智能传感器的发展历程

第一代智能传感器

第一代智能传感器是数字式传感器，指改造A/D转换模块，并采用数字技术进行信号处理，使输出信号为数字信号（或数字编码）的传感器，主要由放大器、A/D转换模块、微处理器（CPU）、存储器、通信接口等组成。

数字式传感器的主要特点为：

• 采用A/D转换技术和智能滤波算法；
• 数据存储技术，保证模块参数不会丢失；
• 采用数字化误差补偿技术，通过软件实现传感器的线性、零点、温漂、蠕变等性能参数的综合补偿，提高传感器的精度和可靠性，具有唯一标记，便于进行故障诊断；
• 传感器精度可以到达0.02%以内，传感器的特性参数可完全相同，因而具有良好的互换性；
• 传感器采用标准的数字通信接口，传感器的抗干扰性强，信号传输距离远，可以与标准工业控制总线连接，方便灵活。

第二代智能传感器

第二代智能传感器为网络传感器，网络传感器改变了第一代智能传感器只能一对一连接到上位机的状况，可构成星型、环型网络拓扑结构。无线传感器网络由部署在监测区域的大量廉价微型传感器组成，是通过无线通信形成的多跳自组织网络。

基于MEMS的微传感技术易于兼容CMOS工艺，其集成了无线通信技术，使无线传感器微型化、集成化，在防爆、救灾、医疗与健康监护、工业、商业等领域具有广阔的应用前景。

第三代智能传感器

第三代智能传感器是智慧型智能传感器，其不仅具有上述优点，还具有边缘计算能力和协同监测能力，能够对监测对象进行一定程度的判断，输出信号不是原始测量数据，而是预判、预测的结果及关键原始数据，既可减轻网络上的数据传输带宽压力，又可为进一步数据挖掘提供必要依据。

图1 智能传感器的发展历程

智能传感器的发展趋势及方向

从传统传感器到智能传感器，再到嵌入式Web传感器，传感器正逐步实现信息化、智能化、网络化、微型化。

随着微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS）、片上系统（System on a Chip，SoC）及无线通信和低功耗嵌入式技术的发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）应运而生，其具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特点，带来了信息感知的一场变革，成为传感器领域的新热点。

智能传感器的发展方向如下：

• 高精度和高可靠性。随着测量、控制技术的发展，对传感器测量数据的要求不断提高，智能传感器需要具有灵敏度高、精度高、响应速度快、互换性好的特点。例如，全量程精度达到0.01%FS，可以测量FT级别的磁场，气体浓度达到ppb级。数据的质量一致性是测量系统的主要要求，传感器的可靠性直接影响系统的稳定运行，对传感器可靠性的要求越来越高。
• 集成化。在物联网中，监测对象的参数越来越多，且要求原位监测，智能传感器的尺寸、体积越小越好，重量越轻越好，功耗越低越好，因此需要发展新工艺、新技术，将多参数传感器、智能处理电路及电源管理单元集成到芯片上。随着后摩尔定律的发展，集成度会大幅提高。
• 网络化。物联网是智能传感器的重要应用领域，网络化是其主要特征。目前，通信协议的速率、功耗等指标仍有提高的空间，网络协议的自主沟通能力、协调处理能力、通信速率、实时性、压缩率及智能传感器的边缘计算能力将进一步提高。