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德國(guó)HBM智能傳感器發(fā)展進(jìn)步
點(diǎn)擊次數(shù)：1429 發(fā)布時(shí)間：2018-10-8
德國(guó)HBM智能傳感器發(fā)展進(jìn)步傳感器（intelligent sensor）是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化。
一個(gè)良好的‘智能傳感器’是由微處理器驅(qū)動(dòng)的傳感器與儀表套裝，并且具有通信與板載診斷等功能。
智能傳感器能將檢測(cè)到的各種物理量?jī)?chǔ)存起來，并按照指令處理這些數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)造出新數(shù)據(jù)。智能傳感器之間能進(jìn)行信息交流，并能自我決定應(yīng)該傳送的數(shù)據(jù)，舍棄異常數(shù)據(jù)，完成分析和統(tǒng)計(jì)計(jì)算等
自動(dòng)化領(lǐng)域所取得的一項(xiàng)大進(jìn)展就是智能傳感器的發(fā)展與廣泛使用。但究竟什么是“智能”傳感器？下面，來自6個(gè)傳感器廠家的專家對(duì)這一術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了定義。
據(jù)Honeywell工業(yè)測(cè)量與控制部產(chǎn)品經(jīng)理Tom Griffiths的定義：“一個(gè)良好的‘智能傳感器’是由微處理器驅(qū)動(dòng)的傳感器與儀表套裝，并且具有通信與板載診斷等功能，為監(jiān)控系統(tǒng)和/或操作員提供相關(guān)信息，以提高工作效率及減少維護(hù)成本。”智能傳感器集成了傳感器、智能儀表全部功能及部分控制功能，具有很高的線性度和低的溫度漂移，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
*通信
“智能傳感器的優(yōu)勢(shì)，”GE Fanuc自動(dòng)化公司控制器產(chǎn)品經(jīng)理Bill Black說，“是能從過程中收集大量的信息以減少宕機(jī)時(shí)間及提高質(zhì)量。”MTS傳感器公司Temposonics（磁致伸縮位移傳感器）產(chǎn)品經(jīng)理David Edeal對(duì)此補(bǔ)充說：“分布式智能的基本前提是，在適當(dāng)位置和時(shí)間擁有有關(guān)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或組件的狀態(tài)的全部知識(shí)，以進(jìn)行過程控制決策。”
Cognex公司Checker機(jī)器視覺部產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理John Keating繼續(xù)補(bǔ)充說，“對(duì)于一種真正的‘智能’（機(jī)器視覺）傳感器，它應(yīng)該不需要使用者懂得機(jī)器視覺。”
智能傳感器必須具備通信功能。“起碼，除了滿足基本應(yīng)用的反饋信號(hào)，‘智能’傳感器必須能傳輸其它信息。”Edeal表示。這可以是疊加在標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA過程輸出、總線系統(tǒng)或無線安排上的HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議）信號(hào)。該領(lǐng)域正在增長(zhǎng)的因素是IEEE 1451——一系列旨在為不同廠家生產(chǎn)的傳感器提供即插即用能力的智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)。
智能傳感器可對(duì)其運(yùn)行的各個(gè)方面進(jìn)行自監(jiān)控，包括“攝像頭的污濁，超容忍限或不能開關(guān)等，”GE Fanuc自動(dòng)化公司的Black說。Pepperl+Fuchs公司智能系統(tǒng)經(jīng)理Helge Hornis補(bǔ)充說，“（除此之外），還有線圈監(jiān)控功能，目標(biāo)超出范圍或太近。”它也可以對(duì)工況的變化進(jìn)行補(bǔ)償。“‘智能’傳感器，”Omron電子有限公司戰(zhàn)略創(chuàng)意總監(jiān)Dan Armentrout表示，“必須首先能監(jiān)視自身及周圍的環(huán)境，然后再?zèng)Q定是否對(duì)變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償或?qū)ο嚓P(guān)人員發(fā)出警告。”
很多智能傳感器都能重裝到控制現(xiàn)場(chǎng)，通過提供“可設(shè)置參數(shù)，使用戶能替換一些‘標(biāo)準(zhǔn)’傳感器，”Hornis說道，“例如，典型的傳感器一般都設(shè)置為常開（NO）或常關(guān)（NC），而智能傳感器則能設(shè)置為以上任何一種狀態(tài)。”
智能傳感器擁有很多優(yōu)勢(shì)。隨著嵌入式計(jì)算功能的成本繼續(xù)減少，“智能”器件將被更多地應(yīng)用。獨(dú)立的內(nèi)部診斷功能可避免代價(jià)高昂的宕機(jī)，從而迅速收回投資
智能傳感器系統(tǒng)是一門現(xiàn)代綜合技術(shù)，是當(dāng)今世界正在迅速發(fā)展的高科技新技術(shù)，但還沒有形成規(guī)范化的定義。早期，人們簡(jiǎn)單、 機(jī)械地強(qiáng)調(diào)在工藝上將傳感器與微處理器兩者緊密結(jié)合， 認(rèn)為“傳感器的敏感元件及其信號(hào)調(diào)理電路與微處理器集成在一塊芯片上就是智能傳感器”。
關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂，尚未有統(tǒng)一的說法。John Brignell和Nell White認(rèn)為“Intelligent Sensor”是英國(guó)人對(duì)智能傳感器的稱謂， 而“Smart Sensor” 是美國(guó)人對(duì)智能傳感器的俗稱。 而Johan H.Huijsing在“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化程度的不同，分別稱為“Smart Sensor”、 “Integrated Smart Sensor”。 對(duì)“Smart Sensor”的中文譯名有譯為“靈巧傳感器”的， 也有譯為“智能傳感器”的。
