1 微型化（Micro）

   為了能夠與信息時代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強的技術發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標（包括精確性、可靠性、靈敏性等）的要求越來越嚴格；與此同時，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標準的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構成，具有體積小、重量輕、反應快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點。

   1.1 由計算機輔助設計（CAD）技術和微機電系統(tǒng)（MEMS）技術引發(fā)的傳感器微型化
   目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結構化生產設計向基于計算機輔助設計（CAD）的模擬式工程化設計轉變，從而使設計者們能夠在較短的時間內設計出低成本、高性能的新型系統(tǒng)，這種設計手段的巨大轉變在很大程度上推動著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。

   對于微機電系統(tǒng)（MEMS）的研究工作始于20世紀60年代，其研究范疇涉及材料科學、機械控制、加工與封裝工藝、電子技術以及傳感器和執(zhí)行器等多種學科，是一個極具前景的新興研究領域。MEMS的核心技術是研究微電子與微機械加工與封裝技術的巧妙結合，期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強大的新型系統(tǒng)。經過幾十年的發(fā)展，尤其最近十多年的研究與發(fā)展，MEMS技術已經顯示出了巨大的生命力，此項技術的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個新的高度。在當前技術水平下，微切削加工技術已經可以生產出來具有不同層次的3D微型結構，從而可以生產出體積非常微小的微型傳感器敏感元件，象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測器這樣的以硅為主要構成材料的傳感/探測器都裝有極好的敏感元件[1]。目前，這一類元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應用于不同的研究領域中。

   1.2 微型傳感器應用現(xiàn)狀

   就當前技術發(fā)展現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經對大量不同應用領域，如航空、遠距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動化等領域的信號探測系統(tǒng)產生了深遠影響；目前開發(fā)并進入實用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學量和生物量，如位移、速度/加速度、壓力、應力、應變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等。

   2 智能化（Smart）

   智能化傳感器（Smart Sensor）是20世紀80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測器應用領域，如分布式實時探測、網絡探測和多信號探測方面一直頗受歡迎，產生的影響較大。

   2.1 智能化傳感器的特點

   智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲，而且還能夠進行邏輯思考和結論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當于是微型機與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機的硬件設備。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來探測壓力參數(shù)，輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。采用這種技術時可以方便地調節(jié)和校正由于溫度的變化而導致的測量誤差，而環(huán)境壓力傳感器測量工作環(huán)境的壓力變化并對測定結果進行校正；而硬件系統(tǒng)除了能夠對傳感器的弱輸出信號進行放大、處理和存儲外，還執(zhí)行與計算機之間的通信聯(lián)絡。

   通常情況下，一個通用的檢測儀器只能用來探測一種物理量，其信號調節(jié)是由那些與主探測部件相連接著的模擬電路來完成的；但智能化傳感器卻能夠實現(xiàn)所有的功能，而且其精度更高、價格更便宜、處理質量也更好。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點：

   １．智能化傳感器不但能夠對信息進行處理、分析和調節(jié)，能夠對所測的數(shù)值及其誤差進行補償，而且還能夠進行邏輯思考和結論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。此外，還能夠利用軟件實現(xiàn)非線性補償或其它更復雜的環(huán)境補償，以改進測量精度。

   ２．智能化傳感器具有自診斷和自校準功能，可以用來檢測工作環(huán)境。當工作環(huán)境臨近其極限條件時，它將發(fā)出告警信號，并根據其分析器的輸入信號給出相關的診斷信息。當智能化傳感器由于某些內部故障而不能正常工作時，它能夠借助其內部檢測鏈路找出異常現(xiàn)象或出了故障的部件。

   ３．智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進一步拓寬了其探測與應用領域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對多種信號進行實時處理。此外，其靈活的配置功能既能夠使相同類型的傳感器實現(xiàn)最佳的工作性能，也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。

   ４．智能化傳感器既能夠很方便地實時處理所探測到的大量數(shù)據，也可以根據需要將它們存儲起來。存儲大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設備的歷史信息以及有關探測分析結果的索引等；

   ５．智能化傳感器備有一個數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計算機進行通信聯(lián)絡和交換信息。此外，智能化傳感器的信息管理程序也非常簡單方便，譬如，可以對探測系統(tǒng)進行遠距離控制或者在鎖定方式下工作，也可以將所測的數(shù)據發(fā)送給遠程用戶等。

   2.2 智能化傳感器的發(fā)展與應用現(xiàn)狀

   目前，智能化傳感器技術正處于蓬勃發(fā)展時期，具有代表意義的典型產品是美國霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器，以及另外一些含有微處理器（MCU）的單片集成壓力傳感器、具有多維檢測能力的智能傳感器和固體圖像傳感器（SSIS）等。與此同時，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經網絡技術在智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的重要作用也日益受到了相關研究人員的極大重視。

   指出的一點是：目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的，但其通信協(xié)議卻仍需借助于4～20 mA的標準模擬信號來實現(xiàn)。一些國際性標準化研究機構目前正在積極研究推出相關的通用現(xiàn)場總線數(shù)字信號傳輸標準；不過，在眼下過渡階段仍大多采用遠距離總線尋址傳感器（HART）協(xié)議，即Highway Addressable Remote Transducer。這是一種適用于智能化傳感器的通信協(xié)議，與目前使用4～20mA模擬信號的系統(tǒng)完全兼容，模擬信號和數(shù)字信號可以同時進行通信，從而使不同生產廠家的產品具有通用性。

   能化傳感器多用于壓力、力、振動沖擊加速度、流量、溫濕度的測量，如美國霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器就屬于這一類傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術研究領域亦有比較成功的應用實例。

   發(fā)展中，智能化傳感器無疑將會進一步擴展到化學、電磁、光學和核物理等研究領域。可以預見，新興的智能化傳感器將會在關系到全人類國民生的各個領域發(fā)揮越來越大作用。

   3 多功能傳感器（Multifunction）

   如前所述，通常情況下一個傳感器只能用來探測一種物理量，但在許多應用領域中，為了能夠完美而準確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時測量大量的物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y系統(tǒng)，它可以借助于敏感元件中不同的物理結構或化學物質及其各不相同的表征方式，用單獨一個傳感器系統(tǒng)來同時實現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術和微機技術的飛速發(fā)展，目前已經可以生產出來將若干種敏感元件綜裝在同一種材料或單獨一塊芯片上的一體化多功能傳感器。

   3.1 多功能傳感器的執(zhí)行規(guī)則和結構模式

   概括來講，多功能傳感器系統(tǒng)主要的執(zhí)行規(guī)則和結構模式包括：
   （1） 多功能傳感器系統(tǒng)由若干種各不相同的敏感元件組成，可以用來同時測量多種參數(shù)。譬如，可以將一個溫度探測器和一個濕度探測器配置在一起（即將熱敏元件和濕敏元件分別配置在同一個傳感器承載體上）制造成一種新的傳感器，這樣，這種新的傳感器就能夠同時測量溫度和濕度。

   （2） 將若干種不同的敏感元件精巧地制作在單獨的一塊硅片中，從而構成一種高度綜合化和小型化的多功能傳感器。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊硅片中的，它們無論何時都工作在同一種條件下，所以很容易對系統(tǒng)誤差進行補償和校正。

   （3）借助于同一個傳感器的不同效應可以獲得不同的信息。以線圈為例，它所表現(xiàn)出來的電容和電感是各不相同的。