念 1.2.2智能传感器分类 1.2.3智能传感器原理 1.2.4智能传感器特点 1.2.5智能传感器主要功能 第二章2017-2019年智能传感器行业发展环境分析2.1宏观经济环境 2.1.1全球经济运行情况 2.1.2国内经济运行情况 2.1.3国内工业经济分析 2.2政策环境分析 2.2.1智能传感器相关政策汇总 2.2.2智能传感器产业行动指南 2.2.3“十三五”科技创新规划 2.3技术环境分析 2.3.1传感器技术发展历程 2.3.2智能传感器技术综述 2.3.3网络化智能传感技术 2.3.4智能传感器专利技术 第三章2017-2019年传感器行业发展分析 3.1全球传感器行业发展概况 3.1.1行业发展历程 3.1.2发展规模分析 3.1.3区域布局状况
基于神经网络模型的智能传感器在线自诊断、自修复 胡学海、古天祥 电子科技大学自动化学院 成都飞机设计研究所 摘要：本文首次提出了基于神经网络模型实现智能传感器在线诊断、在线修复的原理、方案，及软、硬件实现方法，对利用生物结构来提高电子系统可靠性进行了初步尝试。本文的成果适用于对速度要求不高的智能传感器系统，有一定的参考价值。 关键字：智能传感器、在线自诊断、自修复、神经网络模型、触突、阈值 The Intelligent Sensor’s check and repair on line Which based on Nervous Model Hu Xue Hai 、Gu Tian Xiang Abstract：In this paper , it is carried out the research on the principle of Intelligent Sensor’s check and repair on line which based on nervous model and it’s structure of software and hardware . The way to improve reliability by natural structure is tried . The way suits for the Intelligent Sensor . Key words：intelligent sensor, check and repair on line , nervous model , conjunction , limit value 中图分类号：TP212.6 1引言 进入信息时代后，一场数字化革命正在各国蓬勃的展开。作为信息技术的三大支柱之一的传感器技术也同样面临着这个挑战。内置MCU系统，可自动对输出进行线性化、标度变换、数字滤波、数字补偿，即提高测量精度，又能补偿受温度、压力、气体浓度等因素影响的智能传感器成为了当今传感器技术发展和研究的主流和前沿。 但由于内部结构更加复杂，特别是系统全部基于内置MCU系统的正常运行，不可避免的降低了传感器的可靠性。为了提高可靠性，就必须对传感器内置的MCU系统进行在线监控，这也就成为了智能传感器研究的重要课题。 2基本原理 智能传感器使用内置的MCU系统作为系统控制核心。由于MCU系统较易受电磁干扰而发生系统程序“跑飞”，或内存单元数据突然改变现象，这种故障是随机发生的，且和运行环境有关，难于检测、排除。传统方法采用电压比较器对电源监控，采用“看门狗”对程序监控，存在的缺陷主要有：测试故障覆盖率低、难以检测变周期运行系统、测试时间太长，并可能因此而引起连锁反应，造成直接经济损失、故障处理智能度差，无法进行过程重入，从而无法实现在线故障排除。我们利用神经网络模型可以很好的解决这一问题，实现了MCU系统的智能在线监控和在线故障排除，从而极大的提高智能传感器的可靠性和运行平稳性。 2.1 神经网络模型
智能传感器产业研究报告 construction of party communist network, mobile, Al, where XX channels, "taught the XX Party" app platform and learning such as distance education platform. Guide party members to use "e XX Party members" participate in networked learning, interaction and "three lessons", offline synchronization of encouraging party members to carry out study and education, enriching the content of forms, expand the coverage of education. 