《智能傳感器系統(tǒng)》書上的定義： “傳感器與微處理器賦予智能的結(jié)合，兼有信息檢測(cè)與信息處理功能的傳感器就是智能傳感器(系統(tǒng))”；模糊傳感器也是一種智能傳感器(系統(tǒng))，將傳感器與微處理器集成在一塊芯片上是構(gòu)成智能傳感器(系統(tǒng))的一種方式。（《智能傳感器系統(tǒng)》，劉君華，西安電子科技大學(xué)出版社）
《現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用》書上的定義：所渭智能式傳感器就是一種帶行微處理機(jī)的，兼有信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。（ 《現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用》 ，劉迎春，葉湘濱等，國(guó)防工業(yè)出版社，2000.5）
功能編輯
概括而言， 智能傳感器的主要功能是：
(1) 具有自校零、 自標(biāo)定、 自校正功能；
(2) 具有自動(dòng)補(bǔ)償功能；
(3) 能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)， 并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
(4) 能夠自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)、 自選量程、 自尋故障；
(5) 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、記憶與信息處理功能；
(6) 具有雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號(hào)輸出功能；
(7) 具有判斷、決策處理功能。
可實(shí)現(xiàn)的功能
智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動(dòng)作，結(jié)合長(zhǎng)期以來測(cè)試技術(shù)的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)而提出來的。是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的智能單元，它的出現(xiàn)對(duì)原來硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。
1、信息存儲(chǔ)和傳輸——隨著全智能集散控制系統(tǒng)(SmartDistributedSystem)的飛速發(fā)展，對(duì)智能單元要求具備通信功能，用通信網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字形式進(jìn)行雙向通信，這也是智能傳感器關(guān)鍵標(biāo)志之一。智能傳感器通過測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸或接收指令來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。如增益的設(shè)置、補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置、內(nèi)檢參數(shù)設(shè)置、測(cè)試數(shù)據(jù)輸出等。
2、自補(bǔ)償和計(jì)算功能——多年來從事傳感器研制的工程技術(shù)人員一直為傳感器的溫度漂移和輸出非線性作大量的補(bǔ)償工作，但都沒有從根本上解決問題。而智能傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開辟了新的道路。這樣，放寬傳感器加工精密度要求，只要能保證傳感器的重復(fù)性好，利用微處理器對(duì)測(cè)試的信號(hào)通過軟件計(jì)算，采用多次擬合和差值計(jì)算方法對(duì)漂移和非線性進(jìn)行補(bǔ)償，從而能獲得較的測(cè)量結(jié)果壓力傳感器。
3、自檢、自校、自診斷功能——普通傳感器需要定期檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證它在正常使用時(shí)足夠的準(zhǔn)確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場(chǎng)拆卸送到實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門進(jìn)行。對(duì)于在線測(cè)量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時(shí)診斷。采用智能傳感器情況則大有改觀，首先自診斷功能在電源接通時(shí)進(jìn)行自檢，診斷測(cè)試以確定組件有*。其次根據(jù)使用時(shí)間可以在線進(jìn)行校正，微處理器利用存在EPROM內(nèi)的計(jì)量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校對(duì)。
4、復(fù)合敏感功能——我們觀察周圍的自然現(xiàn)象，常見的信號(hào)有聲、光、電、熱、力、化學(xué)等。敏感元件測(cè)量一般通過兩種方式：直接和間接的測(cè)量。而智能傳感器具有復(fù)合功能，能夠同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息。如美國(guó)加利弗尼亞大學(xué)研制的復(fù)合液體傳感器，可同時(shí)測(cè)量介質(zhì)的溫度、流速、壓力和密度。復(fù)合力學(xué)傳感器，可同時(shí)測(cè)量物體某一點(diǎn)的三維振動(dòng)加速度（加速度傳感器）、速度（速度傳感器）、位移（位移傳感器），等等。 [2]
5、智能傳感器的集成化----由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得傳感器與相應(yīng)的電路都集成到同一芯片上，而這種具有某些智能功能的傳感器叫作集成智能傳感器集成智能傳感器的功能有三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：較高信噪比：傳感器的弱信號(hào)先經(jīng)集成電路信號(hào)放大后再遠(yuǎn)距離傳送，就可大大改進(jìn)信噪比。改善性能：由于傳感器與電路集成于同一芯片上，對(duì)于傳感器的零漂、溫漂和零位可以通過自校單元定期自動(dòng)校準(zhǔn)，又可以采用適當(dāng)?shù)姆答伔绞礁纳苽鞲衅鞯念l響。信號(hào)規(guī)一化：傳感器的模擬信號(hào)通過程控放大器進(jìn)行規(guī)一化，又通過模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，微處理器按數(shù)字傳輸?shù)膸追N形式進(jìn)行數(shù)字規(guī)一化，如串行、并行、頻率、相位和脈沖等