智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協(xié)調動作,結合長期以來測試技術的研究和實際經驗而提出來的。是一個相對獨立的智能單元,它的出現(xiàn)對原來硬件性能的苛刻要求有所減輕,而靠軟件幫助來使傳感器的性能大幅度提高。
智能傳感器通??梢詫崿F(xiàn)以下功能:
1、復合敏感功能
我們觀察周圍的自然現(xiàn)象,常見的信號有聲、光、電、熱、力和化學等。敏感元件測量一般通過兩種方式:直接和間接的測量。而智能傳感器具有復合功能,能夠同時測量多種物理量和化學量,給出能夠較全面反映物質運動規(guī)律的信息。如美國加利弗尼亞大學研制的復合液體傳感器,可同時測量介質的溫度、流速、壓力和密度。美國EG&GIC Sensors公司研制的復合力學傳感器,可同時測量物體某一點的三維振動加速度、速度、位移等。
2、自適應功能
智能傳感器可在條件變化的情況下,在一定范圍內使自己的特性自動適應這種變化。通過采用自適應技術,由于它能補償老化部件引起的參數(shù)漂移,所以自適應技術可延長器件或裝置的壽命。同時也擴大其工作領域,因為它能自動適應不同的環(huán)境條件。自適應技術提高了傳感器的重復性和準確度。因為其校正和補償數(shù)值已不再是一個平均值,而是測量點的真實修正值。
3、自檢、自校、自診斷功能
普通傳感器需要定期檢驗和標定,以保證它在正常使用時足夠的準確度,這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場拆卸送到實驗室或檢驗部門進行,對于在線測量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時診斷。采用智能傳感器時,情況則大有改觀。首先是,自診斷功能在電源接通時進行自檢,診斷測試以確定組件有無故障。其次,根據(jù)使用時間可以在線進行校正,微處理器利用存在E2PROM內的計量特性數(shù)據(jù)進行對比校對。
4、信息存儲功能
信息往往是成功的關鍵.智能傳感器可以存儲大量的信息,用戶可隨時查詢。這些信息可包括裝置的歷史信息。例如,傳感器已工作多少小時,更換多少次電源等等。也包括傳感器的全部數(shù)據(jù)和圖表,還包括組態(tài)選擇說明等。此外還包括串行數(shù)、生產日期、目錄表和最終出廠測試結果等。內容可以無限,只受智能傳感器本身存儲容量的限制。智能傳感器除了增加過程數(shù)據(jù)處理、自診斷、組態(tài)和信息存儲四個方面的功能外,還提供了數(shù)字通訊能力和自適應能力。
5、數(shù)據(jù)處理功能
過程數(shù)據(jù)處理是一項非常重要的任務,智能傳感器本身提供了該功能。智能傳感器不但能放大信號,而且能使信號數(shù)字化,再用軟件實現(xiàn)信號調節(jié)。通常,基本的傳感器不能給出線性信號,而過程控制卻把線性度作為重要的追求目標。智能傳感器通過查表方式可使非線性信號線性化。當然對每個傳感器要單獨編制這種數(shù)據(jù)表。智能傳感器過程數(shù)據(jù)處理的另一個例子是通過數(shù)字濾波器對數(shù)字信號濾波,從而可減少噪聲或其它相關效應的干擾。而且用軟件研制復雜的濾波器要比用分立電子電路容易得多。環(huán)境因素補償也是數(shù)據(jù)處理的一項重要任務。微控制器能幫助提高信號檢測的精確度。例如,通過測量基本檢測元件的溫度可獲得正確的溫度補償系數(shù),從而可實現(xiàn)對信號的溫度補償。用軟件也能實現(xiàn)非線性補償和其它更復雜的補償。這是因為查詢表幾乎能產生任意形狀的曲線。有時必須測量和處理幾個不同的物理量,這樣將給出各自的數(shù)據(jù)。智能傳感器的徽控制器使用戶很容易實現(xiàn)多個信號的加、減、乘、除運算。在過程數(shù)據(jù)處理方面,智能傳感器可以大顯身手。
此外,它把這些操作從中心控制室下放到接近信號產生點也是大有好處的。其一是因為把附加信號發(fā)送到控制室花費很大,而用智能傳感器就省去了附加傳感器和引線的成本。其二是由于附加信息是在信息的應用點檢測到的,這樣就大大降低了長距離傳輸引入的負效應(如噪聲、電位差等),從而使信號更準確。其三是可以簡化主控制器中的軟件,提高控制環(huán)的速度。
6、組態(tài)功能
智能傳感器的另一個主要特性是組態(tài)功能。信號應該放大多少倍?溫度傳感器是以攝氏度還是華氏度輸出溫度?對于智能傳感器用戶可隨意選擇需要的組態(tài)。例如,檢測范圍,可編程通/斷延時,選組計數(shù)器,常開/常閉,8/12位分辨率選擇等。這只不過是當今智能傳感器無數(shù)組態(tài)中的幾種。靈活的組態(tài)功能大大減少了用戶需要研制和更換必備的不同傳感器類型和數(shù)目。利用智能傳感器的組態(tài)功能可使同一類型的傳感器工作在最佳狀態(tài),并且能在不同場合從事不同的工作。
7、數(shù)字通訊功能
如上所述,由于智能傳感器能產生大量信息和數(shù)據(jù),所以用普通傳感器的單一連線無法對裝置的數(shù)據(jù)提供必要的輸入輸出。但也不能對應每個信息各用一根引線.因為這樣會使系統(tǒng)非常龐雜。因此它需要一種靈活的串行通訊系統(tǒng)。在過程工業(yè)中,通常看到的是點與點串接以及串聯(lián)網絡.如今的大趨勢是朝串聯(lián)網絡方向發(fā)展。因為智能傳感器本身帶有微控制器,所以它自屬于數(shù)字式的,因此自然能配置與外部連接的數(shù)字串行通訊。因為串行網絡抗環(huán)境影響(如電磁干擾)的能力比普通模擬信號強得多。把串行通訊配接到裝置上,可以有效地管理信息的傳輸,使數(shù)據(jù)只在需要時才輸出。