智能傳感器及其用途

根據 GOST R 8.673-2009 GSI“智能傳感器和智能測量系統。基本術語和定義”，智能傳感器是自適應傳感器，其工作算法和參數隨外界信號變化而變化，同時具有計量自控功能。

智能傳感器的一個顯著特點是能夠在一次故障後進行自我修復和自我學習。在英文文獻中，這種類型的傳感器被稱為“智能傳感器”。這個詞停留在 20 世紀 80 年代中期。

今天，智能傳感器是一種帶有嵌入式電子器件的傳感器，包括：ADC、微處理器、數字信號處理器、片上系統等，以及支持網絡通信協議的數字接口。通過這種方式，由於網絡中的自我識別功能與其他設備一起，智能傳感器可以包含在無線或有線傳感器網絡中。

智能傳感器的網絡接口不僅允許您將其連接到網絡，還可以對其進行配置、配置、選擇工作模式和診斷傳感器。遠程執行這些操作的能力是智能傳感器的優勢，它們更易於操作和維護。

該圖顯示了一個方框圖，其中顯示了智能傳感器的基本塊，這是傳感器被考慮的最低限度。輸入的模擬信號（一個或多個）被放大，然後轉換為數字信號以供進一步處理。

ROM 包含校準數據，微處理器將接收到的數據與校準數據相關聯，對其進行校正並將其轉換為必要的測量單位——因此與各種因素（零漂移、溫度影響等）影響相關的誤差是補償並與主換能器同時評估條件，這可能會影響結果的可靠性。

作為處理結果獲得的信息使用用戶的協議通過數字通信接口傳輸。用戶可以設置傳感器的測量限值和其他參數，以及獲取有關傳感器當前狀態和測量結果的信息。

現代集成電路（片上系統）除了微處理器外，還包括存儲器和外圍設備，例如精密數模和模數轉換器、定時器、以太網、USB 和串行控制器。這種集成電路的示例包括來自 Analog Devices 的 ADuC8xx、來自 Atmel 的 AT91RM9200、來自 Texas Instruments 的 MSC12xx。

智能傳感器的分佈式網絡可以實時監測和控制複雜工業設備的參數，其中技術過程始終動態改變其狀態。

智能傳感器沒有單一的網絡標準，這對無線和有線傳感器網絡的積極發展是一種障礙。然而，今天使用了許多接口：RS-485、4-20 mA、HART、IEEE-488、USB；工業網絡工作：ProfiBus、CANbus、Fieldbus、LIN、DeviceNet、Modbus、Interbus。

這種情況提出了傳感器製造商的選擇問題，因為為每個網絡協議生產具有相同修改的單獨傳感器在經濟上是不可行的。同時，IEEE 1451組標準“智能傳感器接口標準”的出現放寬了條件，統一了傳感器與網絡之間的接口。這些標準旨在加速適應——從單個傳感器到傳感器網絡，幾個子組定義了將傳感器連接到網絡的軟件和硬件方法。

因此，IEEE 1451.1 和 IEEE 1451.2 標準中描述了兩類設備。第一個標准定義了將智能傳感器連接到網絡的統一接口；這是NCAP模塊的規範，它是傳感器本身的STIM模塊與外部網絡之間的一種橋樑。

第二個標準規定了用於將 STIM 智能轉換器模塊連接到網絡適配器的數字接口。 TEDS 概念意味著傳感器的電子護照，因為它可以在網絡中進行自我識別。TEDS 包括：製造日期、型號代碼、序列號、校準數據、校準日期、測量單位。結果是傳感器和網絡的即插即用模擬，保證易於操作和更換。許多智能傳感器製造商已經支持這些標準。

傳感器在網絡中的集成提供的主要功能是通過軟件訪問測量信息的可能性，無論傳感器的類型和特定網絡的組織方式如何。它原來是一個網絡，充當傳感器和用戶（計算機）之間的橋樑，有助於解決技術問題。

因此，一個智能表計系統可以用三個層次來表示：傳感器層、網絡層、軟件層。第一層是傳感器本身的層級，是帶有通信協議的傳感器。第二層是傳感器網絡層，是傳感器對象與問題解決過程之間的橋樑。

第三層是軟件層，已經隱含了系統與用戶的交互。這裡的軟件可能完全不同，因為它不再直接綁定到傳感器的數字接口。與子系統相關的子級別在系統內也是可能的。

近年來，智能傳感器的發展有幾個方向。

1. 新的測量方法需要傳感器內部有強大的計算能力。這將使傳感器能夠位於測量環境之外，從而提高讀數的穩定性並減少操作損失。傳感器沒有移動部件，從而提高了可靠性並簡化了維護。測量對象的設計不影響傳感器的操作並且安裝變得更便宜。

2. 無可否認，無線傳感器很有前途。分佈在空間中的移動物體需要通過控制器與自動化裝置進行無線通信。無線電技術設備越來越便宜，質量越來越高，無線通信通常比電纜更經濟。每個傳感器都可以在自己的時隙 (TDMA)、自己的頻率 (FDMA) 或自己的編碼 (CDMA) 上傳輸信息，最後是藍牙。

3、微型傳感器可以嵌入工業設備中，自動化設備將成為執行工藝過程的設備的組成部分，而不是外加的。體積為幾立方毫米的傳感器將測量溫度、壓力、濕度等，處理數據並通過網絡傳輸信息。儀器的準確性和質量將會提高。

4、多傳感器傳感器優勢明顯。一個普通的轉換器會比較和處理來自多個傳感器的數據，也就是說，不是幾個單獨的傳感器，而是一個，而是多功能的。

5、最後，傳感器的智能化程度會提高。價值預測、強大的數據處理和分析、全面的自我診斷、故障預測、維護建議、邏輯控制和調節。

隨著時間的推移，智能傳感器將成為越來越多的多功能自動化工具，為此，甚至“傳感器”一詞本身也將變得不完整，而僅僅是有條件的。