5, strengthen the Organization and supervision. Party (total) branch to effectively assume the main responsibility for organizational learning, combining to make a study plan, urged the implementation of "three lessons" system and implementing learning requirements. For different areas, different types of party member's actual situation and needs, providing suitable learning materials and time, venue and funding of the necessary protection. Task specific, precise, and educational differences. Town Party Committee will set up a "two" study and education Steering Group, customized research, targeted monitoring, on-site observation and random way, timely understanding of party members and cadres and ordinary party members to study, identify and resolve symptoms and problems to ensure education solid and effective. Poor organization and perfunctoryResponsibilities, well, serious criticism and serious accountability, and reported as appropriate. 6, lead. Party leading cadres should set an example, to lead by example in the whole town, layers of driven model, layer upon
2018智能传感器的研究现状及展望 物联网已成为信息科技发展趋势，各种智能设备将作为传感器的载体，实现人、机、云端无缝的交互，让智能设备与人工智能（AI）结合从而拥有“智慧”，使得人体感知能力得到拓展和延伸。目前我国从事传感器的研制、生产和应用的企业超过1700家，产业门类基本齐全，传感器产品达到10大类、42小类、6000多个品种，无论是在健康医疗、城市规划，还是城市交通方面，传感器正在发挥着核心作用。 此前，国家工业和信息化部下发意见函，中国工程院组织遴选的MEMS传感器产业化等16个项目，拟作为《中国制造2025》2017年重大标志性项目。随着更多的设备通过传感器焕发了第二春，而且提升了效率，那么下一代的工程师、创新者和艺术家的使命是，发掘由数据构成的世界所给予的几乎无限的机会。 1.智能传感器简介 1.1智能传感器的概念 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来，并于1979年形成产品。IEEE协会将能提供受控量或待感知量大小且能典型简化其应用于网络环境的集成的传感器称为智能传感器。《现代新型传感器原理与应用》一书中认为智能传感器是带微处理机的，兼有信息检测、信息记忆以及逻辑思维与判断功能的传感器。 智能传感器是正在高速发展的高新技术，至今还未形成统一的规范化的定义，人们普遍认为智能传感器是具有对外界环境等信息进行自动收集、数据处理以及自诊断与自适应能力的传感器。 1.2智能传感器的功能 (1)自补偿与自诊断功能：通过微处理器中的诊断算法能够检验传感器的输出，并能够直接呈现诊断信息，使传感器具有自诊断的功能。 (2)信息存储与记忆功能：利用自带空间对历史数据和各种必需的参数等的数据存储，极大地提升了控制器的性能。 (3)自学习与自适应功能：通过内嵌的具有高级编程功能的微处理器可以实现自学习功能，同时在工作过程中，智能传感器还能根据一定的行为准则重构结构和参数，具有自适应的功能。 (4)数字输出功能：智能传感器内部集成了模数转换电路，能够直接输出数字信号，缓解了控制器的信号处理压力。
