智能傳感器的定義與功能
 
目前，智能傳感器尚沒(méi)有標準化的科學(xué)定義。歸納多方觀(guān)點(diǎn),應以模仿人的感官和大腦功能來(lái)定義智能傳感器。本質(zhì)上,它應定義為基于人工智能理論,利用微處理器實(shí)現智能處理功能的傳感器。

智能傳感器概念最早由美國宇航局在研發(fā)宇宙飛船過(guò)程中提出來(lái),并于形成產(chǎn)品。宇宙飛船上需要大量的傳感器不斷向地面或飛船上的處理器發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數據信息,即便使用一臺大型計算機也很難同時(shí)處理如此龐大的數據。何況飛船又限制計算機體積和重量,于是引入了分布處理的智能傳感器概念。其思想是賦于傳感器智能處理功能,以分擔中央處理器集中處理功能。同時(shí),為了減少智能處理器數量,通常不是一個(gè)傳感器而是多個(gè)傳感器系統配備一個(gè)處理器,且該系統處理器配備網(wǎng)絡(luò )接口。
 
智能傳感器不僅具有視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)功能,且應具有記憶、學(xué)習、思維、推理和判斷等"大腦"能力。前者由傳統的傳感器來(lái)完成。此處的傳統傳感器的功能結構包括敏感元件、調理電路和模數轉換器(ADC),敏感元件將描述客觀(guān)對象與環(huán)境狀態(tài)或特性的物理量轉換成電路元件參量或狀態(tài)參量,調理電路將電路參量轉換成電壓信號并進(jìn)行歸一化處理以滿(mǎn)足ADC動(dòng)態(tài)范圍。智能處理器應對ADC輸出的數字信號進(jìn)行智能處理,主要智能處理功能如下：

1)自計算和處理功能
 
根據給定的間接測量和組合測量數學(xué)模型,智能處理器利用補償的數據可計算出不能直接測量的物理量數值。利用給定的統計模型可計算被測對象總體的統計特性和參數。利用已知的電子數據表,處理器可重新標定傳感器特性。

 2)自補償功能
 
根據給定的傳統傳感器和環(huán)境條件的先驗知識,處理器利用數字計算方法,自動(dòng)補償傳統傳感器硬件線(xiàn)性、非線(xiàn)性和漂移以及環(huán)境影響因素引起的信號失真,以最佳地恢復被測信號。計算方法用軟件實(shí)現,達到軟件補償硬件缺陷的目的。
 
 3)自診斷功能
 
因內部和外部因素影響,傳感器性能會(huì )下降或失效,分別稱(chēng)為軟、硬故障。處理器利用補償后的狀態(tài)數據,通過(guò)電子故障字典或有關(guān)算法可預測、檢測和定位故障。

4)自學(xué)習與自適應功能
 
傳感器通過(guò)對被測量樣本值學(xué)習,處理器利用近似公式和迭代算法可認知新的被測量值,即有再學(xué)習能力。同時(shí),通過(guò)對被測量和影響量的學(xué)習,處理器利用判斷準則自適應地重構結構和重置參數。例如,自選量程,自選通道、自動(dòng)觸發(fā)、自動(dòng)濾波切換和自動(dòng)溫度補償等。
 
5)其它的常用功能包括用于數據交換通信接口功能,數字和模擬輸出功能及使用備用電源的斷電保護功能等。
 
智能傳感器的應用與方向
 
智能傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。例如,它在機器人領(lǐng)域中有著(zhù)廣闊應用前景,智能傳感器使機器人具有類(lèi)人的五官和大腦功能,可感知各種現象,完成各種動(dòng)作。
 
在工業(yè)生產(chǎn)中,利用傳統的傳感器無(wú)法對某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(例如,黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等)進(jìn)行快速直接測量并在線(xiàn)控制。而利用智能傳感器可直接測量與產(chǎn)品質(zhì)量指標有函數關(guān)系的生產(chǎn)過(guò)程中的某些量(如溫度、壓力、流量等),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )或專(zhuān)家系統技術(shù)建立的數學(xué)模型進(jìn)行計算,可推斷出產(chǎn)品的質(zhì)量。
 
在醫學(xué)領(lǐng)域中,糖尿病患者需要隨時(shí)掌握血糖水平,以便調整飲食和注射胰島素,防止其它并發(fā)癥。通常測血糖時(shí)必須刺破手指采血,再將血樣放到葡萄糖試紙上,最后把試紙放到電子血糖計上進(jìn)行測量。這是一種既麻煩又痛苦的方法。美國Cygnus公司生產(chǎn)了一種"葡萄糖手表",其外觀(guān)像普通手表一樣,戴上它就能實(shí)現無(wú)疼、無(wú)血、連續的血糖測試。"葡萄糖手表"上有一塊涂著(zhù)試劑的墊子,當墊子與皮膚接觸時(shí),葡萄糖分子就被吸附到墊子上,并與試劑發(fā)生電化學(xué)反應,產(chǎn)生電流。傳感器測量該電流,經(jīng)處理器計算出與該電流對應的血糖濃度,并以數字量顯示。