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閆  軍

¿  引言
智能傳感器最初是由美國(guó)宇航局1978年在開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。因?yàn)橛钪骘w船上需要大量的傳感器不斷向地面發(fā)送溫度、位置、速度和姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息，用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)很難同時(shí)處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，1983年美國(guó)Honeywell公司首次推出用于過(guò)程工業(yè)的智能壓力傳感器。其它公司紛紛效仿，先后研制出各自的智能傳感器產(chǎn)品。光電傳感器具有反應(yīng)速度快，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，精度高、分辨率高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在軍事、工業(yè)檢測(cè)與控制領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，也使光電傳感器的智能化倍受關(guān)注并獲得迅速發(fā)展。
智能傳感器過(guò)去主要用于過(guò)程工業(yè)，如今在離散自動(dòng)化領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。尤其是近十年，由于半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，使微控制器的功能不斷升級(jí)，價(jià)格不斷下降，從而引起工業(yè)傳感器設(shè)計(jì)的革命，也使檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展躍上一個(gè)新臺(tái)階。
¿  智能傳感器提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度
由于微控制器分辨能力的提高，各種離散和模擬傳感器的準(zhǔn)確度也隨之提高，如普通紅外傳感器、可見(jiàn)光光電傳感器、激光傳感器和超聲波傳感器等。微控制器能分析出檢測(cè)場(chǎng)合的狀況，鑒別出只有1%的對(duì)比度變化。現(xiàn)在帶有16位微控制器的光纖傳感器可實(shí)現(xiàn)12比特的A/D分辨率。彩色條碼檢測(cè)裝置至少能檢測(cè)16個(gè)灰度等級(jí)，從而為低對(duì)比度場(chǎng)合提供理想的彩色對(duì)比度、靈敏度。用于測(cè)量和描繪物體的高分辨率屏幕分辨率達(dá)2.5mm。帶微控制器的智能激光傳感器可實(shí)現(xiàn)3m的分辨率。新的聚焦光束傳感器能產(chǎn)生0.25mm的光點(diǎn)，能檢測(cè)微小產(chǎn)品和產(chǎn)品邊緣。精密測(cè)量用的超聲波傳感器有模擬和數(shù)字兩種輸出。另有一種專(zhuān)為精密測(cè)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)的帶微控制器的超聲波傳感器，有可編程的檢測(cè)窗口，分辨率為0.08mm。
¿  可設(shè)置靈活的檢測(cè)窗口
過(guò)去工程師用固定量程的檢測(cè)裝置解決檢測(cè)應(yīng)用時(shí)，需要3:1的亮暗對(duì)比度。如今用帶微控制器的智能傳感器擁有可編程只有1%對(duì)比度變化的常規(guī)檢測(cè)窗口，而且通過(guò)按鈕可設(shè)置在指定檢測(cè)范圍的任何位置，從而為檢測(cè)的應(yīng)用提供了極大的靈活性。尤其對(duì)于精密檢測(cè)和被測(cè)目標(biāo)限定在一定空間的場(chǎng)合更重要。
¿  快捷方便的按鈕編程
帶微控制器的傳感器比以往任何普通傳感器的功能都強(qiáng)得多。它具有更快捷的編程方式，并且調(diào)整操作也更少了。用戶(hù)可用按鈕編程實(shí)現(xiàn)多種功能的轉(zhuǎn)換，包括習(xí)慣的檢測(cè)窗口、獨(dú)立的模擬輸出和數(shù)字輸出、亮暗操作、響應(yīng)速度和關(guān)斷延遲選擇等。利用它很容易對(duì)傳感器進(jìn)行編程和重新編程，因此容易滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的不同要求。輸出響應(yīng)時(shí)間可編程的傳感器使用戶(hù)能按自己的機(jī)器周期通過(guò)按鈕選擇理想的響應(yīng)時(shí)間。許多這類(lèi)傳感器能提供多個(gè)量程和多種響應(yīng)時(shí)間供用戶(hù)選擇，從而提高了一種檢測(cè)裝置的通用性。離散輸出的傳感器可編程為通/斷檢測(cè)、高/低液位控制和產(chǎn)品邊緣控制等。
