在当今这个信息化的时代,传感器诸多的应用场景需要其更加快速地获得更精准、更全面的信息。因此,智能传感器成为传感器技术发展的必然产物,并已取代传统传感器成为市场主流。
随着微处理器技术的迅猛发展及测控系统自动化、智能化的发展,要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好,而且具备一定的数据处理能力,并能够自检、自校、自补偿,目前,传统的传感器已不能满足这样的要求。高性能的传感器,需要利用计算机技术与传感器技术相结合来弥补其性能的不足。计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革,微处理器和传感器相结合,产生了功能强大的智能式传感器。
智能传感器
智能传感器的定义与特征
硅微电子技术的成熟使得在单个芯片中实现复杂结构的微电子机械系统成为现实,也给传感器的微型化提供了基础。同时采用IC技术将信号处理和控制电路集成到单个芯片中,大大提高了传感器的性能并扩展了传感器的功能,即实现所谓的智能化。
智能传感器,就是一种带有微处理器的兼有检测、判断与信息处理功能的传感器。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。
一般来说,智能传感器是能够实现对传感器的原始数据进行加工处理,而并非仅仅是将模拟信号转换为数字信号。根据EDC(ElectronicDevelopmentCorporation)的定义,智能传感器应具备如下的特征:可以根据输入信号值进行判断和制定决策、可以通过软件控制作出多种的决定、可以与外部进行信息交换,有输入输出接口、具有自检测、自修正和自保护功能等。
总而言之,智能传感器带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。与一般传感器相比,具有以下三个优点:通过软件技术可实现高精度的信息采集,而且成本低;具有一定的编程自动化能力;功能多样化。
智能传感器的系统结构
从原理结构上看来,智能传感器结构可以用下图所示框图来表示。
智能传感器结构图
从上面的框图可以发现,一般意义上的传感器(即敏感单元)在智能传感器中仅仅占很少的一部分,信号处理电路占主要部分。与普通传感器相比,智能传感器将传感器使用过程中所涉及到的所有问题都包括了。例如上图所示的灵敏度、零点漂移、标定等,即使是单物理量测量传感器,也必须有标准的接口获取所,加上输出显示单元,这种单智能传感器系统已经涵盖了传统的仪表概念。
基于分布式智能传感器的测量控制系统是由一定的网络将各个控制节点、传感器节点及中央控制单元共同构成。其中传感器节点是用来实现参数测量并将数据传送给网络中的其他节点;控制节点是根需要的信息(如温度、湿度等)以实现对被测物理量的标定和校准。在很多场合下据需要从网络中获取所需要的数据并根据这些数据制订相应的控制方法和执行控制输出。
在整个系统中,每个传感器节点和控制节点是相互独立且能够自治。控制节点和传感器节点的数目可多可少,根据要求而定。网络的选择可以是传感器总线、现场总线,也可以是企业内部的Ethernet,也可以直接是Internet。当前,智能传感器的网络化是未来发展的一个重要趋势,多个传感器构成的智能网络可以对某一个节点的错误进行自行的诊断与校正,多个传感器所测出的多组数据在优化算法下无疑会更加精准。就正如互联网一样,通过网络化的连接智能传感器之间的交流也会更加方便,信息的感知传递交流,以及处理也会变得更加迅捷。总线技术的应用也是未来智能传感器的重要发展趋势之一,同时运用无线连接的技术,智能传感器的外观以及性能更加的简洁强大。