背景：
國家標準(GB/T 7665-2005)把傳感器定義為:能感受規定的被測量(包括物理,量、化學(xué)量、生物量等)并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成。
分類(lèi)方式：
1、按照被測量分類(lèi)
2、按照工作原理分類(lèi)
3、按照信號變換特征分類(lèi)
4、按照能量關(guān)系分類(lèi)
能量轉換型（有源）
能量控制型（無(wú)源）
5、按照輸出信號形式分類(lèi)
智能傳感器(smart sensor)指具有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器。充分利用集成技術(shù)和微處理器技術(shù),集感知、信息處理、通信于一體,能提供以數字量方式傳播的具有一定知識級別的信息。
傳統傳感器：僅提供表征待測物理量的模擬電壓信號
智能傳感器最主要的特征是輸出數字信號, 便于后續計算處理。
傳感器的發(fā)展
傳統傳感器（聾?。?智能傳感器-智能網(wǎng)絡(luò )傳感器（節點(diǎn)）-智能傳感器網(wǎng)絡(luò )
智能傳感器
概述：在普通傳感器中嵌入微處理芯片，可將模擬信號轉化為數字信號。并能通過(guò)標準接口與外界進(jìn)行數據交換。
智能傳感器功能特點(diǎn)
1、自校準、自標定、自動(dòng)補償
2、自動(dòng)數據采集、邏輯判斷、數據處理
3、自調整、自適應
4、一定程度的存儲、識別和信息處理功能
5、雙向通信、標準數字化輸出或符號輸出
6、算法判斷、決策處理的功能。
智能傳感器+網(wǎng)絡(luò )技術(shù)=智能網(wǎng)絡(luò )傳感器
智能網(wǎng)絡(luò )傳感器
遵從某種網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，在測試現場(chǎng)將測得數據發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上。
智能網(wǎng)絡(luò )傳感器關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò )接口技術(shù)，傳感器必須符合某種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，使現場(chǎng)測控數據能夠直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )。不同網(wǎng)絡(luò )標準對應不同網(wǎng)絡(luò )接口單元類(lèi)型，網(wǎng)絡(luò )選擇有傳感器總線(xiàn)、現場(chǎng)總線(xiàn)、企業(yè)內部以太網(wǎng)、因特網(wǎng)。
按照傳感器傳輸信息的媒介途徑可以分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)：
有線(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò )傳感器
有線(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò )傳感器主要有基于現場(chǎng)總線(xiàn)和基于以太網(wǎng)協(xié)議的兩大類(lèi)智能網(wǎng)絡(luò )傳感器：
以太網(wǎng)是一種計算機局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE組織的IEEE 802.3標準制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標準，它規定了包括物理層的連線(xiàn)、電子信號和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層協(xié)議的內容。以太網(wǎng)是應用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，取代了其他局域網(wǎng)技術(shù)如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET。
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)源自于以太網(wǎng)技術(shù)，但是其本身和普通的 以太網(wǎng)技術(shù)又存在著(zhù)很大的差異和區別。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)本身進(jìn)行了適應性方面的調整，同時(shí)結合工業(yè)生產(chǎn)安全性和穩定性方面的需求，增加了相應的控制應用功能，提出了符合特定工業(yè)應用場(chǎng)所需求的相應的解決方案。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應用中，能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)高效性、穩定性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟性、智能性、擴展性等多方面的需求，可以真正延伸到實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中現場(chǎng)設備的控制層面，并結合其技術(shù)應用的特點(diǎn)，給予實(shí)際企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的全方位控制和管理，是一種非常重要的技術(shù)手段。