智能传感器在汽车电子中的应用 发表时间：2019-05-20T16:35:04.377Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：刘保祥 [导读] 摘要：伴随着经济水平的提升，人们生活质量得到显著提升，互联网汽车的出现则证明了科学技术越来越发达发达，汽车的智能化标准更加高端。 (北京汽车研究总院有限公司北京顺义 101300) 摘要：伴随着经济水平的提升，人们生活质量得到显著提升，互联网汽车的出现则证明了科学技术越来越发达发达，汽车的智能化标准更加高端。传统的传感技术已无法满足汽车智能化需要，当代智能传感器为驾驶员提供则人机互换优势，让驾驶员能够安全驾驶，为汽车智能化和科技化提供有力保证。智能传感器主要优点是信噪度高、可靠性强，能够提升智能化汽车标准，此篇文章主要分析智能传感器定义、汽车电子技术广泛使用和先进的汽车电子对智能传感器的需求。目前汽车被广泛使用在控制系统和电子系统中，汽车“电子化”趋势越发明显，安全、节能已变成未来汽车的发展形式。伴随着引入的现代汽车电子控制单元，控制器间交换的数据导线变得更多，根据传统的布线方法，汽车线束复杂又庞大，这一方面降低了汽车可靠性，同时增加了维修难度，因此使用智能传感器对汽车电子技术进行研究。 关键词：智能传感器；汽车电子；应用 1智能传感器概述和使用标准 伴随着信息技术、传感技术以及电子技术的快速发展，由此得出智能传感器，它是一项新型的综合性技术，是由技术凝结成的结晶。智能传感器是将传统的信号处理器、传感器、模拟转化器等，有机结合在一起，在结构上将传感器和微电子技术连接在一起，并且添置接口电路，通过各种类协议使其与电子设施共同工作，从而达到互联互通现象。使用先进的软件，可让自补偿、信息记忆处理以及自动校准等功能得以实现，从而让传感器精准度高、适应力强等优势展现出来，为人工智能和交互提供保证。传统型传感器在汽车电子技术上存有许多缺点，性能也由于受到环境影响而发生改变，自校准功能差、敏感度低等特征。新型智能传感器可将上述存在的缺点有效解决，让汽车电子技术的需求满足，从而智能化传感器被广泛使用。智能传感器是将先进软件和硬件技术有效结合在一起，更准确控制汽车电子技术，使智能化标准得到快速提升。为保证让汽车整体控制成为最佳状态，可通过先进网络技术和智能传感器，让汽车电子控制技术的各单元有效结合在一起。但传统型传感器已无法满足适用于汽车电子控制技术需要，这也需要我们提升传感器自身的智能标准，通过智能传感器自调节，让汽车变得更加迅速、快捷。通过集成汽车智能传感器和网络技术有效结合，可实现汽车控制体系的智能化与网络化，确保汽车智能化自我维护和自检，让每个部件均可正常运行，同时具有调整能力，对于汽车系统发展有着重要用处。 2智能传感器的定义及特点 随着信息技术的不断更新以及信号技术的不断发展，智能传感器应运而生。智能传感器主要就是一项综合性技术，其将传统的传感器、信号处理器以及数模转换器等有效结合，而在结构上，将传感器与微电子技术进行了有机的结合，并增加了相应的接口电路，这样不仅丰富了通信接口的方式，而且还在一定程度上实现了各电子设备的互联互通。因此，智能传感器就具有自适应强、精度高等优点，将其运用在汽车电子中就可为人工交互以及人工智能提供技术保障，以此就能有效的提高汽车运行的稳定性和安全性。 3汽车安全系统和电子操控 电子信息技术目前已变成新型汽车发展的主要方向，汽车的操控性能、安全性能等各方面均应改进和提升，均需要依赖汽车系统和电子产品的完美融合。某位专家曾指出电子技术发展已让汽车产品概念发生改变，这也是当前电子新产业受到关注的主要原因之一。传统汽车除了车内音响、视频装备、车用通信、车载办公系统等，而现代汽车电子从使用电子元器件包括微电路、执行器等，到车内电子系统的架构均进入全新阶段，最有代表性的核心机械就是智能传感器。目前国内外的一些汽车安装紧急刹车系统，此系统当有紧急事件发生时，自动检测者应踩制踏板的力度和速度，并且判断紧急制动力是否足够，若是需要，则会加大制动力。紧急刹车系统会在短时间内完成，此系统在高速行驶车辆的滑行距离缩短到25m左右，可以保证车轮平衡分动力，确保在劣质环境下能够均衡汽车。通过例子方可清楚看见，汽车发展对于汽车电子的要求。电子操控体系动作需要准确和快速，传感器加上微处理器的技术途径已无法适应现代汽车需要，通过直接交换数据、简化电路和硬件集成、提升智能化标准来保证单元的正确性和适时性；目前所有汽车的机械部件均受到控制，但汽车的空间有限，构建系统的空间更受到限制，理想状态是电子控制单元和控制部件紧密结合在一起，构成整体，因此电路的微型化和集成化是不可躲避的道路。电子控制单元需要满足智能化需要，以安全气囊举例，在关键时期要在瞬时打开，在大多数情况下气囊是待命情况，所以安全气囊应有自检和维护能力，不断确认气囊的正常运作。 4智能传感器在当前汽车电子中的应用分析 4.1智能传感器在汽车遥感测距系统中的应用 随着汽车制造技术和相关设备产业的发展，汽车的遥感传输系统逐渐成为汽车的装配系统，并为驾驶汽车的过程中的驾驶员提供一定的空间位置信息，同时，对于许多驾驶员面临的倒车、测量车距等问题也能提供科学的数据支持，采用一定的技术测量车辆与其它车辆之间的距离，并通过数据计算系统为车辆选取安全的驾驶范围，并将获得的信息反馈给驾驶员。