智能氣體傳感器目前尚無確切定義，通常是指具有智能功能的氣體傳感器。目前，智能氣體傳感器主要功能體現(xiàn)在：自校準、補償環(huán)境變化對監(jiān)測結(jié)果的影響、通信功能和對多個物理化學(xué)變量的同時監(jiān)測。

智能氣體傳感器是應(yīng)用 MEMS技術(shù)、厚膜氣敏元件制造技術(shù)、厚膜混合集成電路技術(shù)、計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別技術(shù)和單片機應(yīng)用等高新技術(shù)而完成的多功能氣體傳感器。與傳統(tǒng)氣體傳感器相比，通過集成控制器 /處理器，使傳感器具備邏輯功能、雙向通信功能或者決策功能。

智能氣體傳感器按實現(xiàn)途徑劃分，最主要的類型是在檢測系統(tǒng)中安裝多個氣體傳感器，再配置相應(yīng)處理電路來實現(xiàn)智能化；按傳感系統(tǒng)與外界信息交互作用方式，可分為無線傳感網(wǎng)絡(luò)式和有線傳感網(wǎng)絡(luò)式。

國內(nèi)在智能氣體傳感器研究方面起步較晚，技術(shù)滯后。中國科學(xué)院合肥智能機械研究所應(yīng)用厚膜氣敏元件制造技術(shù)、厚膜混合集成電路技術(shù)、計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別技術(shù)和單片機應(yīng)用等高新技術(shù)對智能氣體傳感器進行了研究。漢威電子在 NDIR紅外氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器方面有研究，并推出了智能紅外甲烷氣體傳感器，用于可靠性、精度要求較高的石油、化工、冶金、電力等高端行業(yè)客戶，也在煤礦瓦斯監(jiān)測、暖通空調(diào) CO2監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)控分析等氣體檢測場所推廣應(yīng)用。

國外，紐約州立大學(xué) Darold Wobschall研究了基于 IEEE1451協(xié)議族的多傳感單元智能氣體傳感器。巴特納大學(xué)的 Hakim Baha等人報道了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能氣體傳感技術(shù)。圖 1是全球氣體傳感器產(chǎn)品種類比例示意圖。

智能氣體傳感器的實現(xiàn)方式

將氣體傳感器陣列與計算機技術(shù)相結(jié)合，組成智能氣體探測系統(tǒng)，系統(tǒng)由氣敏陣列、信號處理系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)組成。采用多個具有不同敏感特性的氣敏元件組成陣列，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別技術(shù)對混合氣體進行氣體識別和濃度監(jiān)測。系統(tǒng)能夠做到迅速準確識別氣體性質(zhì)，判斷氣體種類、感知氣體信息，并傳輸信息至處理系統(tǒng)，判別危害程度，形成處置方案，傳輸至執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行。同時，將常見有毒、有害、易燃氣體的種類、性質(zhì)、毒性輸入計算機，并根據(jù)氣體的性質(zhì)編制事故處置預(yù)案輸入計算機。當(dāng)泄漏事故發(fā)生后，智能氣體探測系統(tǒng)將按下面程序工作：進入現(xiàn)場→吸附氣體樣品→氣敏元件產(chǎn)生信號→計算機識別信號→計算機輸出氣體種類、性質(zhì)、毒性及處置方案。

智能氣體傳感器要實現(xiàn)無線化，主要途徑有：

●傳感器通過 ZIGBEE將傳感器連接形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并集成到計算機。再通過計算機和 GPRS無線將信號發(fā)送到集中控制中心，進而通過互聯(lián)網(wǎng)形成大的傳感器網(wǎng)絡(luò)。

●在傳感器上集成 RFID無線芯片，再通過 RFID無線芯片將信號直接傳輸?shù)絿医ㄔO(shè)的專用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收站，進而通過專用的互聯(lián)網(wǎng)進行集成和連接，形成國家級的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

●將傳感器上集成具備 WI-FI功能的無線芯片，并通過各城市建設(shè)的 WI-FI網(wǎng)絡(luò)直接連通互聯(lián)網(wǎng)。

●將傳感器集成 GPRS無線芯片，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳計算機，進而上傳互聯(lián)網(wǎng)形成傳感器網(wǎng)絡(luò)。

●通過智能家庭的無線平臺形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

智能氣體傳感器共性關(guān)鍵技術(shù)

● 材料技術(shù)

對半導(dǎo)體、催化燃燒式氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料 ZnO，SnO2，F(xiàn)e2O3等己趨于成熟化，特別是在 CH4、C2H5OH、CO等氣體檢測方面。現(xiàn)在這方面的工作主要有兩個方向：一是利用化學(xué)修飾改性方法，對現(xiàn)有氣體敏感膜材料進行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對成膜工藝進行改進和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性；二是研制開發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點，已成為研究的熱點。

