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摘要：传感器的种类非常多，每类传感器都有各自最适合的应用场所，但其组成和原理是相通的，本文介绍了智能传感器的原理、功能特点及其在各行业中的应用，并对未来发展方向给出了展望。
关键词：智能传感器，原理，功能，特点，应用，发展前景
1.概述
传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。传感器在我们生活中应用很广，种类也繁多，大到一辆汽车，小到一个智能手环，它们之中所含的传感器，无不是人类智慧的结晶体现。
物联网已成为信息科技的发展趋势，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结合，从而拥有“智慧”，使得人体感知能力得到拓展和延伸。智能传感器是具有信息处理功能的传感器，其带有微处理机，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。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。
2.智能传感器的原理及应用
2.1智能传感器的原理
智能传感器具体原理是：待测信号经过传感器产生对应模拟信号，再经过信号调理电路将模拟信号转化为数字信号，微处理器再对数字信号进行计算、存储、数据处理，也可以通过反馈回路对传感器进行调节。其原理图如下：
输出为规定的标准信号时，则一般称为变送器。目前海洋平台采用的二次仪表以变送器传输为主要的传输方式，其主要有压力变送器、温度变送器、液位变送器、流量变送器等。
2.2智能传感器的功能
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。
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。
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。
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。
2.3智能传感器的特点
智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器，智能式传感器有如下显著特点：
?提高了传感器的精度
智能式传感器具有信息处理功能，通过软件不仅可修正各种确定性系统误差（如传感器输入输出的非线性误差、零点误差、正反行程误差等）而且还可适当地补偿随机误差、降低噪声，大大提高了传感器精度。
?提高了传感器的可靠性
集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素，改善整个系统的抗干扰能力；同时它还有诊断、校准和数据存储功能（对于智能结构系统还有自适应功能），具有良好的稳定性。
?提高了传感器的性价比
在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性能价格比明显提高，尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。
?促成了传感器多功能化
智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量，通过编程扩大测量与使用范围；有一定的自适应能力，根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程反输出数据的形式；具有数字通信接口功能，直接送入远地计算机进行处理；具有多种数据输出形式（如RS232串行输出，PIO并行输出，IEE-488总线输出以及经D/A转换后的模拟量输出等），适配各种应用系统。
2.4智能传感器的应用
智能传感器目前已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如，它在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有人类的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。
在工业生产中，可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量（如温度、压力、流量等），利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算，可推断出产品的质量。
在医学领域中，糖尿病患者需要随时掌握血糖水平，以便调整饮食和注射胰岛素，防止其它并发症。通常测血糖时必须刺破手指采血，再将血样放到葡萄糖试纸上，最后把试纸放到电子血糖计上进行测量。这是一种既麻烦又痛苦的方法。而“葡萄糖手表”，其外观像普通手表一样，戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。“葡萄糖手表”上有一块涂着试剂的垫子，当垫子与皮肤接触时，葡萄糖分子就被吸附到垫子上，并与试剂发生电化学反应，产生电流。传感器测量该电流，经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度，并以数字量显示。
3.智能传感器的发展方向
虚拟化、网络化和信息融合技术是智能传感器发展完善的3个主要方向。虚拟化是利用通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能，虚拟化传感器可缩短产品开发周期，降低成本，提高可靠性。网络化智能传感器是将利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口（LAN或Internet）的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间数据交换和共享。多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合，形成更为精确的被测对象特性和参数。
4.结束语
传感器的出现将复杂信号由集中型处理变成分散型处理，即可以保证数据处理的质量，提高抗干扰性能。同时又降低系统的成本。它使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多变量检测发展，使传感器由被动进行信号转换向主动控制和主动进行信息处理方向发展，并使传感器由孤立的元件向系统化、网络化发展。
智能传感器是物联网发展的最重要的技术之一，在为传统行业注入新鲜血液的同时也引领了传感器产业的潮流，目前在医学、工业、海洋、航天、军事、农业等领域均发挥着核心作用，相信随着智能传感器技术的发展，新一代智能传感器将结合人工神经网络、人工智能等技术不断完善其功能，具有十分可观的发展前景。
参考文献
[1]熊诗波，黄长艺．机械工程测试技术基础[M]．机械工业出版社，2013年11月
[2]陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].北京；化学工业出版社，2011年5月
[3]唐文彦．传感器[M]．机械工业出版社，2014年2月
[4]智能传感器的应用与发展方向?．大比特商务网.2013年3月4日
[5]智能式传感器的特点．电气自动化技术网.2013年1月19日
第一作者简介：许晓英（1970-），女，高级工程师，现主要从事海上油气田开发工程仪控研究设计。