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智能传感器技术的研究进展及应用展望

本文是来自中国工程院院士尤政的文章《智能传感器技术的

研究进展及应用展望》，尤政院士是我国传感器领域的重磅专家。

随着智能时代的到来，各种智能传感器的研究和应用越来越

受到人们的重视。智能传感器在传统传感器的基础上还具有丰富

的信息处理能力，能够提供更综合的功能。

本文介绍了常用的温度、压力、惯性、生化和RFID传感器

的研究现状及其在物联网、拟现实(VR)、机器人、医疗健康

等产业升级和创新应用中的关键作用，并对智能传感器今后的发

展趋势进行了展望。

尤政院士认为：智能传感器的研究方向，一方面是探索新材

料、新原理、新技术以提高传感器自身性能；另一方面，随着传

感器工艺与标准CMOS工艺的融合，微型化、多功能化及智能化

将是未来发展的必然趋势。

智能传感器(smartsensor)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。

自美国宇航局（NASA）在20世纪80年代提出智能传感器的

概念以来，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。

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、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。

本文综述不同种类智能传感器技术及应用的发展现状，并对

今后的发展趋势做出展望。

1丰富多样的智能传感器

为满足各种智能化的应用需求，传感器类别非常多样化，例

如：环境传感器、惯性传感器、模拟类传感器、磁性传感器、生

物传感器、红外传感器、振动传感器、压力传感器、超声波传感

器等。

其中，以下传感器比较常用。

环境传感器，主要有气体传感器、气压传感器、温度传感器、

湿度传感器等。气体传感器可以应用于空气净化器、酒驾监测器、

家装中甲醛等有毒气体的检测器以及工业废气的检测装置等。随

着人们对环境问题的重视，环境传感器的重要性越来越凸显，未

来有很大的发展空间。

惯性传感器，主要应用在可穿戴产品上，比如智能手环、智

能手表、VR头盔等。通过惯性传感器来检测运动的跟踪、识别，

告知佩戴者当天的运动量、消耗的卡路里及运动的效果。

磁性传感器，主要用在家用电器上，比如咖啡机、热水器、

空调等，用来检测角度转了多少或者行程多少，通常显示在仪表

盘上。此外，门磁和窗磁等方面采用的也是磁性传感器，机器人

的智能化和精准度也需要磁性传感器做支撑。

模拟类传感器，主要应用在智慧医疗设备上，可以作为心跳、

心电图等信号的输入，并将健康数据进行可视化的输出，让用户

了解自身第一手健康、运动数据。

红外传感器常应用于红外摄像头、扫地机器人等智能家居方

面。

2智能传感器的技术研究进展

一个真正意义的智能传感器应具有如下功能：

1）自校准、自标定和自动补偿功能；

2）自动采集数据、逻辑判断和数据处理功能；

3）自调整、自适应功能；

4）一定程度的存储、识别和信息处理功能；

5）双向通信、标准数字化输出或者符号输出功能；

6）算法判断、决策处理的功能。

下面以常用的温度、压力、惯性、生化和RFID传感器为例，

介绍智能传感技术的研究进展。

2.1智能温度传感