大多數(shù)可編程的傳感器能通過(guò)導(dǎo)線連接外部開(kāi)關(guān)、工業(yè)PC機(jī)或可編程控制器，完成對(duì)無(wú)法接近的裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離編程。

¿  智能傳感器的學(xué)習(xí)功能
利用嵌入智能和先進(jìn)的編程特性相結(jié)合，工程師已設(shè)計(jì)出了新一代具有學(xué)習(xí)功能的傳感器。它能為各種場(chǎng)合快速而方便地設(shè)置最佳靈敏度，不再用過(guò)去那些開(kāi)關(guān)、電位器或雙列直插式開(kāi)關(guān)組件了。
學(xué)習(xí)模式的程序設(shè)計(jì)使光電傳感器能對(duì)被檢測(cè)過(guò)程取樣，計(jì)算出光信號(hào)閾值，自動(dòng)編程最佳設(shè)置，并且能在工作過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整其設(shè)置，以補(bǔ)償環(huán)境條件的變化。還能使傳感器識(shí)別出低對(duì)比度條件，自動(dòng)提高靈敏度，這就是自適應(yīng)技術(shù)。這種能力可以補(bǔ)償部件老化造成的參數(shù)漂移，從而延長(zhǎng)器件或裝置的使用壽命和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
  提供模擬和離散輸出
許多帶微控制器的傳感器能通過(guò)編程提供模擬輸出、離散輸出或同時(shí)提供兩種輸出，并且各自具有獨(dú)立的檢測(cè)窗口。
最新的智能傳感器都能提供兩個(gè)互不影響的輸出通道，具有獨(dú)立的組態(tài)設(shè)備點(diǎn)。因此用戶(hù)可用一個(gè)可編程裝置同時(shí)解決精密測(cè)量和有無(wú)檢測(cè)任務(wù)。
一些新的光纖傳感器帶有可測(cè)性輸出。它把輸出模擬信號(hào)平均分布在整個(gè)編程的檢測(cè)窗口，以提供連續(xù)一致的響應(yīng)，這樣不僅可以簡(jiǎn)化裝置，而且在電氣噪聲嚴(yán)重的場(chǎng)合也能獲得最佳檢測(cè)分辨率。
¿  自診斷功能
帶微控制器的智能傳感器還具有先進(jìn)的自診斷功能和直觀的指示方式，可連續(xù)顯示診斷結(jié)果和工作狀態(tài)。自診斷功能包括兩個(gè)方面，一是外部環(huán)境條件引起的工作不可靠，傳感器能給出警示信號(hào)。二是傳感器內(nèi)部故障造成的性能下降也能給出診斷信號(hào)。無(wú)論內(nèi)外部因素，診斷給出的信息都能使系統(tǒng)在故障出現(xiàn)之前報(bào)警，從而減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。
例如，紙箱廠在制造波面紙箱時(shí)要采用大量傳感器控制自動(dòng)化設(shè)備，使材料轉(zhuǎn)換角度并切成紙板箱。然而，由于切割過(guò)程會(huì)造成紙塵飛揚(yáng)，落下的紙塵會(huì)遮蓋光學(xué)傳感器的檢測(cè)透鏡，使傳感器無(wú)法工作。在這種場(chǎng)合，沒(méi)有診斷功能的普通傳感器無(wú)論功率多大都無(wú)法工作。國(guó)外一家紙箱廠采用有診斷功能的智能光電傳感器巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題。由于智能傳感器可監(jiān)測(cè)環(huán)境條件的漸變，當(dāng)傳感器透鏡積塵到使信號(hào)小到一定程度時(shí)，傳感器將給出報(bào)警信號(hào)。用戶(hù)利用這個(gè)輸出信號(hào)控制對(duì)準(zhǔn)透鏡的空氣壓縮機(jī)的電磁閥打開(kāi)，噴出的強(qiáng)氣流吹掉鏡面塵屑，使傳感器又恢復(fù)常態(tài)。這是一個(gè)完全自動(dòng)的過(guò)程，沒(méi)有操作者的介入。
 ¿ 智能化使開(kāi)發(fā)新應(yīng)用更經(jīng)濟(jì)更方便
嵌入智能增加了設(shè)計(jì)的靈活性，縮短了完成周期，降低了開(kāi)發(fā)新應(yīng)用的成本。設(shè)計(jì)工程師只用一個(gè)傳感器通過(guò)改變或重新編程微控制器，或者通過(guò)升級(jí)軟件的方法就能滿(mǎn)足許多檢測(cè)的需要。
修改或升級(jí)現(xiàn)有傳感器肯定比進(jìn)行一個(gè)新設(shè)計(jì)更快、更容易、更經(jīng)濟(jì)。傳感器軟件設(shè)計(jì)和調(diào)整所花的費(fèi)用、時(shí)間和勞動(dòng)也肯定比通常硬件設(shè)計(jì)所花的要少得多，而且軟件既輕便又可重復(fù)使用。