在常见的汽车驾驶系统中，通常采用超声波传输系统测量车辆和附近障碍物之间的距离。车辆中的超声波反馈系统将超声波传输到汽车外，在超声波遇到外界障碍物折返后，收集发出的超声波，并根据超声波在外界传输的时间和收集到的信息计算汽车与外界障碍物的距离信息，最后将综合计算的结果反馈给驾驶员，通过汽车内的显示屏显示汽车的安全驾驶距离和安全位置、安全车距等信息。而在应用智能传感器后，汽车还可以将超声波系统与智能传感器相互连接，实现对外部环境信息的全面收集，为汽车提供更加综合的外界环境信息，并实现汽车驾驶的信息化。 4.2酒精检测系统方面 酒精传感器主要就是利用含有酒精成分的气体金属氧化物半导体表面的氧化以及还原反应，进而再根据敏感元件发生变化的阻值的工作原理研发而成的。因此，在具体的应用过程中，就可将酒精传感器、汽车信号处理电路以及转换电路等安装在汽车的方向盘内，并在方向盘表面设置部分小孔，这样一旦驾驶员呼出的气体中含有酒精成分，传感器就会对空气中的酒精成分进行合理分析，进而就能有效的减少因酒驾而引起交通事故的发生。 4.3汽车电子操控与安全系统 中国的汽车产业近年来发展迅速,发展势头迅猛,因此一些专家预测:汽车业可能超过IT产业,成为中国的经济中,其实最重要的支柱产业之一,对汽车业的增长将相关与汽车行业包括资讯科技业的发展产生推动作用。虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占
智能传感器产业三年行动指南 （2017-2019年） 为贯彻落实制造业与互联网融合发展、大数据等国家战略，把握新一代信息技术深度调整战略机遇期，提升智能传感器产业核心竞争力，保障国家信息安全，按照《国家集成电路产业发展推进纲要》要求，结合《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》，制订本行动指南。 一、行动背景 当今世界，以信息技术为代表的新一轮科技革命方兴未艾，全球信息技术发展正处于跨界融合、加速创新、深度调整的历史时期，呈现万物互联、万物智能的新特征。智能传感器作为与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源，是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的多元件集成电路，是集成传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品，市场应用正呈现爆发式增长态势，已成为决定未来信息技术产业发展的核心与基础之一。同时，物联网、云计算、大数据、人工智能应用的兴起，推动传感技术由单点突破向系统化、体系化的协同创新转变，大平台、大生态主导核心技术走向态势明显，并成为发达国家和跨国企业布局的战略高地。经过近
些年的发展，我国智能传感器技术与产业具备了加快突破的基础，但由于起步较晚，目前仍面临产品有效供给不足、技术创新能力不强、产业生态不健全、科研生产与应用不协同等问题，由此带来的产业安全、信息安全挑战不容忽视。 二、总体要求 （一）发展思路 紧抓智能传感器市场需求爆发增长、技术创新高度活跃的战略机遇期，聚焦移动终端、智能硬件、物联网、智能制造、汽车电子等重点应用领域，突出“后摩尔”时代融合创新发展主线，紧紧围绕产业链协同升级和产业生态完善，补齐以特色半导体工艺为代表的基础技术、通用技术短板，布局基于新原理、新结构、新材料等的前沿技术、颠覆性技术，做大做强一批深耕智能传感器设计、制造、封测和系统方案的龙头骨干企业，打造一批具有国际影响力的技术标准、知识产权、检测认证和创新服务的机构，建成核心共性技术协同创新平台，有效提升中高端产品供给能力，推动我国智能传感器产业加快发展，支撑构建现代信息技术产业体系。 （二）总体目标 到2019年，我国智能传感器产业取得明显突破，产业生态较为完善，涌现出一批创新能力较强、竞争优势明显的国际先进企业，技术水平稳步提升，产品结构不断优化，供给能力有效提高。
智能传感器原理及应用 电子与通信工程 2013级在职研究生 杨 娜 一、（10分）简述压阻式压力传感器的工作原理。 答：压阻式压力传感器组成框图如下： 图中第一部分可等效为质量-弹簧-阻尼机械力学系统的弹性敏感元件，它将输入的被测压力P 转换为中间变量即应力δ及其对应的应变ε。常用的弹性敏感元件有周边固定的膜片，在压力P 的作用下，膜片上的应力分布不同，确定处的应力与压力成正比。 图中第二部分是膜片相应部位采用半导体工艺制作的电阻条——电阻式变换器，由于压阻相应则有相应的电阻变化量?R 输出，电阻变化量与相应部位膜片应力δ成正比。 二、（10分）简述智能传感器系统的基本组成。 答：智能传感器系统主要由传感器、调理电路、数据采集与转换、计算机及I/O 接口设备组成。如下图所示。 三、（15分）设计一个巴特沃斯低通数字滤波，要求：该低通数字滤波器等效模拟滤波器()Hd s 幅频特性过渡段特征是：对信号频率 1100f Hz =的衰减率 10.3δ≤；对信号频率2400f Hz =的衰减率20.8δ≥；写出巴特沃斯低通数 字滤波器()Hd z 的实现过程。 答：1、等效模拟低通滤波器传递函数H(s)的确定。 (1)需求出阶次n 及截至频率()c ω即可确定H(s)。阶次n 应满足
