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智能传感器的设计方法和研究领域
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智能化传感系统的实现建立在传感器技术、计算机技术、信号处理技术、网络控制技术等多项技术的基础上,并随着这些技术的发展而不断完善。无论单片机还是网络技术,都不是原来常规技术的简单综合,下面针对网络传感系统涉及到的一些问题进行分析。

一是系统的组成。就计算机技术而言,一般的计算机系统所处理的数据都是数字信号,而且是直接通过外部设备输入的,这些信号本身也会受到外部设备的限制。而传感器系统所面对的是与外部环境有关的模拟信号,这些信号与外部物理量有一定的关系。因此,为了满足实时控制的要求,对信号进行采样时,必须保证其实时性,以保证信号的出现。

二是信号处理方法。即插即用是网络中每一个设备在网络使用环境中的最基本要求。但由于每一个通过传感器的被测物理量之间的关系是不确定的,有些是线性的,但更多的是非线性的,因此必须保证系统能准确地识别被测物体,一方面要能确定探测器信号的位置,另一方面要能确定传感器的输入、输出关系,以及物理量(一般被测物理量与传感器输出物理量不一定相同)。比如,电容式压力传感器以压力输入,电容输出。它与传统传感器设计中涉及的校准问题相似,但又不完全相同。由于通常的传感器设计不需要考虑输入输出物理量,仅仅是考虑它们之间的关系。

同样,需要考虑外部接口。网络智能传感器的应用,一般采用现场自动化测量控制,彼此间需要通过现场总线进行连接。目前,在各种应用中,有许多不同的总线标准协议。为了确保设计的传感器完全符合这些协议,是比较困难的,必须考虑接口问题。它是智能网络传感器和普通传感器的最大区别。

最终是智能产品开发。因为以往的传感器完全由硬件组成,所以研究的对象仅限于物理方面,如传感机理、材料、结构和工艺等。但智能传感器的智能性是以硬件为基础,通过软件实现其智能性的价值,软件是智能传感器的主要组成部分。并且智能程度是与软件开发水平成正比的,相信在不久的将来,基于计算机平台的虚拟传感器将完全通过软件开发而得到广泛应用。该软件开发工具包括设计、管理和通信管理的各个方面。现在这种工具已经开始出现,一般的LabView、ActiVeX等工具软件都可以完成。在软件开发阶段,主要根据软件的开发水平,实现传感器模型的建立,校准参数的确定,最佳校准模型的选择等功能。

虽然并不是所有的场合都能合理地使用智能传感器,但它相对于传统传感器的优势在很多应用中是不可抗拒的。智能传感器价格低廉,使用方便,性能优越,维护简单,易于功能扩展,其优点是传统传感器无法与之相比的。尤其在传感器应用比较广泛的情况下,智能传感器无疑是最合理的选择。

由于在过程测量控制领域中,系统的设计寿命一般为几十年,因此,虽然传统的过程测量控制主要采用模拟量传输方式,与符合现场总线网络标准的智能传感器相比,具有许多优点,但要更换这些传感器执行器需要花费大量的时间,并增加大量的投资,因此,这种系统存在时间较长。以往这种系统的功能很难扩展,所以多个系统共存的情况还会持续一段时间。

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