此前梳侨，國家工業(yè)和信息化部下發(fā)意見函蛉威，中國工程院組織遴選的MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)化等16個項目日丹，擬作為《中國制造2025》2017年重大標志性項目。隨著更多的設(shè)備通過傳感器煥發(fā)了第二春蚯嫌，而且提升了效率聚凹，那么下一代的工程師、創(chuàng)新者和藝術(shù)家的使命是齐帚，發(fā)掘由數(shù)據(jù)構(gòu)成的世界所給予的幾乎無限的機會妒牙。

    1.智能傳感器簡介

    1.1智能傳感器的概念

    智能傳感器概念最早由美國宇航局在研發(fā)宇宙飛船過程中提出來，并于1979年形成產(chǎn)品对妄。IEEE協(xié)會將能提供受控量或待感知量大小且能典型簡化其應用于網(wǎng)絡環(huán)境的集成的傳感器稱為智能傳感器湘今。《現(xiàn)代新型傳感器原理與應用》一書中認為智能傳感器是帶微處理機的剪菱，兼有信息檢測摩瞎、信息記憶以及邏輯思維與判斷功能的傳感器。

    智能傳感器是正在高速發(fā)展的高新技術(shù)渗某，至今還未形成統(tǒng)一的規(guī)范化的定義磕糙，人們普遍認為智能傳感器是具有對外界環(huán)境等信息進行自動收集、數(shù)據(jù)處理以及自診斷與自適應能力的傳感器折焙。

    1.2智能傳感器的功能

    (1)自補償與自診斷功能：通過微處理器中的診斷算法能夠檢驗傳感器的輸出晶睦，并能夠直接呈現(xiàn)診斷信息，使傳感器具有自診斷的功能层漠。

    (2)信息存儲與記憶功能：利用自帶空間對歷史數(shù)據(jù)和各種必需的參數(shù)等的數(shù)據(jù)存儲爱茫，極大地提升了控制器的性能。

    (3)自學習與自適應功能：通過內(nèi)嵌的具有高級編程功能的微處理器可以實現(xiàn)自學習功能涨旨，同時在工作過程中慰沸，智能傳感器還能根據(jù)一定的行為準則重構(gòu)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，具有自適應的功能槽叮。

    (4)數(shù)字輸出功能：智能傳感器內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換電路磷像，能夠直接輸出數(shù)字信號，緩解了控制器的信號處理壓力津贩。

    2.智能傳感器應用領(lǐng)域及其發(fā)展現(xiàn)狀

    2.1土木工程

    我國作為重大的土木工程和基礎(chǔ)設(shè)施大國邦匆，橋梁、水壩渺蒿、核電站痢士、供水供電系統(tǒng)工程等使用年限長達幾十年，由于腐蝕作用茂装、材料老化等環(huán)境和自身因素怠蹂，不可避免的造成工程損傷和災害抵抗力下降等問題，因此智能傳感器在土木工程領(lǐng)域的作用就顯得尤為重要少态。

    哈爾濱工業(yè)大學的周智城侧、歐進萍等人分析了光纖光柵溫度傳感特性及其應變傳感的溫度補償原理和方法易遣，開發(fā)了一種滿足工程應用的光纖光柵封裝傳感器，建立了包括傳感器嫌佑、光開關(guān)豆茫、數(shù)據(jù)采集和控制軟件在內(nèi)的大規(guī)模、分布式的光纖光柵智能監(jiān)測系統(tǒng)屋摇，并將其成功的運用到橋梁的實際施工中揩魂，將溫度傳感器與建筑材料復合，用于橋梁的局部健康監(jiān)測總并取得了良好的效果炮温。

    2.2醫(yī)學

    在生物醫(yī)學領(lǐng)域中火脉，傳感器作為核心部件被應用到了眾多的檢測儀器中，關(guān)乎到人體健康往往對醫(yī)用傳感器有更高要求茸汇，不僅對其精確度品糯、可靠性、抗干擾性居饵，同時在傳感器的體積蛔交、重量等外部特性上也有其特殊的要求，因此傳感器在醫(yī)學中的應用在一定程度上反映了傳感器的發(fā)展水平减严。

    隨著可穿戴式镐访、可植入式微型智能傳感器逐漸面世，醫(yī)學檢測儀器的發(fā)展有了里程碑式的飛躍蓝鹿。中山大學馮巍矩允、陳仲本等人研究了一種人體實時監(jiān)控系統(tǒng)糯驯，該系統(tǒng)利用多個微型智能傳感器通過基于藍牙技術(shù)的無線網(wǎng)絡實現(xiàn)人體健康數(shù)據(jù)獲取贰往、處理及通信等任務，主服務器對數(shù)據(jù)進行分析計算后反饋給各個節(jié)點耙福，實時監(jiān)控被監(jiān)測對象以避免突發(fā)性疾病伊厉，這種可穿戴式的智能傳感器也可以在運用于類似于足球比賽等高強度的體育比賽或運動員的高強度訓練中。