幅值比A1 A2 ， ω。 (2)确定等效模拟低通滤波器H(s)的截至角频率() c (3)求模拟滤波器的传递函数H（s） 2、等效滤波器的H d(Z)确定 四、（15分）用窗口法设计一个线性相位低通FIR滤波器，要求：截止频率为c f，采样频率是8c f；通带范围内，衰减度不超过5.8dB。
摘要 智能传感器系统是传感器的一个主要研究方向，是当今世界正迅速发展的一门现代综合技术，在工业和生活中有着广泛的应用。我们现在被无数智能的设备围绕着：智能手机、智能手表、智能眼镜、智能冰箱、智能空调。很难想象在现代生活中如果没有传感器，没有智能设备，我们的城市该如何运作。这样说明了智能传感器在现代社会中重要的地位。最近愈发火热的物联网，要将任何物品与互联网连接，其中必然要实现物品的智能识别、定位、收集、跟踪、监控、处理，这也决定了智能传感器在其中的基础作用与核心地位。本文介绍智能传感器概念、产生背景，主要对智能传感器的基本功能及特点加以阐述，让大家对当前技术水平下智能传感器的主要功能有所了解，从而完善智能传感器的基本概念。在介绍功能时，列举一些相关实例，希望能加深大家的理解。 关键词：智能传感器综合技术物联网 智能传感器的发展背景 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,并于1979年形成产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数据。何况飞船又限制计算机体积和重量,于是引入了分布处理的智能传感器概念。其思想是赋予传感器智能处理功能,以分担中央处理器集中处理功能。同时,为了减少智能处理器数量,通常不是一个传感器而是多个传感器系统配备一个处理器,且该系统处理器配备网络接口。 早起，人们简单机械的强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片就是智能传感器”随着智能传感器的发展，对其“智能”含义的理解也不断的深化，不再过分强调“传感器微机化”，于是进而认为“智能传感器就是一种带有微处理器兼有检测信息和信息处理功能的传感器”。 H. Schodel，E. Beniot等人则更进一步强调了智能化功能，认为“一个真正意义上的智能传感器，必须具备学习、推理、感知、通信及管理等功能”智能传感器至今没有一个统一的定义，在这里把“传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器”。
智能传感器及其发展方向 1、智能传感器类型 所谓智能传感器就是由传感器和微处理器(或微计算机) 及相关的电路组成的传感器。传感器将被测量转换成相应的电信号, 然后送到信号调理电路中进行滤波、放大、模一数转换后, 送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心, 它不仅可以对传感器测量的数据进行计算、存储、处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥了各种软件的功能, 可以完成硬件难以完成的任务, 从而降低了传感器的制造难度, 提高了传感器 的性能, 降低了成本。智能传感器大体上可以分三种类型, 即具有判断能力的传感器; 具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。 2、智能传感器的功能 （1）、自补偿功能。可以通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂、响应时间等进行自动补偿。 （2）、自校准功能。操作者输入零值或某一标准量值后, 自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。 （3）、自诊断功能。接通电源后, 可以对传感器自检各部分是否正常。在内部出现操作问题时, 能够立即通知系统通过输出信号表明传感器发生故障, 并可诊断发生故障的部件。 （4）、数值处理功能。根据内部的程序自动处理数据, 例如进行统计处理, 剔除异常数值等。 （5）、双向通信功能。智能传感器的微处理器与传感器之间构成闭环, 微处理器不但接收、处理传感器的数据, 还可以将信息反馈至传感器, 对测量过程进行调节和控制, 它可以采用一种可懂且可接受的方式与系统接口。 （6）、信息存储和记忆功能。
