物聯(lián)網(wǎng)的基本要求是物物相連,每一個需要識別和管理的物體上,都需要安裝與之對應(yīng)的傳感器。因此,傳感器的升級換代成為物聯(lián)網(wǎng)能否快速發(fā)展的關(guān)鍵。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步,不僅僅要求傳感器具備基礎(chǔ)的信息收集處理功能,高度智能化也成為衡量其性能高低的基本依據(jù)。
所謂智能傳感器,就是指傳感器在基本的功能之外,具有自動調(diào)零、自校準(zhǔn)、自標(biāo)定功能,同時具備邏輯判斷和信息處理能力,能對被測量信號進行信號調(diào)理或信號處理。
與國外相比,我國智能傳感器的研究主要集中在以下幾方面:
一是采用先進的微電子技術(shù)、計算機技術(shù),研究開發(fā)出將傳感器和微處理器結(jié)合、具有各種功能的單片集成化智能傳感器,這是當(dāng)前智能傳感器的主要發(fā)展方向之一;
二是針對傳感器的材料,利用生物工藝和納米技術(shù),開發(fā)分子和原子生物傳感器,這將為以后智能傳感器的發(fā)展奠定基礎(chǔ);
三是整合國內(nèi)外芯片技術(shù),結(jié)合敏感電子元件,研發(fā)出混合型集成智能傳感器,這種傳感器精度更高、成本更低、穩(wěn)定性更好。我國在集成智能傳感器領(lǐng)域已經(jīng)取得了重大突破,國產(chǎn)傳感器逐步打開了智能傳感器的市場份額。
智能傳感器的制造基礎(chǔ)是微機械加工技術(shù),將硅進行機械、化學(xué)、焊接加工,再采用不同的封裝技術(shù)來封裝,近幾年又發(fā)展了一種LIGA工藝(深層X射線光刻電鍍成敏膜)用于制造傳感器。
智能傳感器一般具有實時性很強的功能,尤其動態(tài)測量時常要求在幾微秒內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集、計算、處理和輸出。智能傳感器的一系列功能都是在程序支持下進行。如功能多少、基本性能、方便使用、工作可靠,大都在一定程度上依賴于軟件設(shè)計和其質(zhì)量,這些軟件主要有五大類。包括標(biāo)度換算、數(shù)字調(diào)零、非線性補償、溫度補償、數(shù)字濾波技術(shù)。
我國智能傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué),始于八十年代中期,八十年代末中國國防科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)等大專院校相繼報道了研究成果。九十年代初,國內(nèi)幾家研究機構(gòu)采用混合集成技術(shù)成功的研制出實用的智能傳感器,標(biāo)志著我國智能傳感器的研究進入了國際行列,但是與國外的先進技術(shù)相比,我們還有較大差距。
智能傳感器發(fā)展主要分為三個階段,即數(shù)字化階段、智能化補償和校準(zhǔn)階段、智能化應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)階段。達(dá)到第三階段的傳感器,擁有信號的檢測和處理、邏輯判斷、雙向通信、閉環(huán)控制、自檢和自診斷、智能校正和補償、功能計算、網(wǎng)絡(luò)通信等多種功能。但目前國內(nèi)僅有少部分制造商達(dá)到這一階段,未能大規(guī)模普及。