摘要：概述了模糊傳感器的研究意義及概念，簡要介紹了模糊傳感器的理論基礎(chǔ)及實(shí)現(xiàn)方法，并舉例說明了模糊傳感器的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：模糊傳感器；符號表示；多級映射
中圖分類號：tp212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a

一、引言
模糊傳感器是在20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的術(shù)語。隨著模糊理論技術(shù)的發(fā)展，模糊傳感器也得到了國內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注。模糊傳感器是在經(jīng)典傳感器數(shù)值測量的基礎(chǔ)上，經(jīng)過模糊推理與知識集成，以自然語言符號描述的形式輸出測量結(jié)果的智能傳感器。一般認(rèn)為，模糊傳感器是以數(shù)值量為基礎(chǔ)，能產(chǎn)生和處理與其相關(guān)測量的符號信息的傳感器件。

二、模糊傳感器的研究意義
傳統(tǒng)的傳感器是數(shù)值傳感器，它將被測量映射到實(shí)數(shù)集中，以數(shù)值符號來描述被測量狀態(tài)，即對被測對象給以定量的描述。這種方法既精確又嚴(yán)謹(jǐn)，還可以給出許多定量的算術(shù)表達(dá)式，但隨著測量領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大與深化，由于被測對象的多維性，被分析問題的復(fù)雜性或信息的直接獲取、存儲(chǔ)方面的困難等等原因，只進(jìn)行單純的數(shù)值測量且對測量結(jié)果以數(shù)值符號來描述，這樣做有很大缺陷，例如：

（1）某些信息難以用數(shù)值符號來描述。例如在產(chǎn)品質(zhì)量評定中，人們常用的是“優(yōu)”、“次優(yōu)”、“合格”、“不合格”，也可用數(shù)字1，2，3，4來描述，但數(shù)字在這里已失去通常的測量值的意義，它僅作為一個(gè)符號，不能來表征被測實(shí)體的具體特征。

（2）很多數(shù)值化的測量結(jié)果不易理解。如在測量人體血壓時(shí)，人們更關(guān)注的是：老年人的血壓是否正常，青年人的血壓是否偏高。而實(shí)測的數(shù)據(jù)往往不能被普通人讀懂，因而滿足不了人們的需求。

因此，有待用新的測量理論和方法來補(bǔ)充。模糊傳感器正是順應(yīng)人類的生活實(shí)踐、生產(chǎn)與科學(xué)實(shí)踐的需要而提出的。

三、模糊傳感器的理論基礎(chǔ)
1、符號化表示原理
模糊語言是人類表述語言的一種，因?yàn)槿藗儗ψ匀唤缡挛锏恼J(rèn)識存在著一定的模糊性，用模糊符號來表述信息具有較為簡單、方便，且易于進(jìn)行高層邏輯推理等優(yōu)點(diǎn)。模糊符號化表示就是利用模糊數(shù)學(xué)的理論和方法，借助于專門的技術(shù)工具，把測量得到的信息，用適合人們模糊概念的模糊語言符號加以描述的過程。符號是信息的載體，是對一個(gè)物體或事件狀態(tài)的描述，它定義了實(shí)體的特征屬性或?qū)嶓w間的關(guān)系。設(shè)q為數(shù)值域，s為語言域，在各自的論域上有若干個(gè)元素qi、si，且表示為：

q＝〈q1,q2,…〉 qi∈q （1）

s=〈s1,s2,…〉 si∈s (2）

同時(shí)，在論域q和s上分別定義一組關(guān)系族：
r=〈r1，r2， …，rn〉 ri q×q×…×q （3）
p=〈p1×p2×…×pn〉 pi s×s×…×s （4）
并且定義：d=〈q，r〉，l=〈s，p〉
其中，d—對象關(guān)系系統(tǒng)，描述數(shù)值域元素及其相互關(guān)系；
l—符號關(guān)系系統(tǒng)，描述符號域元素及其相互關(guān)系。

設(shè)有兩個(gè)映射m和f，m：q→s，使得si=m（qi），f:r→p，使得pi=f(ri)成立，且m q×s和（qi，si） m，則稱si是qi的一個(gè)符號。si的含義是qi從數(shù)值域下向語言域映射的投影，而對每一次測量qi，符號si成為qi的描述。系統(tǒng)原理如圖1所示。

　　如果f映射是一對一映射，而m映射是同態(tài)映射，那么一定存在逆映射：f-1(pi)＝ri，m-1（si）＝qi。m映射可以是“單對單”或“多對單”映射。那么，在后一種情況下，符號域中的一個(gè)符號經(jīng)m-1映射在數(shù)值域?qū)?yīng)出的不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)“子域”。因此，模糊符號化表示有一定的局限性，即在不同測量結(jié)構(gòu)下，同一測量子集的元素對應(yīng)不同的符號；或在同一測量結(jié)構(gòu)下，存在測量子集的一些元素同時(shí)對應(yīng)于不同的符號的情況。這一局限性可通過基于多值邏輯理論的多值符號化測量來彌補(bǔ)。其基本思想是：在實(shí)體測量集中，根據(jù)對實(shí)體的某一特征表現(xiàn)程度的不同，把測量子集q中的元素按特征隸屬度最大歸類于某一子集，忽略其他特征的表現(xiàn)，因此只要在測量集上對實(shí)體集選取適當(dāng)多個(gè)特征表示，使之與測量集中的元素相對應(yīng)，就可把q分成有限個(gè)意義相關(guān)又表現(xiàn)不同的子集{qi}，對每一個(gè)qi進(jìn)行符號映射，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)體集多值符號化測量。

2、多級映射原理
雖然符號具有高級邏輯表達(dá)、易理解、人類經(jīng)驗(yàn)與知識易集成、較寬的冗余度等特點(diǎn)，但與數(shù)值測量無限可分相比，符號化測量描述細(xì)節(jié)的程度和范圍不夠，尤其在利用符號對數(shù)值轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)定量測量時(shí)更為突出。而多級映射原理在實(shí)現(xiàn)數(shù)值對符號和符號對數(shù)值轉(zhuǎn)換的同時(shí)，可以擴(kuò)大符號表示的細(xì)致程度和范圍。

多級映射的基本功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)值→符號的變換和符號→數(shù)值變換。其原理如圖2所示，它的信息傳輸分為兩種情況：

首先是數(shù)值對符號的轉(zhuǎn)換，并且是由數(shù)值域q中的元素qi經(jīng)過映射m的第一級m1映射到符號域s的子集si，如果子集si描述細(xì)致程度不夠，則可以進(jìn)行第二級映射m2，映射m2將qi映射到次子集sij，經(jīng)過若干級映射可以得到描述qi信息的符號sy；

其次，則是符號對數(shù)值的轉(zhuǎn)換，由經(jīng)過多級映射得到的符號sy通過映射m-1得到數(shù)字