智能傳感器能夠更精確、更自動化地收集環境數據，并減少精確記錄信息中的錯誤噪聲。這些設備用于各種環境中的監控機制，包括智能電網、戰場偵察、勘探和科學應用。

　　智能傳感器也是物聯網中至關重要的組成部分。物聯網技術可以為幾乎任何事物提供唯一的標識符，并通過互聯網或類似的傳感器網絡傳輸來自或關于這些事物的數據。智能傳感器的一種實現方式是作為無線傳感器和執行器網絡的組件。這些網絡可以包含數千個節點，每個節點都連接到一個或多個其他傳感器和傳感器集線器以及各個執行器。

　　低功耗移動微處理器通常在物聯網環境中提供計算資源。智能傳感器至少由傳感器、微處理器和某種無線通信技術組成。計算資源是物理設計不可或缺的一部分。僅將數據發送至遠程處理的傳感器不被視為智能傳感器。

　　智能傳感器除了主傳感器外，還可能包含其他幾個組件。這些組件包括換能器、放大器、激勵控制器、模擬濾波器、模數轉換器和補償電路，這些電路內置了對不理想的測量值或輸出進行校正的功能。智能傳感器還包含軟件定義的元件，提供數據轉換、數字處理和與外部設備通信等功能。

　　智能傳感器如何工作?

　　智能傳感器將原始基礎傳感器連接到集成計算資源，以便處理傳感器的輸入。基礎傳感器是提供傳感功能的組件。它可能被設計用于感測熱量、光線或壓力。通常，基礎傳感器會根據應用算法產生模擬信號，該信號必須經過處理才能使用。此過程也稱為信號處理。

　　智能傳感器的集成技術在信號處理中發揮了重要作用。板載微處理器采用一種稱為濾波的技術來消除信號噪聲，并將傳感器信號轉換為可用的數字格式。

　　智能傳感器技術還包含集成通信功能，可連接到私有云計算環境或互聯網。這使得傳感器能夠與外部設備通信。

　　智能傳感器的用途是什么?

　　智能傳感器用途廣泛。它們通常用于工業環境，是工業 4.0 以及工業自動化、機器人技術和其他先進儀器儀表背后的驅動力。

　　工廠使用智能傳感器進行診斷。智能溫度傳感器可確保機器不會過熱，振動傳感器可監測存在振動松動風險的機器。智能傳感器還支持過程控制，例如監控制造過程并進行必要的調整，以達到質量和生產目標。智能傳感器可以自動執行這些曾經需要手動完成的任務。

　　智能傳感器在現代安防系統的發展中也發揮著關鍵作用。熱成像傳感器可以檢測入侵者的體溫。同樣，智能鎖、運動傳感器以及門窗傳感器等設備通常連接到一個公共網絡。這使得安全傳感器能夠協同工作，從而構建全面的安全狀態圖。它們常用于家庭和工業應用中，以檢測各種泄漏。

　　以下是智能傳感器的一些其他用途：

　　基礎設施。公用事業和能源公司使用智能傳感器來管理電網，識別潛在的基礎設施問題(例如水管和污水管道泄漏)，并收集能源和公用事業使用數據。

　　農業。智能傳感器分析氣候，跟蹤土壤濕度、環境溫度和濕度，以及追蹤牲畜。

　　物流。這些應用包括使用 RFID 設備跟蹤機動車輛并提高庫存管理效率。

　　公共部門。政府機構，尤其是管理智慧城市的政府機構，使用智能傳感器來監測交通流量、快速響應緊急情況以及監測空氣質量。

　　智能家居。擁有智能家居的消費者使用傳感器來追蹤和運行恒溫器、家電性能、室內外照明以及安防系統。

　　醫療保健。智能傳感器收集患者的健康數據，例如心率和血氧水平;監測醫院智能醫療系統的性能并提供環境數據。

　　智能傳感器有哪些不同類型?

　　目前使用的專用傳感器種類繁多。工業物聯網環境中常用的智能傳感器主要有五種：

　　液位傳感器。它們用于測量容器內空間的體積。車輛的燃油表可能連接到液位傳感器，用于監測油箱中的燃油液位。

　　溫度傳感器。它們用于監測組件的溫度，以便在溫度過高或過低時采取糾正措施。例如，溫度傳感器可以確保機器不會過熱。

　　壓力傳感器。它們用于監測管道中氣體或流體的壓力。壓力突然下降可能表示存在泄漏或流量控制系統問題。

　　紅外傳感器。這些傳感器用于熱成像攝像機和非接觸式紅外測溫儀的溫度監測。其他紅外傳感器是光學傳感器，其頻率經過調整，使其能夠探測紅外光譜中的光線。這些傳感器用于醫療設備(例如脈搏血氧儀)以及用于遠程控制操作的電子設備。

　　接近傳感器。這些傳感器用于檢測人或物體相對于傳感器的位置。在零售環境中，接近傳感器可以追蹤顧客在店內的活動軌跡。

　　運動傳感器。與接近傳感器類似，這些傳感器可以檢測運動;它們通常是樓宇和家庭安防系統的一部分。

　　流量傳感器。這些傳感器可以監測家庭供水系統是否漏水，并在檢測到漏水時發出警報。

　　其他智能傳感器可以監測電力消耗、工廠設備的振動、濕度、水分和光照。

　　智能傳感器的優缺點是什么?