現場(chǎng)總線(xiàn)（Field bus）是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數據總線(xiàn)，它主要解決工業(yè)現場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場(chǎng)設備間的數字通信以及這些現場(chǎng)控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問(wèn)題。由于現場(chǎng)總線(xiàn)具有簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標準團體和計算機廠(chǎng)商的高度重視。
它是一種工業(yè)數據總線(xiàn)，是自動(dòng)化領(lǐng)域中底層數據通信網(wǎng)絡(luò )。
不同的機構和不同的人可能對現場(chǎng)總線(xiàn)有著(zhù)不同的定義，不過(guò)通常情況下，大家公認在以下六個(gè)方面：
通信網(wǎng)絡(luò )：用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化的現場(chǎng)設備或現場(chǎng)儀表互連的現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )。
設備互聯(lián)：依據實(shí)際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現場(chǎng)設備或者現場(chǎng)儀表相互關(guān)聯(lián)。
互操作性：用戶(hù)可以根據自身的需求選擇不同廠(chǎng)家或不同型號的產(chǎn)品構成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。
（現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)的概念已經(jīng)經(jīng)歷了20幾年的發(fā)展。它是在DCS/PLC基礎上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。現場(chǎng)總線(xiàn)是"從控制室連接到現場(chǎng)設備的雙向串行數字通信總線(xiàn)"，現場(chǎng)總線(xiàn)的"現場(chǎng)"更多的是指現場(chǎng)設備，而不是指位置。FCS主要特點(diǎn)是采用總線(xiàn)標準，一種類(lèi)型的總線(xiàn)，只要其總線(xiàn)協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設備也就被確定。 開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統具有高度的互操作性。FCS既是一個(gè)開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò )，又是一個(gè)全分布式的控制系統）
分散功能塊：FCS 廢棄了DCS 的輸入/輸出單元和控制站, 把DCS 控制站的功能塊分散地分配給現場(chǎng)儀表, 從而構成虛擬控制站，徹底地實(shí)現了分散控制。
（DCS分散控制系統是以微處理器為基礎，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調的設計原則的新一代儀表控制系統。集散控制系統簡(jiǎn)稱(chēng)DCS，也可直譯為分散控制系統或分布式計算機控制系統。
它采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想，采用多層分級、合作自治的結構形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。DCS在電力、冶金、石化等各行各業(yè)都獲得了極其廣泛的應用。）
通信線(xiàn)供電：通信線(xiàn)供電方式允許現場(chǎng)儀表直接從通信線(xiàn)上攝取能量, 這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現場(chǎng)儀表, 與其配套的還有安全柵。
開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)：現場(chǎng)總線(xiàn)為開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，既可以與同層網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，還可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據庫的共享。
從以上內容我們可以看到，現場(chǎng)總線(xiàn)體現了分布、開(kāi)放、互聯(lián)、高可靠性的特點(diǎn)，而這些正是DCS系統的缺點(diǎn)。DCS通常是一對一單獨傳送信號，其所采用的模擬信號精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對模擬儀表往往難以調整參數和預測故障，處于失控狀態(tài)，很多的儀表廠(chǎng)商自定標準，互換性差，儀表的功能也較單一，難以滿(mǎn)足現代的要求，而且幾乎所有的控制功能都位于控制站中。FCS則采取一對多雙向傳輸信號，采用的數字信號精度高、可靠性強，設備也始終處于操作員的遠程監控和可控狀態(tài)，用戶(hù)可以自由按需選擇不同品牌種類(lèi)的設備互聯(lián)，智能儀表具有通信、控制和運算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個(gè)智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對于DCS的巨大進(jìn)步。
