实现智能制造的基石-传感器技术应用介绍
一、传感器概念与发展历程
根据国标GB／T 7665－2005，传感器是“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。
传感器的发展被划分为三个阶段：
● 第一阶段始于20世纪50年代，结构型传感器出现，它利用结构参量变化来感受和转化信号。
● 第二阶段始于20 世纪70年代，固体型传感器逐渐发展，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成。利用材料的热电效应、霍尔效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器等。
● 第三阶段由 20 世纪末开始，智能型传感器出现并快速发展。它是计算机技术与检测技术相结合的产物，能够对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是当前传感器的主流。
智能传感器是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储等功能的多元件集成电路，是集传感单元、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。
智能传感器基本结构如下图所示，一般包含传感单元、计算单元和接口单元。传感单元负责信号采集，计算单元根据设定对输入信号进行处理，再通过网络接口与其他装置进行通信。智能传感器的实现可以采用模块式（将传感器、信号调理电路和带总线接口的微处理器组合成一个整体）、集成式（采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术将敏感元件、信号调理电路、接口电路和微处理器等集成在同一块芯片上）或混合式（将传感器各环节以不同的组合方式集成在数块芯片上并封装在一个外壳中）等结构。
图 1智能传感器基本结构
二、智能传感器关键技术进展
传感器技术是实现智能制造的基石。在当前智能时代的推动下，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快速发展的迫切性。
智能传感器沿用较为通用的分类方法，依据被测量的不同，一般分为物理量智能传感器、化学量智能传感器和生物量智能传感器三大类。
图2 智能传感器分类
其中，物理量智能传感器根据被测物理量，可简单归纳为力、热、声、光、电、磁六大类。每一大类传感器中又包含多个分支。以力学量传感器为例，其分支部分列表见下：
图3 力学量传感器详细分类
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