智能传感器
智能传感器(intelligent sensor)的概念最初是由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出并形成的，1978年研发出产品。宇宙飞船上需要用大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，于是提出把CPU分散化，从而产生出智能化传感器。经过几十年的发展，智能传感器已成为传感器技术的一个主要发展方向，代表着一个国家的工业及技术科研能力。
1 智能传感器的定义
传感器(sensor)一词来自拉丁语sentire，意思是觉察、领悟。其作用是对于诸如热、光、力、声、运动等物理或化学的刺激做出反应，感受被测刺激后定量地将其转化为电信号，信号调理电路对该信号进行放大、调制等处理，再由变送器转化成适于记录和显示的形式输出。
智能传感器（smart sensor）指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能的传感器。相对于仅提供表征待测物理量的模拟电压信号的传统传感器，智能传感器充分利用集成技术和微处理器技术，集感知、信息处理、通信于一体，能提供以数字量方式传播的具有一定知识级别的信息。智能传感器可分两大部分:基本传感器和信息处理单元。基本传感器是构成智能传感器的基础，其性能很大程度上决定着智能传感器的性能，由于微机械加工工艺的逐步成熟以及微处理器的补偿作用，基本传感器的某些缺陷(如:输入输出的非线性)得到较大程度的改善；信息处理单元以微处理器为核心，接受基本传感器的输出，并对该输出信号进行处理，如标度变换、线性化补偿、数字调零、数字滤波等，处理工作大部分由软件完成。智能传感器的两大部分可以集成在一起设置成为一个整体，封装在一个表壳内；也可分开设置，以利用电子元器件和微处理器的保护，尤其在测试环境较恶劣时更应该分开设置。
在当前智能时代的推动下，传感器的重要性更加凸显，不仅在《中国制造2025》、《德国2020高技术战略》及欧盟、美国、韩国、新加坡等推进的智慧城市等战略方面发挥着重要的支撑作用，而且也在物联网、虚拟现实（VR）、机器人、智能家居、自动驾驶汽车等产业发展中发挥着关键作用。高性能、高可靠性的多功能复杂自动、测控系统以及基于射频识别技术的物联网的兴起与发展，愈发凸显了具有感知、认知能力的智能传感器的重要性及其大力、快速发展的迫切性。随着与CMOS兼容的MEMS技术的发展，微型智能传感器的发展得到了有力的技术支撑，智能传感器产业面临着一个非常重要的历史发展契机。
2 智能传感器的结构
最初的智能传感器设计主要集中在输出端数字处理上，旨在获得高精度的温度补偿和校正。后来的设计包括增强数字特性(如远距离通讯和可寻址能力)等，但研制工作还未涉及到制造过程所用的测试系统接口，这种接口可实现传感器的批量生产，从而大大降低传感器成本。
智能传感器主要设计结构有两种:一种是数字传感器信号处理(DSSP)，另一种是数字控制的模拟信号处理(DCASP)。如图所示。
DSSP和DCABP智能传感器结构比较
最精确的设计都采用DSSP结构，通常包括两个传感器:被测量传感器(例如压力)和温度(补偿)传感器。在硅器件中，温度信号可直接从被测量传感器提取出来，传感器信号经多路调制器送到A/D变换器，然后再送到微控器进行信号的补偿和校正。
校正时可用传感器输出的算法趋近或多表面逼近法进行信号处理，每个给定传感器的校正系数都被单独储存在永久性寄存器中。如果需要模拟输出，可另外加一个D/A变换器。
DSSP结构的分辨率受输入A/D变换器的分辨率和补偿/校正处理分辨率的限制。响应时间受A/D变换时间和补偿时间限制。而基本的DCASP结构在传感器和模拟输出之间直接提供了一个模拟通道，因此，被测量分辨率和响应时间不受影响。温度补偿和校正都在并联回路实现，并联回路能改变信号放大器的失调和增益。要获得数字输出信号，可加一个A/D变换器。
注：转载请与作者联系授权，作者：广州市新欧机械有限公司黄志坚教授