張斌

摘 要：在當(dāng)今社會工業(yè)化向信息化轉(zhuǎn)變的過程中，傳感器及其測量系統(tǒng)提供信息的作用日趨明顯。在不確定條件下，將各類傳感器的原始信息轉(zhuǎn)化為測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等系統(tǒng)的可用信息是傳感器接口的主要功能。傳感器接口電子技術(shù)決定了使用該傳感器的各類系統(tǒng)的功能，在國防、經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、社會服務(wù)等領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大作用，有著集成化、微型化、多維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的前景。

關(guān)鍵詞：傳感器 接口 網(wǎng)絡(luò)化

中圖分類號：TN973.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

進入21世紀(jì)以來，傳感器接口電子技術(shù)正在朝著微型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展，傳感器接口電子技術(shù)的前景值得探究。

1 傳感器的概念

傳感器是一種能夠探測被測量的信號，并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為特定的可用的輸出信號的測量裝置。一般地，由于電信號便于傳輸和處理，傳感器的輸出信號多為電信號，因此傳感器在狹義上是指將測量信號轉(zhuǎn)化為電信號的測量裝置。習(xí)慣上將傳感器按照被測量的性質(zhì)進行分類，可分為力矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、濃度傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等。

傳感器技術(shù)相當(dāng)于人的感覺器官，與相當(dāng)于人的大腦的計算機技術(shù)、相當(dāng)于人的神經(jīng)的通信技術(shù)并稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。

2 傳感器接口的概念

傳感器接口主要是指傳感器的信號調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路，即不包括內(nèi)部敏感元件、傳感元件等器件的外部電路。其功能是實現(xiàn)將傳感器輸出的電信號轉(zhuǎn)換為有用的電信號，便于顯示、處理、記錄。

在傳感器應(yīng)用于計算機時，才能真正實現(xiàn)工業(yè)監(jiān)測和自動控制系統(tǒng)的自動化和智能化的功能。因此傳感器接口電子技術(shù)也是實現(xiàn)傳感器和計算機之間連接的技術(shù)。介于傳感器與計算機之間的部分，統(tǒng)稱為輸入接口。其作用是可以將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于計算機識別。傳感器的接口電路（與微機相連）主要包括信號預(yù)處理電路、計算機接口、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中，按照傳感器接口電路對不同傳感器信號的預(yù)處理方式不同，可將傳感器接口分為線性化電路、濾波電路、對數(shù)壓縮電路、電荷放大器、電橋電路、放大電路、阻抗變換電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、電橋電路、有效值轉(zhuǎn)換電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路等。

3 傳感器接口電子技術(shù)的前景

傳感器接口電子技術(shù)是傳感器技術(shù)的重要組成部分，是未來傳感器多樣化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，作為一種與現(xiàn)代技術(shù)密切相關(guān)的尖端技術(shù)，傳感器接口電子技術(shù)得到了較快的發(fā)展。傳感器接口電子技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)著集成化、微型化、多維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的巨大前景。

3.1 傳感器接口電子技術(shù)向集成化發(fā)展

集成化是傳感器接口技術(shù)重點的發(fā)展方向之一。集成化的主要原理是采用集成加工技術(shù)，將敏感器件、傳感器件、材料線路、放大器及其他輔助元件都集成在一個基片上，如集成霍爾傳感器、集成壓力傳感器、集成溫度傳感器等。這種傳感器具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性及可靠性高、響應(yīng)速度快的特點，而且，由于采用工業(yè)自動化生產(chǎn)，還可以使成本大大降低。傳感器接口集成化技術(shù)可以簡化電路設(shè)計、減少系統(tǒng)的部件，大大節(jié)省安裝調(diào)試的時間，在降低成本的同時增強了傳感器的可靠性，可廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)、生物、家電、汽車等各技術(shù)領(lǐng)域。

