智能传感器及其用途

根据 GOST R 8.673-2009 GSI“智能传感器和智能测量系统。基本术语和定义”，智能传感器是自适应传感器，其工作算法和参数随外界信号变化而变化，同时具有计量自控功能。

智能传感器的一个显着特点是能够在一次故障后进行自我修复和自我学习。在英文文献中，这种类型的传感器被称为“智能传感器”。这个词停留在 20 世纪 80 年代中期。

今天，智能传感器是一种带有嵌入式电子器件的传感器，包括：ADC、微处理器、数字信号处理器、片上系统等，以及支持网络通信协议的数字接口。通过这种方式，由于网络中的自我识别功能与其他设备一起，智能传感器可以包含在无线或有线传感器网络中。

智能传感器的网络接口不仅允许您将其连接到网络，还可以对其进行配置、配置、选择工作模式和诊断传感器。远程执行这些操作的能力是智能传感器的优势，它们更易于操作和维护。

该图显示了一个方框图，其中显示了智能传感器的基本块，这是传感器被考虑的最低限度。输入的模拟信号（一个或多个）被放大，然后转换为数字信号以供进一步处理。

ROM 包含校准数据，微处理器将接收到的数据与校准数据相关联，对其进行校正并将其转换为必要的测量单位 - 因此与各种因素（零漂移、温度影响等）影响相关的误差是补偿并与主换能器同时评估条件，这可能会影响结果的可靠性。

作为处理结果获得的信息使用用户的协议通过数字通信接口传输。用户可以设置传感器的测量限值和其他参数，以及获取有关传感器当前状态和测量结果的信息。

现代集成电路（片上系统）除了微处理器外，还包括存储器和外围设备，例如精密数模和模数转换器、定时器、以太网、USB 和串行控制器。这种集成电路的示例包括来自 Analog Devices 的 ADuC8xx、来自 Atmel 的 AT91RM9200、来自 Texas Instruments 的 MSC12xx。

智能传感器的分布式网络可以实时监测和控制复杂工业设备的参数，其中技术过程始终动态改变其状态。

智能传感器没有单一的网络标准，这对无线和有线传感器网络的积极发展是一种障碍。尽管如此，如今仍使用许多接口：RS-485、4-20 mA、HART、IEEE-488、USB；工业网络工作：ProfiBus、CANbus、Fieldbus、LIN、DeviceNet、Modbus、Interbus。

这种情况提出了传感器制造商的选择问题，因为为每个网络协议生产具有相同修改的单独传感器在经济上是不可行的。同时，IEEE 1451组标准“智能传感器接口标准”的出现放宽了条件，统一了传感器与网络之间的接口。这些标准旨在加速适应——从单个传感器到传感器网络，几个子组定义了将传感器连接到网络的软件和硬件方法。

因此，IEEE 1451.1 和 IEEE 1451.2 标准中描述了两类设备。第一个标准定义了将智能传感器连接到网络的统一接口；这是NCAP模块的规范，它是传感器本身的STIM模块与外部网络之间的一种桥梁。

第二个标准规定了用于将 STIM 智能转换器模块连接到网络适配器的数字接口。 TEDS 概念意味着传感器的电子护照，因为它可以在网络中进行自我识别。TEDS 包括：制造日期、型号代码、序列号、校准数据、校准日期、测量单位。结果是传感器和网络的即插即用模拟，保证易于操作和更换。许多智能传感器制造商已经支持这些标准。

传感器在网络中的集成提供的主要功能是通过软件访问测量信息的可能性，无论传感器的类型和特定网络的组织方式如何。它原来是一个网络，充当传感器和用户（计算机）之间的桥梁，有助于解决技术问题。

因此，一个智能表计系统可以用三个层次来表示：传感器层、网络层、软件层。第一层是传感器本身的层级，是带有通信协议的传感器。第二层是传感器网络层，是传感器对象与问题解决过程之间的桥梁。

第三层是软件层，已经隐含了系统与用户的交互。这里的软件可能完全不同，因为它不再直接绑定到传感器的数字接口。与子系统相关的子级别在系统内也是可能的。

近年来，智能传感器的发展有几个方向。

1. 新的测量方法需要传感器内部有强大的计算能力。这将使传感器能够位于测量环境之外，从而提高读数的稳定性并减少操作损失。传感器没有移动部件，从而提高了可靠性并简化了维护。测量对象的设计不影响传感器的操作并且安装变得更便宜。

2. 无可否认，无线传感器很有前途。分布在空间中的移动物体需要通过控制器与自动化装置进行无线通信。无线电技术设备越来越便宜，质量越来越高，无线通信通常比电缆更经济。每个传感器都可以在自己的时隙 (TDMA)、自己的频率 (FDMA) 或自己的编码 (CDMA) 上传输信息，最后是蓝牙。

3、微型传感器可以嵌入到工业设备中，自动化设备将成为执行工艺过程的设备的组成部分，而不是外加的。体积为几立方毫米的传感器将测量温度、压力、湿度等，处理数据并通过网络传输信息。仪器的准确性和质量将提高。

4、多传感器传感器优势明显。一个普通的转换器会比较和处理来自多个传感器的数据，也就是说，不是几个单独的传感器，而是一个，而是多功能的。

5、最后，传感器的智能化程度会提高。价值预测、强大的数据处理和分析、全面的自我诊断、故障预测、维护建议、逻辑控制和调节。

随着时间的推移，智能传感器将成为越来越多的多功能自动化工具，为此，甚至“传感器”一词本身也将变得不完整，而仅仅是有条件的。