智能传感器技术研究与发展探讨

张裕

摘 要：本文从智能传感器的概念和架构出发，对智能传感器的技术进行了初探，并且结合国内实际情况，提出关于智能传感器技术的发展建议。

关键词：智能传感器；技术研究；发展

一、智能传感器

智能传感器主要由三部分组成，分别为制动器设备、传感器设备和电子电路的智能器件。或者由两部分组成，分别为微处理器与传感元件。此种类型的传感器还具有处理与检测功能。智能传感器最为显著的特征就是数字信息的传输，并且能够独立完成数据的计算分析。智能传感器设备的主要功能有几种，分别为信息处理功能、信息验证功能、数据传输功能、信号感知功能以及信息转换功能。传感器中的元件主要有信号收发装置、信号转换器、放大器和微控制器。

二、智能传感器的特点分析

智能传感器主要具备以下几个特征，分别为适应性强、分辨率高、性价比高、精准度高等特点。一般情况下，智能传感器设备获取高信噪比的方式主要是通过数据的分析和处理，这种方式可以保证信息的准确性。此外，通过神经网络技术和信息融合技术的交叉使用，可以使智能传感器在多种参数的状态下，能够实现对于特定参数的辨别与测量。此外，智能传感器还具备自动补偿功能，该功能能够一定程度上消除工作环境和条件等因素对其造成的影响，有效规避系统漂移现象，与此同时还能提升数据传输速度，降低系统的功率消耗。

三、智能传感器技术分析

1、MEMS技术

MEMS传感器最早被应用于军事领域，可进行目标跟踪和自动识别领域中的多传感器数据融合，具有特定的高精度和识别、跟踪定位目标的能力。采用MEMS技术制作、集成了A/D转换器的流量传感器已被应用于航天领域。要想实现智能化，需要集成MEMS传感器的功能以及信号调理、控制和数字处理功能，以实现数据与指令的双向通信、全数字传输、本地数字处理、自校准和由用户定义的算法编程。军用MEMS智能传感器的研究主要针对长距离空中和海洋的监视、侦察（包括无人机蜂群），已经可以通过智能传感器网络，实现对多地区多变量的遥感监视。

2、CMOS

CMOS技术是主流的集成电路技术，不仅可用于制作微处理器等数字集成电路，还可制作传感器、数据转换器、用于通信目的高集成度收发器等，具有可集成制造和低成本的优势。CMOS计算元件能与不同的传感元件集成，制作成流量传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、电导率传感器、PH传感器、氧化还原电位传感器、温度传感器、压力传感器、触控感应器等应用于各种场合的智能传感器。CMOS触摸传感器和温度传感器的市场份额保持在14%，并在近几年呈持续增长态势。采用CMOS技术制作、集成了的D/A转换器的溶解氧传感器已被应用于汽车领域。集成了收发功能的浊度传感器已被应用于生物医药领域。组合了CMOS成像器和处理电路的数字低光度CMOS基成像器，正在成为军事应用领域的主流成像器。

3、CMOS与MEMS集成新技术

目前，关于集成智能传感器制作工艺的研究热点是与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及其制造工艺流程。传感器和致动器通常采用专用MEMS技术，因此，可以利用MEMS与CMOS的不同结合衍生出各种新集成技术平台。德州仪器公司的微镜就是超大规模S&A;与CMOS在后CMOS工艺段结合的一个经典案例。若将S&A;单片集成或异构集成在CMOS平台之上，可以提高器件性能，减小器件与系统的尺寸，降低成本。虽然国际上一些S&A;技术达到很高的成熟度并且已经量产，但是S&A;与CMOS平台的三维或单片集成仍然面临高量产和低成本的重大挑战，因而受到极大的关注。

4、前沿领域中的新集成技术

基于碳纳米管或纳米线等纳米尺度结构和纳米材料、可以实现更高性能的新集成技术和器件受到越来越多的关注。美国北卡罗莱纳州立大学宣布了最新研究的多功能自旋电子智能传感器，将二氧化钒器件集成到硅晶圆之上，为下一代自旋电子器件铺平了道路。需要关注的技术还包括采用量子技术实现更高敏感性和分辨率的量子传感器，以及能够集成在手机芯片上的量子传感装置。

5、光谱技术

光谱学不仅仅涉及一种学科，其中不但包括了物理学知识，还涵盖了化学知识。通过将光谱学知识融入到智能传感器中，可以借助光谱的特性来对物质的各种性质进行分析。这种光谱测量方式可以应用在固体物质、液体物质或者气体物质，只要能与光进行接触就能够实现测量。目前，光谱成像法的应用越来越广泛，主要被应用在物体或者材料的属性分析。此种技术还可以对图像中的像素进行细化分析，实现大范围测量。美国许多公司借助该原理对可见光、紫外光等进行成像分析，技术应用已经相对成熟。

四、我国智能传感器发展探究

1、智能传感器发展趋势分析

智能传感器代表新一代的感知和自知能力，是未来智能系统的关键元件，其发展受到未来物联网、智慧城市、智能制造等强劲需求的拉动。智能传感器通过在元器件级别上的智能化系统设计，将对食品安全应用和生物危险探测、安全危险探测和报警、局域和全域环境检测、健康监视和医疗诊断、工业和军事、航空航天等领域产生深刻影响。

2、智能傳感器发展建议

随着科学技术的飞速发展，智能化时代已经到来，智能传感器的发展趋势已经逐渐步入智能系统的核心。随着人工智能技术不断发展与革新，其应用范围逐渐增加，且技术水平日益成熟。但是，当前的智能传感器产业的发展具有几个特征，其应用与基础技术呈现两头依附的状态，投资过于密集，产品发展和产业发展呈现出分散的趋势，在这种情况下，使得智能传感器生产行业的整体素质层次不齐，核心技术并不明确，与国际上的先机技术相比，仍然存在很多不足。目前国内虽然已经涉足芯片的集成技术和单片集成技术的研发，但是缺乏突出的研究成果。为了促进我国智能传感器产业的发展，以下提出几点发展建议。

1、坚持市场导向，促进产业发展

想要推进我国智能传感器产业的健康发展，首先要控制好市场化资源的控制，并且坚持政府的发展引导方向，为智能传感器的发展制定全面而精准的规划，与此同时，要制定完善的创新机制，建立一个完整的智能传感器生态链，尽量压缩产品的研发时间，提升技术水准和产品的研发能力，保障产业的发展。

2、聚焦应用市场，抓住重点领域核心产品

重点瞄准智能制造、智慧生活、汽车电子、仪器仪表、国家安全等应用行业的核心关键产品，加速推进MEMS、CMOS、光谱学等主流技术制作的智能传感器的产品研发和推广应用，掌握核心关键技术，快速形成产品研发能力，支撑产业发展。

3、重视基础研究，促进科技创新

鼓励原始创新，发展新原理、新材料、新结构的智能传感器，如量子传感、MEMS生物芯片、纳机电系统、新型集成传感微系统、3D和单芯片异质异构集成技术等传感新技术。

4、军民融合发展

重点瞄准MEMS、CMOS、光谱学等具有广泛军民应用和产业化前景的关键技术。军用领域重点关注光电和红外/听觉、地震和磁/射频传感器的智能化和数据融合。民用领域重点关注图像传感器、汽车传感器、航空无线传感微系统，积极推动以多种航天传感器为代表的民转军、军转民和军民融合发展。

结语：随着物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展，智能传感器的市场份额逐渐增大，智能化可提升传感器的精度，降低功耗和体积，实现较易组网，从而扩大传感器的应用范围，使其发展更加迅速有效。

参考文献：

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