人口按60亿计算，大概
需要300年才可能出现
重复的指纹。因此，想
找到两个完全相同的指
纹几乎是不可能的。
指纹图像的获取 取像设备主要有以下4种类型： ▲光学取像设备（例如微型三棱镜矩阵） ▲压电式指纹传感器 ▲半导体指纹传感器 ▲超声波指纹扫描仪。
指纹的基本纹路图案：基本纹路图案有环形、弓 形和螺旋形，如图15所示。其他指纹图案都是基于这 三种基本图案衍生而成的。
（1）温差感应式指纹传感器
它是基于温度感应的原理而制成的，每个像素都相
当于一个微型化的电荷传感器，用来感应手指与芯片 映像区域之间某点的温度差，产生一个代表图像信息 的电信号。 典型产品：美国Atmel公司的FCD4B14 。
可在0.1s内获取指纹图像（时间一长，手指和芯片
就处于相同的温度了） 。
世界上第一个智能传感器是美 国霍尼韦尔（Honeywell）公司在
1983年开发的ST3000系列智能压
力传感器。它具有的多参数传感
(差压、静压和温度)与智能化的信
号调理功能 。
2、智能传感器的四大功能
具有自校准和自诊断功能。
具有数据存储、逻辑判断和信息处理
功能
具有组态功能，使用灵活
具有双向通信功能，能直接与微处理
出两个指纹完全相同的人，
●即使相貌酷似的孪生兄弟姐妹，或同一个人 的十指之间，指纹也存在明显差异。 ●指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依 据。
每人的十指指纹都不相同，每个指纹一般都
有70-150个基本特征点，在两枚指纹中只要有
12-13个特征点吻合，即可认定为同一指纹。而
以此找出两枚完全一样的指纹需要120年，人类
FCD4B14的外形、引脚和安装图分别如图 17、图18、 图19所示。
（a）DIP－20陶瓷封装；（b）COB封装 图17 FCD4B14的外形图
（a）表面倾斜式；（b）将传感器装在靠边缘处 图18 FCD4B14的安装图
FCD4B14型指纹传感器的内部电路框图如图18所示。
图19 FCD4B14的内部电路框图
无法在ATM机上取钱；电脑中的重要资
些情况：钥匙丢了，进不了门；密码忘了，
料被他人非法复制了；手机被他人盗
用……， 以上这一切都与身份识别有关。
这些都给我们造成了很大的麻烦甚至损失，
生物识别的技术核心 在于如何获取这些生物特征，并将其 转换为数字信息，存储于计算机中，利用 可靠的匹配算法来完成验证与识别个人身
在2003年～20020年期间，智能传感器的国际市场销售量将
以每年20％的高速度增长。
智能传感器可广泛用于工业、农业、商业、交通、环境
监测、医疗卫生、军事科研、航空航天、现代办公设备和 家用电器等领域。
现代信息技术的三大支柱：
1. 传感器技术（信息采集）——“感官” 2. 通信技术（信息传输） ——“神经” 3. 计算机技术（信息处理）——“大脑”
智能传感器的定义及功能 1、智能传感器的定义 目前，关于智能传感器的中、英文称谓尚未完全 统 一 。 英 国 人 将 智 能 传 感 器 称 为 “ Intelligent Sensor” ； 美 国 人 则 习 惯 于 把 智 能 传 感 器 称 作 “Smart Sensor”，直译就是“灵巧的、聪明的传感 器”。 所谓智能传感器，就是带微处理器、兼有信息 检测和信息处理功能的传感器。
（a）环型；（b）弓型；（c）螺旋型 图15 3种基本纹路图案
指纹识别过程： 指纹采样 → 指纹图像预处理 → 二值化处理 → 细化， 纹路提取 → 细节特征提取 → 指纹匹配（即指纹库的查 对）。如图16所示。
图16 指纹识别过程
自动指纹识别系统框图
离线部分 特征提取 登记
指纹数 据库
特征提取 传感器 在线部分 匹配 结果
指纹识别系统的电容传感器发出电子 信号，电子信号将穿过手指的表面和死性 皮肤层，直达手指皮肤的活体层(真皮层)， 直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传
器（μP）或单片机（ μC ）通信。
3 智能传感器与传感系统的特点 智能传感器采用自调零、自补偿、自校准 等多项新技术，能达到高精度指标。 美国BB（BURR－BROWN）公司：XTR 系列精密电流变送器，转换精度 ±0.05％， 非线性误差±0.003％。
配套样一
智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的 功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。 从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。 需要指出，这里讲的“带微处理器”包含两种情 况： （1）将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成 所谓的“单片智能传感器” （2）传感器能够配微处理器。 显然，后者的定义范围更宽，但二者均属于智能 传感器的范畴。
智能传感器与传感系统 的发展及应用
中国矿业大学
信息与电气工程学院
工业自动化07-10
陈寇忠
智能传感器与传感器系统 的发展及应用
• • • • 1 智能传感器的定义、功能与特点 2 生物识别技术 3 传感器的发展前景 4 结语
目前，传感器正从传统的分立式，朝着单片集成化、智 能化、网络化、系统化的方向发展。 据光电行业开发协会（OIDA）作出的最新预测，
（2）电容感应式指纹传感器 由电容阵列构成 内部包含9万只微型化电容器 基本工作原理：当用户将手指放在正面时，皮肤 就组成了电容阵列的一个极板，电容阵列的背面 是绝缘极板。由于不同区域指纹的脊和谷之间的 距离也不相等，使每个单元的电容量随之而变， 由此可获得指纹图像。
指纹识别目前最常 用的是电容式传感器， 也被称为第二代指纹识 别系统。它的优点是体 积小、成本低，成像精 度高，而且耗电量很小， 因此非常适合在消费类 电子产品中使用。 右图为指纹经过处理后 的成像图：
份的过程。
生物传感器
生物识别技术是人体生物特征进行身份鉴别
的技术。要求这些特征具有“人各有异”、
“终身不变”和“随身携带”这三大特点。
生物识别系统的组成如图14所示。
图14 生物识别系统的组成
●指纹具有惟一性（随身携带、无法复制、人 人不同、指指相异）。 ●根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上12 个特征时的相同几率仅为1/1050。因此，至今找不