智能傳感器的概念最早是由NASA在開發宇宙飛船的過程中引入的，并于1979年形成產品。宇宙飛船需要大量的傳感器來向地面或航天器發送溫度、位置、速度和姿態等數據，即使使用大型計算機，也很難同時處理如此龐大的數據。此外，航天器限制了計算機的體積和重量。希望傳感器本身具有信息處理功能，因此當傳感器與微處理器組合時，會出現智能傳感器。

智能傳感器是一種可以感知和檢測某個物體信息，可以學習、判斷和處理信號的功能，是一種具有通信和管理功能的新型傳感器。智能傳感器具有自動校準、校準、補償和收集數據的能力。其能力決定了智能傳感器具有高精度和分辨率、高穩定性和可靠性、良好的適應性。與傳統傳感器相比，它具有高性能的價格比。

智能傳感器的種類和結構

1）智能傳感器的類型如下：

A.傳感器具有判斷能力

B.具有學習能力的傳感器

C.具有創造力的傳感器

2）智能傳感器的結構

智能傳感器系統主要由傳感器、微處理器和相關電路組成，如圖所示。傳感器將測量的物理量和化學量轉換為相應的電信號，將其發送到信號調制電路，然后經過濾波，放大和A/D轉換后發送到微處理器。

微處理器對接收到的信號進行計算、存儲、數據分析和處理，對傳感器的反饋回路和信號調理電路進行調整，以實現測量過程的調節和控制;另一方面，將處理結果傳送到輸出接口，接口電路根據輸出格式進行處理后，輸出接口自定義數字測量結果。微處理器是智能傳感器的核心。由于各種軟件的功能，傳感器智能化，傳感器的性能大大提高。

智能傳感器的特點

（1）高精度

智能傳感器通過自動調零和除零、標準參考實時自動對比整體系統校準、非線性系統誤差、大量實時數據分析和處理，消除意外誤差的影響，保證智能傳感器的精度。

（2）高可靠性和高穩定性

智能傳感器系統可自動補償零點漂移引起的工況特性和環境參數變化和環境溫度等靈敏度，漂移引起的系統電源電壓波動;可自動變換測量參數量程，實時系統自檢，分析判斷數據合理性應急處理，并自動進行異常情況處理。

（3）高信噪比和高分辨率

智能傳感器具有數據存儲、記憶和信息處理功能，通過數字濾波和相關性分析，可以去除輸入數據中的噪聲，自動提取有用數據;通過數據融合，神經網絡技術可以消除交叉敏感條件下許多參數的影響。

（4）適應性強

智能傳感器具有判斷、分析和處理功能。它可以根據系統的工作條件，用高/頂計算機對各部分的供電和數據傳輸速率做出決策，使系統在最佳的低功耗狀態下工作，優化傳輸效率。

（5）更高的性能和價格比

智能傳感器具有高性能，不像傳統的傳感器技術那樣通過追求完美，傳感器本身在傳感器設計和調試、精心制作的工藝品的各個環節“來獲得”，而是通過計算機和微處理器/微芯片的結合，采用集成電路技術和廉價而強大的軟件來實現，因此它具有高性能的價格比。

智能傳感器的作用

智能傳感器的功能是通過模擬人體感覺器官和大腦的協調動作，結合長期測試技術的研究和實踐經驗來模擬的。它是一個相對獨立的智能單元。它的出現降低了對原有硬件性能的苛刻要求，并通過軟件輔助大大提高了傳感器的性能。智能傳感器通常可以實現以下功能：

（1）我們觀察我們周圍的自然現象。常見的信號是聲、光、電、熱、力和化學。敏感元素測量通常以兩種方式進行測量：直接測量和間接測量。

智能傳感器功能復雜，可以同時測量各種物理量和化學量，給出的信息可以更全面地反映物質運動規律。作為加州大學的復合液體傳感器，溫度、速度、壓力和密度可以同時測量介質。美國EG&GIC傳感器公司開發的復合機械傳感器可以同時測量一個點的三維振動加速度，速度和位移。

（2）自適應功能智能傳感器可以在一定范圍內的條件下自動調整自身特性以適應這種變化。

自適應技術可以延長器件或器件的使用壽命，因為它可以補償老化組件引起的參數漂移。同時，它也擴大了其工作領域，因為它可以自動適應不同的環境條件。自適應技術提高了傳感器的可重復性和精度。因為校正和補償值不再是平均值，而是測量點的真實校正值。

（3）自檢、自校準、自診斷功能的普通傳感器需要定期檢查和校準，以確保其在正常使用中足夠準確，這些一般要求傳感器從現場到實驗室或檢驗部門去掉，對于在線測量傳感器是否異常是不及時診斷的。

當使用智能傳感器時，情況會大大改善。首先，在電源電源上執行自診斷功能，并使用診斷測試來確定組件的故障。其次，可以根據使用時間在線校正，微處理器利用E2PROM中的測量特性數據進行檢查和校對。