也正是由于FCS的以上特點(diǎn)使得其在設計、安裝、投運到正常生產(chǎn)都具有很大的優(yōu)越性：首先由于分散在前端的智能設備能執行較為復雜的任務(wù)，不再需要單獨的控制器、計算單元等，節省了硬件投資和使用面積；FCS的接線(xiàn)較為簡(jiǎn)單，而且一條傳輸線(xiàn)可以?huà)旖佣鄠€(gè)設備，大大節約了安裝費用；由于現場(chǎng)控制設備往往具有自診斷功能，并能將故障信息發(fā)送至控制室，減輕了維護工作；同時(shí)，由于用戶(hù)擁有高度的系統集成自主權，可以通過(guò)比較靈活選擇合適的廠(chǎng)家產(chǎn)品；整體系統的可靠性和準確性也大為提高。這一切都幫助用戶(hù)實(shí)現了減低安裝、使用、維護的成本，最終達到增加利潤的目的 [3] 。
無(wú)線(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò )傳感器=無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)
構成：
1、微處理器與存儲模塊
2、電源模塊
3、傳感器模塊
4、無(wú)線(xiàn)通信模塊
5、執行器模塊
智能傳感器未來(lái)
1、傳感器走集成化：
傳感器集成化有幾個(gè)優(yōu)勢:一是實(shí)現產(chǎn)品功能更加強大,滿(mǎn)足多樣化需求;二是成本優(yōu)勢,1個(gè)集成傳感器比2個(gè)單獨的傳感器更加具有成本優(yōu)勢。三是降低尺寸,可以滿(mǎn)足更多可穿戴式智能產(chǎn)品的發(fā)展需求。
2、無(wú)線(xiàn)能量采集：
傳統傳感器存在諸多制約因素,最為突出的是供電方式。傳統傳感器主要通過(guò)電池或電力線(xiàn)供電,這種供電方式除了存在布設成本外,還會(huì )有定期維護和更換成本。此外,可穿戴產(chǎn)品的大小也對傳感器的尺寸提出更高要求。0對此,無(wú)線(xiàn)能量采集成為傳感器下一個(gè)發(fā)展方向。無(wú)線(xiàn)能量收集技術(shù),是指把環(huán)境中的能量比如光、動(dòng)能、熱能等轉換成電能來(lái)給系統供電的技術(shù),實(shí)現傳感器的自供電,這樣傳感器可以被安置在任何地方,也減少更換和維護的成本。目前,已有國外企業(yè)推出相應的解決方案,并表示傳感器能夠持續工作達10年以上。
3、算法和方案
隨著(zhù)細分應用需求的增多,傳感器之上的軟件算法和方案重要性越來(lái)越凸顯。0在算法上,比如生物傳感器在醫療健康產(chǎn)業(yè)上的應用。在心電算法上,除了心率、心臟負荷率、壓力、睡眠指數等,還包括通過(guò)FDA認證的醫療應用。
4、新型敏感材料、探索新穎感知方法、敏感元件的陣列化與復合化將成為智能傳感器感知技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要方向。
5、網(wǎng)絡(luò )化
以智能傳感器為節點(diǎn)構成的智能傳感網(wǎng)絡(luò )是重要發(fā)展方向, 在多功能、高精度的復雜分布式測控系統中將顯示出其強大的生命力并起著(zhù)非常重要的基礎作用。智能傳感器的通信技術(shù)將會(huì )隨著(zhù)總線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展而不斷豐富、發(fā)展。隨著(zhù)微機械加工技術(shù)、微電子加工技術(shù)的發(fā)展, 市場(chǎng)將推動(dòng)智能傳感器向著(zhù)集成化、微型化方向快速發(fā)展。
智能傳感器技術(shù)綜述
主要完成信號感知與調理、信號處理和通信三大功能。
1 信號感知與調理技術(shù)：智能傳感器一般通過(guò)信號感知模塊中的敏感元件將待測量最終轉換成模擬電壓信號。
2 信息處理技術(shù)：
智能傳感器的信號處理主要完成感知、認知這2個(gè)方面的功能。
感知就是通過(guò)對來(lái)自于調理電路信號的分析, 獲得待測物理量或待測參數、性能的大小, 本文稱(chēng)之為粗信號處理。
認知指智能傳感器通過(guò)信號處理, 獲取關(guān)于其自身狀態(tài)、測試狀態(tài)等方面的知識, 本文稱(chēng)之為細信號處理。
細信號處理通常包括自診斷、自校正、自補償。
3 通信技術(shù)
實(shí)現智能傳感器目前主要有3種方式。一種方式是將信號感知與調理模塊、信號處理模塊、通信模塊等通過(guò)導線(xiàn)等方式組合在一起即可, 這種實(shí)現方式適合于智能化如化工廠(chǎng)等用戶(hù)原有傳統傳感器的場(chǎng)合。
另一種方式乃利用微機械加工、微電子加工等技術(shù)將這些模塊集成在一片芯片上, 實(shí)現了智能傳感器的微型化。這是商品化智能傳感器的最佳選擇, 這種智能傳感器使用方便、性能穩定、可靠。
還有一種方式乃將這些模塊集成在兩片或多片芯片上, 然后由這些芯片構成智能傳感器, 這是目前商品化智能傳感器的一種較好選擇。
多傳感器數據融合技術(shù)：
多傳感器信息融合是指通過(guò)對多類(lèi)同構或異構傳感器數據進(jìn)行自動(dòng)分析和優(yōu)化綜合,從而獲得比單一傳感器更多的信息,形成比單信源更準確、更可靠、更完全的融合信息及結論。它突破單一傳感器信息表達的局限性,避免單個(gè)傳感器的信息盲區,提高了多源信息處理結果的質(zhì)量,有利于對事物形成正確的判斷和決策。傳感器信息融合技術(shù)從多源信息的角度進(jìn)行信息處理和綜合,得到各種信息的內在聯(lián)系和規律,從而剔除無(wú)用的和錯誤的信息,保留正確的和有用的成分,實(shí)現信息的優(yōu)化,得到有利于決策的對被感知對象更加精確的描述。經(jīng)過(guò)融合后的傳感器信息具有信息冗余性、互補性、實(shí)時(shí)性和獲取的低成本性等特征
特點(diǎn)：
1）提高系統的容錯功能和可靠性
2）降低信號的不確定性和單個(gè)傳感器測量精度的要求
3）拓展了時(shí)間覆蓋范圍，多個(gè)傳感器協(xié)同，就像并聯(lián)系統一樣，互相之間支持
4）擴展了空間覆蓋范圍
5）改善了探測性能
6）提高了空間分辨率