　　智能傳感器具有一系列優勢，但也存在挑戰和缺點。

　　智能傳感器的優勢

　　智能傳感器的優勢在用于條件惡劣或偏遠地區數據采集時最為顯著。以下優勢取決于在最需要的地方部署合適的傳感器類型：

　　能源效率和可持續性。智能傳感器可以編程，使其對周圍環境條件(例如溫度、濕度、水分或聲學)的細微變化高度敏感或敏感。這些高度精確可靠的測量提供了一定程度的監測和數據采集，有助于提高能源效率和可持續性。

　　在惡劣環境中訪問數據。智能傳感器可以在人們難以到達或危險的偏遠地區采集數據。遠程操作的無線智能傳感器在具有挑戰性的環境中尤其有用。

　　實時、高性能。當需要實時數據時，智能傳感器可以一致、快速地采集數據。

　　內置分析和處理功能。與傳統傳感器不同，智能傳感器內置了對接收信號和數據進行分析和處理的功能，從而提高了效率，因為它們需要的外部分析工具或資源更少。

　　智能傳感器的缺點

　　智能傳感器開發商一直在不斷升級其產品以解決其缺點。這些缺點包括：

　　易受篡改和黑客攻擊。如果設備的網絡安全措施不足，惡意行為者(尤其是那些試圖訪問用于私人用途的收集數據的惡意行為者)就有可能得逞。

　　成本。許多設備價格昂貴，而且隨著時間的推移，所需的維護成本也可能高得令人望而卻步。

　　維護。由于數據延遲或其他問題，傳感器有時需要重新校準或升級。位于偏遠地區或具有挑戰性環境中的傳感器可能難以維護，維護成本也很高。

　　專業知識。智能傳感器系統通常需要具備一定的 IT 專業知識，而并非所有組織都具備這些專業知識。可能需要招聘新員工或進行培訓。

　　物聯網部署要求。無論是在智能家居還是工業環境中，在部署物聯網設備之前都必須考慮其他因素，例如所需的功耗、穩定的在線連接需求以及處理大量數據的能力。

　　智能傳感器與基礎傳感器有何不同?

　　智能傳感器包含嵌入式數字運動處理器 (DMP)，而基礎傳感器則沒有。DMP 是集成在傳感器中的微處理器。它使傳感器能夠對傳感器數據進行板載處理。這可能意味著對數據進行標準化、濾除電信號中的噪聲或執行其他類型的信號調理。無論如何，智能傳感器在與外部設備通信之前都會進行數據轉換和數字處理。

　　基礎傳感器是指未配備 DMP 或其他計算資源來處理數據的傳感器。智能傳感器可以生成可立即使用的輸出，而基礎傳感器的輸出是原始數據，通常必須轉換為可用格式。

　　智能傳感器通常比基礎傳感器更受歡迎，因為它們本身就具備處理能力。即便如此，在某些情況下，使用基礎傳感器可能更具優勢。如果工程師正在設計設備并需要完全控制傳感器輸入，那么基礎傳感器將是更佳選擇。基礎傳感器的成本也低于智能傳感器，因為它們包含的組件更少。

　　智能傳感器的標準、法規和框架

　　由于其日益增長的重要性和應用，已涌現出多項標準、法規、框架和組織，以支持物聯網應用中的智能傳感器技術：

　　IEEE 1451。IEEE 制定了這些智能傳感器標準。1451.0 描述了核心功能和連接要求。該系列的其他標準包括傳感器電子數據表和多種通信協議的詳細信息。

　　ISO/IEC 21813:2019。該國際標準化組織和國際電工委員會框架允許物聯網設備(包括智能傳感器)相互交換信息。

　　ISO/IEC 27400:2022。該標準提供了物聯網安全和隱私方面的指導。

　　IoXt 聯盟認證。這是一個支持制定物聯網設備安全管理指南的行業組織。

　　英國《2024 年產品安全和電信基礎設施法案》。該法案規定了物聯網設備的安全要求。

　　《通用數據保護條例》。這項歐盟法規對收集個人數據的智能傳感器提出了要求。

　　美國食品藥品監督管理局 (FDA)。該機構對健康相關的智能傳感器設備(例如植入物和診斷設備)有相關要求。

　　美國國家標準與技術研究院 (NIST)。NIST 的 SP 800-213 (2021) 標準為美國物聯網設備的網絡安全制定了指導和要求。

　　智能傳感器的未來

　　預計智能傳感器應用增長的關鍵驅動力將是智慧城市、下一代基礎設施管理和工業生產管理。其他預計將大量應用的領域包括醫療保健，尤其是可穿戴設備;基于邊緣的人工智能技術集成;以及無人駕駛汽車，這些都將依賴于智能傳感器提供的信息。預計人工智能也將成為許多市場智能傳感器發展的主要驅動力。