（4）信息存儲功能往往是成功的關鍵。智能傳感器可以存儲大量信息，用戶可以隨時查詢。此信息可以包括設備的歷史信息。

例如，傳感器工作了多少小時，更換了多少次電源，等等。它還包括傳感器的所有數據和圖表，包括配置選擇說明等。此外，還包括最終工廠測試的序列號、生產日期、目錄和最終結果。內容可以是無限的，只是受智能傳感器本身的存儲容量的限制。除了過程數據處理、自診斷、配置和信息存儲四大功能外，智能傳感器還提供數字通信和自適應能力。

（5）數據處理是處理數據處理的一項非常重要的任務，智能傳感器本身就提供了此功能。智能傳感器不僅可以放大信號，還可以使信號數字化，并使用軟件實現信號調整。通常，基本傳感器不能給出線性信號，過程控制將線性度作為重要目標。智能傳感器可以通過查找表模式對非線性信號進行線性化。

當然，本數據手冊應針對每個傳感器單獨編制。智能傳感器過程數據處理的另一個例子是通過數字濾波器對數字信號進行濾波，從而減少噪聲或其他相關影響的干擾。使用軟件開發復雜的濾波器比使用分立電子電路要容易得多。環境因子補償也是數據處理的一項重要任務。微控制器有助于提高信號檢測的準確性。

例如，通過測量基本檢測元件的溫度可以獲得正確的溫度補償系數，從而實現對信號的溫度補償。使用軟件還可以實現非線性補償和其他更復雜的補償。這是因為查詢表幾乎可以生成任何形狀的曲線。有時必須測量和處理幾個不同的物理量，以便給出它們各自的數據。智能傳感器的標志控制器可以輕松實現多個信號的加減乘除運算。在過程數據處理過程中，智能傳感器可能非常重要。

此外，將這些操作從中央控制室下方放到靠近信號發生點的點也是有益的。一是向控制室發送額外信號的成本很高，而智能傳感器節省了額外傳感器和引線的成本。另一種是在信息的應用點檢測附加信息，大大減少了遠距離傳輸引入的負面影響（如噪聲和電位差），使信號更加準確。三是簡化主控制器中的軟件，提高控制回路的速度。

（6）智能傳感器配置功能的另一個主要特點是配置功能。

信號應該放大多少倍？溫度傳感器輸出是攝氏度還是華氏度？對于智能傳感器用戶，可以隨意選擇所需的配置。例如，檢測范圍、可編程通過/中斷延遲、選擇組計數器、開/常閉、8/12位分辨率選擇等。這只是當今智能傳感器無數配置中的一小部分。靈活的配置功能大大減少了用戶開發和更換必要類型和數量的不同傳感器的需求。利用智能傳感器的配置功能，可以使同類型傳感器工作在最佳狀態，可以在不同的場合做不同的工作。

（7）數字通信的功能如上所述。由于智能傳感器可以產生大量的信息和數據，普通傳感器的單一輸入和輸出無法為設備數據提供必要的輸入和輸出。但是你不能為每個信息使用一條引線，因為它使系統非常復雜，它需要一個靈活的串行通信系統。

在過程工業中，通常可以看到點和點連接以及串聯網絡。大趨勢是向串聯網絡的方向發展。由于智能傳感器本身有單片機，屬于數字，因此可以自然配置與外部連接的數字串行通信。因為串行網絡抵抗環境影響（如電磁干擾）的能力比普通模擬信號強得多。通過將串行通信與設備匹配，可以有效地管理信息的傳輸，以便僅在需要時輸出數據。

四、智能傳感器的實現

4.1智能傳感器的實現

目前，隨著傳感器技術的發展，智能傳感器的實施有三種方式進行。

a.使用計算機合成，即智能合成;

B.使用特殊功能材料，即智能材料;

C.采用功能化的幾何結構，即智能結構。智能合成是傳感器器件和微處理器的結合，是目前的主要方法。

4.2智能傳感器技術

根據傳感器和計算機的合成方法，電流傳感技術采用以下三種具體方式來實現智能傳感器。

非集成模塊模式。非集成智能傳感器是由傳統基礎傳感器、信號調理電路和微處理器與數字總線接口組成的智能傳感器系統。這種非集成智能傳感器是在現場總線控制系統發展形勢發展迅速的情況下發展起來的。自動化儀表制造商原有成套生產設備基本不變，增設一塊數字微處理器總線接口板組裝而成，并配有通訊、控制、自校正、自補償、自診斷的智能軟件，實現智能傳感器功能。這是構建智能傳感器最經濟、最快捷的方法。

集成實施。智能傳感器系統采用微加工技術和大規模集成電路技術，以硅為基礎材料制造敏感元件、信號調理電路和微處理器單元，并將它們集成在芯片上。集成實現使智能傳感器實現小型化和結構集成化，從而提高精度和穩定性。傳感元件陣列由陣列和相應的圖像處理軟件組成后，可以實現圖形成像，構成多維圖像傳感器。那時，智能傳感器已經達到了最先進的形式。

綜合實施

混合實現。要在芯片上實現智能傳感器系統存在許多難題。根據需要和可能，我們可以集成系統的所有集成環節，如敏感單元、信號調理電路、微處理器單元和數字總線接口，并將它們以不同的組合集成在兩個或三個芯片上。