閆  軍

¿  引言
智能傳感器最初是由美國宇航局1978年在開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。因為宇宙飛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)等數據信息，用一臺大型計算機很難同時(shí)處理如此龐雜的數據，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，1983年美國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速度快，能實(shí)現非接觸測量，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)檢測與控制領(lǐng)域獲得廣泛應用，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)域都有廣泛應用。尤其是近十年，由于半導體技術(shù)的迅速發(fā)展，使微控制器的功能不斷升級，價(jià)格不斷下降，從而引起工業(yè)傳感器設計的革命，也使檢測技術(shù)的發(fā)展躍上一個(gè)新臺階。
¿  智能傳感器提高了檢測的準確度
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場(chǎng)合的狀況，鑒別出只有1%的對比度變化?，F在帶有16位微控制器的光纖傳感器可實(shí)現12比特的A/D分辨率。彩色條碼檢測裝置至少能檢測16個(gè)灰度等級，從而為低對比度場(chǎng)合提供理想的彩色對比度、靈敏度。用于測量和描繪物體的高分辨率屏幕分辨率達2.5mm。帶微控制器的智能激光傳感器可實(shí)現3m的分辨率。新的聚焦光束傳感器能產(chǎn)生0.25mm的光點(diǎn)，能檢測微小產(chǎn)品和產(chǎn)品邊緣。精密測量用的超聲波傳感器有模擬和數字兩種輸出。另有一種專(zhuān)為精密測量應用而設計的帶微控制器的超聲波傳感器，有可編程的檢測窗口，分辨率為0.08mm。
¿  可設置靈活的檢測窗口
過(guò)去工程師用固定量程的檢測裝置解決檢測應用時(shí)，需要3:1的亮暗對比度。如今用帶微控制器的智能傳感器擁有可編程只有1%對比度變化的常規檢測窗口，而且通過(guò)按鈕可設置在指定檢測范圍的任何位置，從而為檢測的應用提供了極大的靈活性。尤其對于精密檢測和被測目標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得多。它具有更快捷的編程方式，并且調整操作也更少了。用戶(hù)可用按鈕編程實(shí)現多種功能的轉換，包括習慣的檢測窗口、獨立的模擬輸出和數字輸出、亮暗操作、響應速度和關(guān)斷延遲選擇等。利用它很容易對傳感器進(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。輸出響應時(shí)間可編程的傳感器使用戶(hù)能按自己的機器周期通過(guò)按鈕選擇理想的響應時(shí)間。許多這類(lèi)傳感器能提供多個(gè)量程和多種響應時(shí)間供用戶(hù)選擇，從而提高了一種檢測裝置的通用性。離散輸出的傳感器可編程為通/斷檢測、高/低液位控制和產(chǎn)品邊緣控制等。
大多數可編程的傳感器能通過(guò)導線(xiàn)連接外部開(kāi)關(guān)、工業(yè)PC機或可編程控制器，完成對無(wú)法接近的裝置實(shí)現遠距離編程。

¿  智能傳感器的學(xué)習功能
利用嵌入智能和先進(jìn)的編程特性相結合，工程師已設計出了新一代具有學(xué)習功能的傳感器。它能為各種場(chǎng)合快速而方便地設置最佳靈敏度，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)習模式的程序設計使光電傳感器能對被檢測過(guò)程取樣，計算出光信號閾值，自動(dòng)編程最佳設置，并且能在工作過(guò)程中自動(dòng)調整其設置，以補償環(huán)境條件的變化。還能使傳感器識別出低對比度條件，自動(dòng)提高靈敏度，這就是自適應技術(shù)。這種能力可以補償部件老化造成的參數漂移，從而延長(cháng)器件或裝置的使用壽命和擴大其應用范圍。
  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，并且各自具有獨立的檢測窗口。
最新的智能傳感器都能提供兩個(gè)互不影響的輸出通道，具有獨立的組態(tài)設備點(diǎn)。因此用戶(hù)可用一個(gè)可編程裝置同時(shí)解決精密測量和有無(wú)檢測任務(wù)。
一些新的光纖傳感器帶有可測性輸出。它把輸出模擬信號平均分布在整個(gè)編程的檢測窗口，以提供連續一致的響應，這樣不僅可以簡(jiǎn)化裝置，而且在電氣噪聲嚴重的場(chǎng)合也能獲得最佳檢測分辨率。
¿  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(guān)的指示方式，可連續顯示診斷結果和工作狀態(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。二是傳感器內部故障造成的性能下降也能給出診斷信號。無(wú)論內外部因素，診斷給出的信息都能使系統在故障出現之前報警，從而減少系統停機時(shí)間，提高生產(chǎn)率。
例如，紙箱廠(chǎng)在制造波面紙箱時(shí)要采用大量傳感器控制自動(dòng)化設備，使材料轉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，落下的紙塵會(huì )遮蓋光學(xué)傳感器的檢測透鏡，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。國外一家紙箱廠(chǎng)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測環(huán)境條件的漸變，當傳感器透鏡積塵到使信號小到一定程度時(shí)，傳感器將給出報警信號。用戶(hù)利用這個(gè)輸出信號控制對準透鏡的空氣壓縮機的電磁閥打開(kāi)，噴出的強氣流吹掉鏡面塵屑，使傳感器又恢復常態(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)新應用更經(jīng)濟更方便
嵌入智能增加了設計的靈活性，縮短了完成周期，降低了開(kāi)發(fā)新應用的成本。設計工程師只用一個(gè)傳感器通過(guò)改變或重新編程微控制器，或者通過(guò)升級軟件的方法就能滿(mǎn)足許多檢測的需要。
修改或升級現有傳感器肯定比進(jìn)行一個(gè)新設計更快、更容易、更經(jīng)濟。傳感器軟件設計和調整所花的費用、時(shí)間和勞動(dòng)也肯定比通常硬件設計所花的要少得多，而且軟件既輕便又可重復使用。