集成化智能傳感器的結(jié)構(gòu)原理框圖如下圖所示。從結(jié)構(gòu)上看，集成化智能傳感器是一個(gè)典型的以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過一定的硬件電路處理后，以數(shù)字信號(hào)的形式傳送給微處理器。而微處理器則根據(jù)內(nèi)存中的軟件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過程的數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷和各種控制，以及信息傳輸?shù)裙δ?，從而?shí)現(xiàn)傳感器的智能化。
集成化智能傳感器的功能是通過比較人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作，總結(jié)長期以來傳感器測(cè)量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而提出的。概括而言，主要功能如下：
1）自補(bǔ)償和計(jì)算
智能傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開辟了新的道路。即使傳感器的加工不太精密，只要能保證其重復(fù)性好，通過傳感器的計(jì)算功能也能獲得較精確的測(cè)量結(jié)果。另外還可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。
例如含有10個(gè)敏感元件及帶有信號(hào)處理的pH值傳感器，可測(cè)量其平均值、方差和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差。如果某一敏感元件輸出的誤差大于±3倍標(biāo)準(zhǔn)差（±3σ），輸出數(shù)據(jù)就可以將它舍棄，但輸出這些數(shù)據(jù)的敏感元件仍然是有效的，只是因?yàn)槟承┰蚴顾鶚?biāo)定的值發(fā)生了漂移。智能傳感器的計(jì)算能夠重新標(biāo)定單個(gè)敏感元件，使之重新有效。
又例如最常見的多合一氣體傳感器，智能氣敏傳感器含有6個(gè)敏感元件，每個(gè)元件都有相應(yīng)的電路和微處理器。6個(gè)不同的半導(dǎo)體氧化物敏感元件是在鋁基片上用厚膜印刷技術(shù)制造出來的，其背面的鉑加熱器使敏感元件保持在400℃。由于每個(gè)敏感元件都是由不同的半導(dǎo)體組成，對(duì)各種氣體有不同的靈敏度，對(duì)每一種氣體或氣味組合使其能夠形成特殊的“圖樣”，不僅可以識(shí)別出每一種氣體，還可定量檢測(cè)混合氣體中的每一組分。這種“圖樣”識(shí)別法克服了單個(gè)敏感元件選擇性差的缺點(diǎn)。
2）自檢、自診斷和自校正
普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證其精確度。檢驗(yàn)和標(biāo)定時(shí)一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場(chǎng)拆卸下來拿到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，很不方便。而集成化智能傳感器的檢驗(yàn)校正可以在線進(jìn)行。一般所要調(diào)整的參數(shù)主要是零位和增益。將校正功能軟件存儲(chǔ)在智能傳感器的存儲(chǔ)器中，操作者只要輸入零位和一些已知參數(shù)，智能傳感器的微處理器就能自動(dòng)將隨時(shí)間變化了的零位和增益校正過來。
3）復(fù)合敏感功能
集成化智能傳感器能夠同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量，具有復(fù)合敏感功能，能夠給出全面反映物質(zhì)和變化規(guī)律的信息。如光強(qiáng)、波長、相位和偏振度等參數(shù)可反映光的運(yùn)動(dòng)特性；壓力、真空度，溫度梯度、熱量和熵，濃度、pH值等分別反映物質(zhì)的力、熱、化學(xué)特性。
4）接口功能
由于傳感器中使用了微處理器，其接口容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與標(biāo)準(zhǔn)化，可方便地與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口，這樣就可以由遠(yuǎn)程中心計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)工作。
5）顯示報(bào)警功能
集成化智能傳感器通過接口與數(shù)碼管或其他顯示器結(jié)合起來，可選點(diǎn)顯示或定時(shí)循環(huán)顯示各種測(cè)量值及相關(guān)參數(shù)。測(cè)量結(jié)果也可以由打印機(jī)輸出。此外，通過與預(yù)設(shè)上下限值的比較還可實(shí)現(xiàn)超限值的聲光報(bào)警功能。
6）數(shù)字通信功能
集成化智能傳感器可利用接口或智能現(xiàn)場(chǎng)通信器（SFC）來交換信息。SFC可掛在傳感器兩信號(hào)輸出線的任何位置，通過鍵盤的簡(jiǎn)單操作進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定或變更傳感器的參數(shù)，如測(cè)量范圍、線性輸出或平方根輸出等。
綜上所述，集成化智能傳感器功能模塊可分為兩部分：基本傳感器部分和信號(hào)處理單元部分?；緜鞲衅鞯墓δ苤饕怯脗鞲衅鳒y(cè)量被測(cè)參數(shù)，并將傳感器的識(shí)別特性和計(jì)量特性存在可編程的只讀存儲(chǔ)器（PROM）中，以便校準(zhǔn)計(jì)算。信號(hào)處理單元部分主要是由微處理器計(jì)算和處理被測(cè)量，并濾除傳感器感知的非被測(cè)量。這兩個(gè)部分通常是集成在一起，形成一個(gè)整體，封裝在一個(gè)殼體內(nèi)。兩個(gè)部分也可以遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)，特別是在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差的情況下，這有利于電子元件和微處理器的保護(hù)，也便于遠(yuǎn)程控制和操作。