    2.3汽車及交通

    交通發(fā)展的逐漸走向體系化坦冠、規(guī)范化形耗、智能化管理，在城市內(nèi)建立完整的智能交通系統(tǒng)辙浑，利用智能信息搜集與處理激涤、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)實現(xiàn)人、車和路信息的多元統(tǒng)一判呕，進一步智能調(diào)控交通運行系統(tǒng)倦踢，利用道路傳感網(wǎng)絡獲取當前交通系統(tǒng)中基礎(chǔ)設(shè)施、各類車輛以及人群移動的狀態(tài)等數(shù)據(jù)侠草，使交通系統(tǒng)實現(xiàn)智能檢測與控制成為可能辱挥。

    目前在汽車安全行駛系統(tǒng)犁嗅、車身系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)了智能傳感器的規(guī)奈畹猓化生產(chǎn)褂微，隨著智能傳感器的不斷更新改良，其在汽車領(lǐng)域的應用已經(jīng)比較廣泛园爷。輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)是一種監(jiān)測汽車輪胎壓力和溫度的智能監(jiān)測系統(tǒng)宠蚂，監(jiān)視器收集各個輪胎的溫度和壓力數(shù)據(jù)，并根據(jù)輪胎溫度和壓力數(shù)據(jù)的異常情況發(fā)出不同的報警信號提醒駕駛者采取一定的措施卷芜，對防止重大交通事故發(fā)揮積極作用配亮。溫州大學的雷鵬飛、沈華東等人對紅外傳感器在智能車避障系統(tǒng)的應用進行了研究與設(shè)計澜碎，避障傳感器放射的紅外線在一定范圍內(nèi)遇到障礙物會被反射增荐，傳感器檢測到紅外線反射回的信號并發(fā)送給單片機，單片機通過輸入內(nèi)部的算法對車輛輪胎的方向嫡境、距離進行智能協(xié)調(diào)贯森，從而完成躲避障礙物動作。同時獨輪式平衡車作為新興的個人交通工具也是利用內(nèi)置傳感器收集用戶的姿勢信息控制平衡車的前進方向與速度褒饱，成為傳感器在交通領(lǐng)域的一大創(chuàng)新沛目。

    2.4軍事與國防

    軍事力量是衡量一國國防實力和綜合實力的關(guān)鍵指標，對于國防建設(shè)具有重要的作用援儡。作為軍事力量的重要組成部分莲赐，武器系統(tǒng)的性能決定了軍事隊伍作戰(zhàn)的成敗，在武器系統(tǒng)中引入智能傳感器不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測戰(zhàn)場形勢變化從而及時調(diào)整偵察和作戰(zhàn)計劃酿装，而且可以通過應用各類微小傳感裝置實現(xiàn)隱蔽性監(jiān)視访递，為摧毀敵人目標點和攻擊武裝力量奠定技術(shù)和環(huán)境基礎(chǔ)。美國海軍陸戰(zhàn)隊的地面?zhèn)刹?a class="hotl<em></em>inkmode" target="_blank" style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(15, 119, 244); text-decoration: none; font-size: 16px; line-height: 30px; border-bottom: 1px dotted rgb(15, 119, 244);">機器人在機身上裝有具備俯仰角度和側(cè)傾角的智能傳感器同辣，這種裝備主要用于實現(xiàn)潛水偵察拷姿，另外還在機身上裝有基于衛(wèi)星導航的智能傳感器用于準確模擬戰(zhàn)場及其周邊地形，從而實現(xiàn)水陸兩棲作戰(zhàn)的完美配合旱函。

    2.5家電

    鄭志輝等人研究了紅外傳感器在智能云空調(diào)上的應用响巢，將紅外熱成像技術(shù)引入智能空調(diào)應用開發(fā)，實現(xiàn)智能送風和智能啟停功能棒妨，根據(jù)室內(nèi)溫度與用戶體感溫度的差異選擇是否開啟空調(diào)踪古，以及選擇送風方式及相應的調(diào)節(jié)參數(shù)，該應用搭配志高云平臺實現(xiàn)智能防火功能券腔，智能檢測伏穆、報警，用戶可通過APP了解現(xiàn)場情況。

    2.6電子裝備

    智能手環(huán)是最常見的一種可穿戴式的電子設(shè)備蜈出，能夠通過微型貼身傳感器實時監(jiān)測并記錄用戶的飲食田弥、睡眠、健身等數(shù)據(jù)净处，同時將這些數(shù)據(jù)同步到智能手機安仁、平板等電子設(shè)備上，用數(shù)據(jù)指導健康生活婉固。桂林電子科技大學的李易陸吠童、陳洪波等人設(shè)計了一種基于MEMS數(shù)據(jù)輸出加速度傳感器與超低功耗單片機的智能記步手環(huán)，該手環(huán)利用傳感器隨時隨地記錄運動者的步行量稼乃、卡路里消耗等信息输奢，通過藍牙方式傳輸?shù)绞謾C，實現(xiàn)了計步功能的良好適應之仍，也提高了智能手環(huán)的可靠性運行屉韧。Helios設(shè)計了一款配備了UV紫外線傳感器的智能戒指，用戶只需在Helios應用上反饋著裝楔答、防曬等的涂抹情況谆藐，智能戒指就可以根據(jù)當天的紫外線按強度提供準確的結(jié)果幫助用戶確定日光浴時長等。