在世界范圍內(nèi)，實用化的電化學(xué)氣體傳感器目前仍以液態(tài)電解質(zhì)做導(dǎo)電解質(zhì)為主流，半固態(tài)、固態(tài)電化學(xué)元件生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟。最主要的電化學(xué)氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)有英國城市技術(shù)公司和阿爾法公司、國內(nèi)的河南漢威電子股份有限公司。目前電化學(xué)氣體傳感器材料技術(shù)發(fā)展的重點主要在電解液從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展。

紅外氣體傳感器的關(guān)鍵材料是光源和濾光片，目前主要的原材料供應(yīng)商都集中在歐美地區(qū)，國內(nèi)只有中科院上海技術(shù)物理研究所、中科院半導(dǎo)體研究所等少數(shù)科研單位能夠生產(chǎn)符合要求的材料。

● 設(shè)計技術(shù)

智能氣體傳感器的設(shè)計目標(biāo)包括：能同時完成對多種氣體的自動監(jiān)測；監(jiān)測結(jié)果與外部的實時通訊；監(jiān)測結(jié)果自動用于決策處理過程；針對多變的應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計多樣化的智能氣體傳感器，滿足特殊應(yīng)用的需求等。

納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。智能氣體傳感器的設(shè)計技術(shù)將在充分利用微機械與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。

● 工藝、制備技術(shù)

在氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，針對紅外光學(xué)式、電化學(xué)式、催化燃燒式、半導(dǎo)體式等多種類型的氣體傳感器等，氣體傳感器的制造工藝很多。但針對氣體傳感器的特性、材料，采用微電子機械技術(shù)（MEMS）將是智能氣體傳感器發(fā)展的趨勢。微電子機械技術(shù)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。

微電子機械技術(shù)是以微電子技術(shù)和微加工技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新技術(shù)，分為體微機械技術(shù)、表面微機械技術(shù)和 X射線深層光刻電鑄成型（ LIGA）技術(shù)。體微機械技術(shù)加工對象以硅單晶為主，加工厚度幾十至數(shù)百微米，關(guān)鍵技術(shù)是腐蝕技術(shù)和鍵合技術(shù)，優(yōu)點是設(shè)備和工藝簡單，但可靠性差；表面微機械技術(shù)利用半導(dǎo)體工藝，如氧化、擴散、光刻、薄膜沉積、犧牲層和剝離等專門技術(shù)進行加工，厚度為幾微米，優(yōu)點是與IC工藝兼容性好，但縱向尺寸小，無法滿足高深寬比的要求，受高溫的影響較大； LIGA技術(shù)采用傳統(tǒng)的X射線曝光，厚光刻膠作掩膜，電鑄成型工藝，加工厚度達到數(shù)微米至數(shù)十微米，可實現(xiàn)重復(fù)精度很高的大批量生產(chǎn)。

將微電子機械技術(shù)用于未來智能氣體傳感器的制備工藝，主要涵蓋兩個層面的含義：（ 1）已有氣體傳感器移植到微電子機械技術(shù)領(lǐng)域；（ 2）基于微電子機械技術(shù)，開發(fā)具有新原理、新功能的智能氣體傳感元件和系統(tǒng)。

● 結(jié)構(gòu)、封裝技術(shù)

沿用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng)，優(yōu)先使用晶體材料（硅、石英、陶瓷等），采用先進的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)，如光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開發(fā)與使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器的性能更趨完善，使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長期穩(wěn)定性好、使用方便、價格低廉等優(yōu)點。

● 應(yīng)用技術(shù)

氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對樣品進行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進行更快速的測量。

氣體傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測、食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。不同的應(yīng)用領(lǐng)域，需要開發(fā)傳感特性滿足應(yīng)用要求的氣體傳感器。系統(tǒng)開展針對不同應(yīng)用領(lǐng)域氣體傳感器的傳感原理、靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性、干擾排除、進樣方式、量程、測量方式等方面的研究，具有重要現(xiàn)實意義。

● 標(biāo)淮化技術(shù)

與“互聯(lián)網(wǎng)”標(biāo)準化技術(shù)類似，應(yīng)用于“物聯(lián)網(wǎng)”的智能氣體傳感器也要實現(xiàn)標(biāo)準化，以滿足與外部對象雙向通信的需要。智能氣體傳感器的標(biāo)準化涵蓋硬件標(biāo)準化、軟件控制標(biāo)準化、通信數(shù)據(jù)標(biāo)準化等方面的內(nèi)容。基于各種現(xiàn)場總線技術(shù)的智能傳感器具有種類繁雜的智能傳感器接口。 IEEE陸續(xù)推出了 IEEE 1451協(xié)議族，提出了統(tǒng)一的傳感器接口和傳感器的自描述模型，解決了智能化傳感器的兼容性、互換性和互操作性等問題。