（7）、数字量输出功能。智能传感器输出数字信号, 可以很方便地与计算机或接口总线相连。此外, 新兴的智能传感器技术还包括遥控设定、可编程序以及防止非法侵袭等特征, 在性能上更加完整和先进。 3、智能传感器的种类 智能传感器按照其结构可以分为三种。 （1）、模块式智能传感器。这是一种初级的智能传感器。它由许多互相独立的模块组成。将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内, 便组成了模块式智能传感器。它的集成度低、体积大, 但是它是一种比较实用的智能传感器。 （2）、混合式智能传感器。它是将传感器和微处理器、信号处理电路制作在不同的芯片上,由此便构成了混合式智能传感器。它作为智能传感器的主要种类而广泛应用。 （3）、集成式智能传感器。这种传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上。它的结构一般都是三维器件, 即立体结构。这种结构是在平面集成电路的基础上一层一层向立体方向制作多层电路。它的制作方法基本上就是采用集成电路的制作工艺, 例如光刻、二氧化硅薄膜的生成、淀积多晶硅、激光退火, 多晶硅转为单晶硅、PN结的形成等。最终是在硅衬底上形成具有多层集成电路的立体器件, 即敏感器件。同时制作微电脑电路芯片, 还可以将太阳能电池电源制作在其上面, 这样便形成了集成式智能 传感器。它具有人的大脑与五官相结合的功能。其智能化的程度是随着集成化密度的增加而不断提高的。今后, 随着传感器技术的发展, 还将研制出更高级的集成式智能传感器, 它完全可以做到检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上, 同时, 冷却部分也可以制作在立体电路中, 利用帕耳贴效应冷却电路。 4、智能传感器的应用 近年来, 智能传感器已经广泛应用在航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中, 特别是随着高科技的发展, 智能传感器倍受青睬, 例如它在智能机器人的领域中有着 广阔的应用前景。智能传感器如同人的五官, 可以使机器人具有各种感知功能。已经实用化
汽车智能传感器 智能传感器 智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。 汽车智能传感器 现代汽车正朝着智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，以达到“人-汽车-环境”的完美协调。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一般汽车装配有几十到近百个传感器，而高级豪华汽车更是有大约几百个传感器。 汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统。它的应用大大提高了汽车电子化的程度，增加了汽车驾驶的安全系数。 发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。 底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。这些传感器尽管分布在不同的系统中，但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的。而且，随着汽车电子控制系统集成化程度的提高和CAN
传感器技术的新发展 —智能传感器和多功能传感器 王 祁 于 航 (哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,哈尔滨150001) 摘 要 智能传感器和多功能传感器是传感技术发展的方向。介绍智能传感器和多功能传感器的概念、功能、结构、特点以及它们的应用和发展趋势。 关键词 传感器 智能传感器 T rend of Sensor T echnology —Intelligent Sensor and Multi-Function Sensor Wang Qi Yu Hang (Dep artm ent of Autom ated T est,M easu rem ent and C ontrol,H arbin I nstitute of T ech nology,H arbin150001) Abstract Intelligent sensor and multi-function sensor are the trend of sensor technique.Their conceptions,function,construction, characteristics,applications and trends are introduced. K ey Words Sensor Intelligent(Smart)sensor 0 引 言 传感器象人的五官一样,是获取信息的重要工具。