    2.7農(nóng)業(yè)

    智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段更假，涉及到應用傳感和測量技術(shù)监灌、自動控制技術(shù)、計算機與通信技術(shù)等智能信息技術(shù)击胜，依托安置在農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)的各個傳感器節(jié)點和通信網(wǎng)絡亏狰，實施監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的田間智慧種植數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可視化管理偶摔、智能預警等暇唾，因此傳感器技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項關(guān)鍵技術(shù)。

    中國農(nóng)業(yè)大學的承洋洋啰挪、王庫信不、劉超等人設(shè)計開發(fā)了一種農(nóng)業(yè)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過分布式的傳感器節(jié)點構(gòu)建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡亡呵，采集和傳輸空氣溫濕度、二氧化碳濃度硫戈、土壤溫濕度和光照強度等信息锰什，并將這些信息與攝像頭收集的圖像數(shù)據(jù)匯集到一起，通過無線電臺傳輸?shù)竭h程服務器上丁逝，遠程監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境問題汁胆，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的智能化與高效率。

    2.8海洋探測

    開發(fā)海洋資源的前提是海洋信息的實時收集與檢測霜幼，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海洋環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應用撰类，為實現(xiàn)海洋環(huán)境實時監(jiān)測驱请、海洋信息實時采集，海洋信息智能采集成為保證海洋環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)拼建。楊秀芳等人設(shè)計開發(fā)了基于無線傳感器的信息采集系統(tǒng)墓永，通過構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡，實時提供海洋環(huán)境數(shù)據(jù)辜尝，充分利用ZigBee網(wǎng)絡優(yōu)勢毫蚁，通過智能激活傳感器節(jié)點所形成的最佳時間間隔減少網(wǎng)絡成型時間，降低功耗和復雜度的同時延長無線傳感器網(wǎng)絡的生存時間雳址，保證傳感器能夠長時間對海洋環(huán)境進行實時監(jiān)測以及海洋信息的實時采集析深，對未來海洋環(huán)境保護和資源開發(fā)具有一定的價值。

    2.9航空航天

    NASA為檢測制造航天飛機的材料是否達到使用壽命敌痘，需要經(jīng)常檢測運載火箭的艙內(nèi)設(shè)施以及各個關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)的的健康狀況咨锐，因此美國斯坦福大學開發(fā)了一項斯坦福多致動器接收轉(zhuǎn)換(SMART)層專利技術(shù)，艙身各部分安裝傳感器接收器钢婆，在接收到中央傳感器發(fā)射的電磁波孵堪，將其轉(zhuǎn)換為實時數(shù)據(jù)并傳輸?shù)接嬎銠C中，計算機利用自身的一套算法處理該數(shù)據(jù)并實現(xiàn)信息反饋虽风，提供了一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的實現(xiàn)方法棒口。

    3.展望

    3.1MEMS傳感器

    MEMS傳感器是利用MEMS技術(shù)制備的新一代傳感器件。MEMS是一個獨立的智能微小系統(tǒng)辜膝，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小无牵，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級，可大批量生產(chǎn)厂抖，常見的產(chǎn)品包括MEMS氣體傳感器茎毁、MEMS壓力傳感器、MEMS濕度傳感器忱辅、MEMS光學傳感器七蜘、MEMS加速度計、MEMS麥克風及MEMS陀螺儀等以及它們的集成產(chǎn)品墙懂。

    3.2仿生傳感器

    仿生傳感器是將生物物質(zhì)作為識別標識與待測物質(zhì)發(fā)生生物學反應橡卤，產(chǎn)生的信息將會轉(zhuǎn)化成物理、化學信號并輸出的裝置损搬。仿生傳感器運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能夠快速地對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)碧库、土壤污染情況進行檢測，是目前研究和應用最廣泛的智能傳感器功跑。

    3.3電化學傳感器

    電化學傳感器能夠?qū)χT如pH值乞哀、離子活度的等土壤數(shù)據(jù)進行直接測量，是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的一個新的重要應用。中國科學院上海應用物理研究所在2014年研究發(fā)布了一種基于氣泡介導的電化學生物傳感器趣情，單一反應實現(xiàn)免疫分析的問題得到解決适系，并且能夠快速準確地檢測多種疾病的標志物，該傳感器有望為現(xiàn)場生化檢測提供新的手段纺辟。

    4.小結(jié)

    智能傳感器是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最重要的技術(shù)之一高骑，在為傳統(tǒng)行業(yè)注入新鮮血液的同時也引領(lǐng)了傳感器產(chǎn)業(yè)的潮流，在醫(yī)學岔雾、工業(yè)底盅、海洋、航天黑乞、軍事揉贡、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均發(fā)揮著核心作用，隨著智能傳感器技術(shù)的發(fā)展拟祖，新一代智能傳感器將結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡拣挪、人工智能等技術(shù)不斷完善其功能，具有十分可觀的發(fā)展前景俱诸。