一、傳感器概念與發展歷程
根據國標GB／T 7665－2005，傳感器是“能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”。
傳感器的發展被劃分為三個階段：
● 第一階段始于20世紀50年代，結構型傳感器出現，它利用結構參量變化來感受和轉化信號。
● 第二階段始于20 世紀70年代，固體型傳感器逐漸發展，這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成。利用材料的熱電效應、霍爾效應，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器等。
● 第三階段由 20 世紀末開始，智能型傳感器出現并快速發展。它是計算機技術與檢測技術相結合的產物，能夠對外界信息具有一定檢測、自診斷、數據處理以及自適應能力，是當前傳感器的主流。
智能傳感器是指具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲等功能的多元件集成電路，是集傳感單元、通信芯片、微處理器、驅動程序、軟件算法等于一體的系統級產品。
智能傳感器基本結構如下圖所示，一般包含傳感單元、計算單元和接口單元。傳感單元負責信號采集，計算單元根據設定對輸入信號進行處理，再通過網絡接口與其他裝置進行通信。智能傳感器的實現可以采用模塊式（將傳感器、信號調理電路和帶總線接口的微處理器組合成一個整體）、集成式（采用微機械加工技術和大規模集成電路工藝技術將敏感元件、信號調理電路、接口電路和微處理器等集成在同一塊芯片上）或混合式（將傳感器各環節以不同的組合方式集成在數塊芯片上并封裝在一個外殼中）等結構。
圖 1智能傳感器基本結構
二、智能傳感器關鍵技術進展
傳感器技術是實現智能制造的基石。在當前智能時代的推動下，高性能、高可靠性的多功能復雜自動測控系統以及基于射頻識別技術的物聯網的興起與發展，愈發凸顯了具有感知、認知能力的智能傳感器的重要性及其快速發展的迫切性。
智能傳感器沿用較為通用的分類方法，依據被測量的不同，一般分為物理量智能傳感器、化學量智能傳感器和生物量智能傳感器三大類。
圖2 智能傳感器分類
其中，物理量智能傳感器根據被測物理量，可簡單歸納為力、熱、聲、光、電、磁六大類。每一大類傳感器中又包含多個分支。以力學量傳感器為例，其分支部分列表見下：
圖3 力學量傳感器詳細分類
一個真正意義上的智能傳感器應該具有如下功能：
1）自校準、自標定和自動補償功能；2）自動采集數據、邏輯判斷和數據處理功能；3）自調整、自適應功能；4）一定程度的存儲、識別和信息處理功能；5）雙向通信、標準數字化輸出或者符號輸出功能；6）算法判斷、決策處理的功能。
傳感材料、MEMS 芯片、驅動程序和應用軟件是智能傳感器實現這些功能的核心技術，特別是 MEMS 芯片，由于其具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高并能與微處理器集成等特點，已成為智能傳感器的重要載體。下面以常用的溫度、壓力、光學和RFID傳感器為例，介紹基于MEMS的智能傳感器技術進展。
① 智能溫度傳感器
智能溫度傳感器適用于冶金、石化、石油、化工、制藥、造紙、印染、釀造、環保、電力等行業。當前的智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等方向迅速發展。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器，使用 9～12位A／D轉換器，分辨率可以達到 0．5～0．625℃。由美國Dallas半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數據，分辨率高達0．03℃，測溫精度為±0．2℃。
② 智能壓力傳感器
基于 MEMS技術的智能壓力傳感器具有小型化、低成本、易集成等優點。壓力的傳感范圍也很寬，在1kPa～100MPa 之間。可廣泛應用于微型機電系統、汽車、航空動力學、工藝控制和生物醫學等方面。當前智能壓力傳感器技術的研究熱點致力于減輕其敏感性和線性之間的矛盾，以提高傳感器精度［3］。美國柏恩Bourns研制的BPS140新型壓力傳感器性能穩定，在溫度范圍為－40°C至150°C之間使用時，總誤差為2．5％FS，產品壽命變化為0．5％FS［4］。
③ 光學傳感器
非接觸和非破壞性測量是光學傳感器的一大優勢，在電子產品檢測領域應用較多。當前CCD和CMOS圖像傳感器是兩大主流成像技術。隨著圖像傳感器技術的不斷改進，像素精度不斷提高（已經達到5μm級別），同時對環境照度要求不斷降低。安森美推出的KAI－50140是當前市場上分辨率最高的ITCCD圖像傳感器，達到5000萬像素，具有關鍵細節成像能力和高圖像均勻性，可用于智能手機顯示屏檢測、電路板檢測和機械裝配檢測等領域。
④ RFID
RFID即射頻識別技術，俗稱電子標簽，是利用無線電信號進行自動識別特定目標并讀寫相關數據的通信技術，無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。
RFID是智能識別和數據采集（AIDC）的一種方法，也是物聯網（IoT）的重要組成部分，可應用于生產線的物流管理，如物料分揀。近年來，RFID的研究熱點主要集中在數據的完整性與安全性，如提升數據識別的準確率，在獲取信息的同時保證用戶的隱私不被泄漏，以及利用RFID技術實現其他領域的應用，像基于RFID技術的室內定位等。