它在工业生产、国防建设和科学技术领域发挥着巨大的作用。但与飞速发展的计算机相比较,作为“五官”的传感器远远赶不上作为“大脑”的计算机的发展速度。 随着测控系统自动化、智能化的发展,要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好,而且具备一定的数据处理能力,并能够自检、自校、自补偿。传统的传感器已不能满足这样的要求。国外有的文章称传统的传感器为Dumb sensor (愚蠢的、笨哑的传感器)[1]。另外,为制造高性能的传感器,光靠改进材料工艺也很困难,需要利用计算机技术与传感器技术相结合,弥补其性能的不足,计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革,微处理器(或微计算机)和传感器相结合,产生功能强大的智能传感器。国外称为Intelligent sensor(智能传感器)或Smart2 sensor(灵巧的、机敏的、智能传感器)。另外,传统的传感器一般只能测量一个参数,有些场合需要同时测量多个参数的体积小的多功能传感器。现在多国科学家已重视这一方向的开拓,并已研制出一些多功能传感器。 1 智能传感器 智能传感器是当今国际科技界研究的热点,尚无统一的、确切的定义。本文不讨论(In2 telligent sensor或Smart sensor)两个术语的区别,统称为智能传感器。 目前国内外学者普遍认为,智能传感器是由传统的传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的,它充分利用计算机的计算和存储能力,对传感器的数据进行处理,并能对它的内部行为进行调节,使采集的数据最佳。智能传感器的功能如下[1～3]: (1)自补偿能力:通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。 (2)自校准功能:操作者输入零值或某一标 65传感器技术(Journal of Transducer Technology)1998年第17卷第1期
智能化传感器行业的市场发展前景分析 传感器和信号探测技术的支持。目前，单一作为信号探测装置的传感器正在逐渐被淘汰；同时，具备信息采集、传送和处理功能的综合型智能传感器正在成为工业自动化应用领域的主流产品。 TURCK（图尔克）作为全球著名的自动化厂商，旗下囊括数千种丰富多样的传感器类产品，为工厂自动化及过程自动化提供了高效率和系统化的全方位解决方案。作为传感器产品优秀供应商，在不断丰富创新的产品线上，传感器类产品一直都是TURCK的生力军，为TURCK贡献着稳定的市场收益。 为了适应物联网日新月异的发展，TURCK公司对于智能化传感器的研发与创新从未停歇过。公司的智能化产品的特点是多功能综合性、高度可用性、易于定制化以及与新型通讯网络技术相结合。 例如，TURCK公司用于过程类测量的智能系列压力、流量和温度系列传感器产品，藉由高性能的信号处理单元，不但具有普通变送器的物理变量测量和信号转换功能，同时具备二次数显仪表的就地显示和输出控制功能；另外，与IO-Link通讯协议和HART协议的完美结合，使传感器拥有了和工业PC机直接通讯的功能，从而具备了高效的智能化特性。RFID射频识别技术以及IO-Link通讯协议与传感器产品的完美结合，无疑更为公司在工业物联网时代更好地提高市场占有率增加了砝码。 智能化传感器的优势 与传统意义的传感器相比，智能化传感器之所以倍受青睐，主要是因为其多功能性。智能化传感器相当于微型机与传感器的综合体，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。通常情况下，一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量，其信号调节是由那些与主探测部件相连的模拟电路来完成的；而智能化传感器却能够实现所有的功能，而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。 与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点：①自补偿功能：对信号检测过程中的非线性误差、温度变化及其导致的信号零点漂移和灵敏度漂移、响应时间延迟、噪声与交叉感应等效应的补偿功能； ②自诊断功能：接通电源时系统的自检，系统工作时实现运行的自检，系统发生故障时的自诊断，确定故障的位置与部件等；③自校正功能：系统中参数的设置与检查，测试中的自动量程转换，被测参量的自动运算等；④数据的自动存储、分析、处理与传输等；⑤微处理器与微型计算机和基本传感器之间具有双向通信功能。 传感器式载码体将传感器技术与RFID技术完美结合