传感器接口电子技术的前景

张斌

摘 要：在当今社会工业化向信息化转变的过程中，传感器及其测量系统提供信息的作用日趋明显。在不确定条件下，将各类传感器的原始信息转化为测量系统、控制系统、分析系统、监视系统等系统的可用信息是传感器接口的主要功能。传感器接口电子技术决定了使用该传感器的各类系统的功能，在国防、经济、农业、工业、社会服务等领域都发挥着巨大作用，有着集成化、微型化、多维化、智能化、网络化的前景。

关键词：传感器 接口 网络化

中图分类号：TN973.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

进入21世纪以来，传感器接口电子技术正在朝着微型化、智能化、多功能化和网络化等方向发展，传感器接口电子技术的前景值得探究。

1 传感器的概念

传感器是一种能够探测被测量的信号，并按照一定的规律将其转化为特定的可用的输出信号的测量装置。一般地，由于电信号便于传输和处理，传感器的输出信号多为电信号，因此传感器在狭义上是指将测量信号转化为电信号的测量装置。习惯上将传感器按照被测量的性质进行分类，可分为力矩传感器、转速传感器、压力传感器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器、浓度传感器、湿度传感器、温度传感器等。

传感器技术相当于人的感觉器官，与相当于人的大脑的计算机技术、相当于人的神经的通信技术并称为现代信息技术的三大支柱。

2 传感器接口的概念

传感器接口主要是指传感器的信号调节和转换电路，即不包括内部敏感元件、传感元件等器件的外部电路。其功能是实现将传感器输出的电信号转换为有用的电信号，便于显示、处理、记录。

在传感器应用于计算机时，才能真正实现工业监测和自动控制系统的自动化和智能化的功能。因此传感器接口电子技术也是实现传感器和计算机之间连接的技术。介于传感器与计算机之间的部分，统称为输入接口。其作用是可以将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，便于计算机识别。传感器的接口电路（与微机相连）主要包括信号预处理电路、计算机接口、数据采集系统。其中，按照传感器接口电路对不同传感器信号的预处理方式不同，可将传感器接口分为线性化电路、滤波电路、对数压缩电路、电荷放大器、电桥电路、放大电路、阻抗变换电路、电流电压转换电路、电桥电路、有效值转换电路、频率电压转换电路等。

3 传感器接口电子技术的前景

传感器接口电子技术是传感器技术的重要组成部分，是未来传感器多样化发展的关键技术。近年来，作为一种与现代技术密切相关的尖端技术，传感器接口电子技术得到了较快的发展。传感器接口电子技术的发展呈现着集成化、微型化、多维化、智能化、网络化的巨大前景。

3.1 传感器接口电子技术向集成化发展

集成化是传感器接口技术重点的发展方向之一。集成化的主要原理是采用集成加工技术，将敏感器件、传感器件、材料线路、放大器及其他辅助元件都集成在一个基片上，如集成霍尔传感器、集成压力传感器、集成温度传感器等。这种传感器具有体积小、重量轻、稳定性及可靠性高、响应速度快的特点，而且，由于采用工业自动化生产，还可以使成本大大降低。传感器接口集成化技术可以简化电路设计、减少系统的部件，大大节省安装调试的时间，在降低成本的同时增强了传感器的可靠性，可广泛应用于航空航天、医学、生物、家电、汽车等各技术领域。

3.2 传感器接口电子技术向微型化发展

在很多常规手段不易检测的场合，要求传感器尽可能小的尺寸，即传感器的微型化要求。如弹载传感器、人体脑室内、腰椎管内及体动脉管内的压力传感器。另一方面，微型化的传感器还可以减少对被测量的影响，既可减少体积，又能提高抗干扰能力。近年来薄膜工艺发展较为迅速，在真空积淀、高频溅射的基础上发展了磁控溅射，对以薄膜应变片为材料的应变式传感器的发展起到了巨大的推动作用。

3.3 传感器接口电子技术向多维化发展

目前一般的传感器只能获取一个点的信息，而传感器接口多维化电子技术可以利用电子扫描的方法，将多个传感器单元连接在一起，以达到对三维空间复杂物体的状态的识别。在科学技术告诉发展的今天，传感器接口多维化电子技术正在向包含着时间系列的四维空间发展，在医疗等领域有着广泛的应用前景。

3.4 传感器接口电子技术向智能化发展

传感器接口智能化电子技术客服了以往传感器被动的单纯信号检测难题，具有检测、判断、鉴定、信息处理和通信功能。近年来，传感器几口智能化技术开始同人工智能相结合，创造出了基于专家系统、人工神经网路、模糊推理等人工智能技术的高度之智能传感器。未来传感器接口电子技术的智能化前景为：

（1）能够进行自动补偿，以提高精度；（2）具有自檢、自诊断和自校准功能，通过对环境的判断和自诊断，进行零位和增益等参数的调整。当智能传感器因内部发生故障不能正常工作时，传感器接口智能化技术能够借助其内部的检测系统查找出异常部件；（3）具有复合敏感功能，能够完成多传感器多参数混合测量；（4）具有判断、决策能力；（5）具有数据存储、记忆与信息处理功能，能够自动采集与存储大量数据，并对数据进行预处理；（6）具有双向通信功能和标准化数字输出功能。

随着硅微细加工技术的不断发展，传感器接口智能化技术将会日趋成熟，智能传感器的功能将会更加丰富；信息处理技术、人工智能、人工网络等先进技术的应用，会大大提高传感器的智能化水平，生产出诸如模糊智能传感器、仿生传感器、人工神经网络传感器等模仿生物和思维的传感器[5]。

3.5 传感器接口电子技术向网络化发展

传感器接口网络化技术是目前最为前沿的传感器技术。它将通信技术、计算机技术融合入传感器技术中，在智能传感器的技术上实现了信息化和网络化。网络化的传感器具有自我诊断以及网络通信的功能，可以方便的实现信息的采集、传输与处理。

通过应用网络接口技术，传感器接口能够方便的接入网络，便于系统的扩充与维护。传感器接口网络化技术使传感器由孤立的元件向系统化和网络化发展，由单点检测向多点检测发展、由单一功能向多功能发展。

在生态环境检测、军事侦察、交通管理等场所的需求下，随着无线通信技术、嵌入式技术的日益成熟，具有感知能力和计算能力，并能进行无线通讯的无线传感器网络成为传感器接口网络化技术的热点。无线传感器网络能够感知和采集监测对象的信息，并通过自组织无线通讯网络，利用多跳中继的方式将感知到的信息传到终端。该发展方向为人们提供了一种获取和处理信息的新途径。

4 小结：

传感器接口电子技术的发展前景是向着集成化、微型化、多维化、智能化、网络化传感系统的大拓展。并且，随着接口软件规模的不断扩大，传感器系统还将实现更多的功能和更高的智能。

参考文献

[1] 郭爱芳，王恒迪.传感器原理及应用[M].1.西安：西安电子科技大学出版社， 2007 ：6-9.

[2] 张文娜，叶湘滨.传感器接口电路的抗干扰技术及其应用[J].计算机自动测量与控制， 2001（3）：60-62.

[3] 翟羽佳.传感器接口标准化的设计与实现[D].合肥：中国科学技术大学， 2011.

[4] 李希文，赵建，李智奇等.传感器与信号调理技术[M].1.西安：西安电子科技大学出版社， 2008 ：3-7.

[5] 吕俊芳，钱政，袁梅等.传感器接口与检测仪器电路[M].1.北京：国防工业出版社， 2009 ：3-7.