3.2 傳感器接口電子技術(shù)向微型化發(fā)展

在很多常規(guī)手段不易檢測的場合，要求傳感器盡可能小的尺寸，即傳感器的微型化要求。如彈載傳感器、人體腦室內(nèi)、腰椎管內(nèi)及體動脈管內(nèi)的壓力傳感器。另一方面，微型化的傳感器還可以減少對被測量的影響，既可減少體積，又能提高抗干擾能力。近年來薄膜工藝發(fā)展較為迅速，在真空積淀、高頻濺射的基礎(chǔ)上發(fā)展了磁控濺射，對以薄膜應(yīng)變片為材料的應(yīng)變式傳感器的發(fā)展起到了巨大的推動作用。

3.3 傳感器接口電子技術(shù)向多維化發(fā)展

目前一般的傳感器只能獲取一個點的信息，而傳感器接口多維化電子技術(shù)可以利用電子掃描的方法，將多個傳感器單元連接在一起，以達(dá)到對三維空間復(fù)雜物體的狀態(tài)的識別。在科學(xué)技術(shù)告訴發(fā)展的今天，傳感器接口多維化電子技術(shù)正在向包含著時間系列的四維空間發(fā)展，在醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

3.4 傳感器接口電子技術(shù)向智能化發(fā)展

傳感器接口智能化電子技術(shù)客服了以往傳感器被動的單純信號檢測難題，具有檢測、判斷、鑒定、信息處理和通信功能。近年來，傳感器幾口智能化技術(shù)開始同人工智能相結(jié)合，創(chuàng)造出了基于專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)路、模糊推理等人工智能技術(shù)的高度之智能傳感器。未來傳感器接口電子技術(shù)的智能化前景為：

（1）能夠進行自動補償，以提高精度；（2）具有自檢、自診斷和自校準(zhǔn)功能，通過對環(huán)境的判斷和自診斷，進行零位和增益等參數(shù)的調(diào)整。當(dāng)智能傳感器因內(nèi)部發(fā)生故障不能正常工作時，傳感器接口智能化技術(shù)能夠借助其內(nèi)部的檢測系統(tǒng)查找出異常部件；（3）具有復(fù)合敏感功能，能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量；（4）具有判斷、決策能力；（5）具有數(shù)據(jù)存儲、記憶與信息處理功能，能夠自動采集與存儲大量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；（6）具有雙向通信功能和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出功能。

隨著硅微細(xì)加工技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器接口智能化技術(shù)將會日趨成熟，智能傳感器的功能將會更加豐富；信息處理技術(shù)、人工智能、人工網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)的應(yīng)用，會大大提高傳感器的智能化水平，生產(chǎn)出諸如模糊智能傳感器、仿生傳感器、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳感器等模仿生物和思維的傳感器[5]。

3.5 傳感器接口電子技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

傳感器接口網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)是目前最為前沿的傳感器技術(shù)。它將通信技術(shù)、計算機技術(shù)融合入傳感器技術(shù)中，在智能傳感器的技術(shù)上實現(xiàn)了信息化和網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化的傳感器具有自我診斷以及網(wǎng)絡(luò)通信的功能，可以方便的實現(xiàn)信息的采集、傳輸與處理。

通過應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)，傳感器接口能夠方便的接入網(wǎng)絡(luò)，便于系統(tǒng)的擴充與維護。傳感器接口網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)使傳感器由孤立的元件向系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，由單點檢測向多點檢測發(fā)展、由單一功能向多功能發(fā)展。

在生態(tài)環(huán)境檢測、軍事偵察、交通管理等場所的需求下，隨著無線通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)的日益成熟，具有感知能力和計算能力，并能進行無線通訊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為傳感器接口網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的熱點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠感知和采集監(jiān)測對象的信息，并通過自組織無線通訊網(wǎng)絡(luò)，利用多跳中繼的方式將感知到的信息傳到終端。該發(fā)展方向為人們提供了一種獲取和處理信息的新途徑。

4 小結(jié)：

傳感器接口電子技術(shù)的發(fā)展前景是向著集成化、微型化、多維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化傳感系統(tǒng)的大拓展。并且，隨著接口軟件規(guī)模的不斷擴大，傳感器系統(tǒng)還將實現(xiàn)更多的功能和更高的智能。

參考文獻

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