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閆  軍

¿  引言
智能傳感器最初是由美國宇航局1978年在開發(fā)出來的產(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(shù)據(jù)信息，用一臺大型計算機很難同時處理如此龐雜的數(shù)據(jù)，于是提出把CPU分散化，從而產(chǎn)生出智能化傳感器。隨著微電子技術的發(fā)展，1983年美國Honeywell公司首次推出用于過程工業(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，能實現(xiàn)非接觸測量，精度高、分辨率高和可靠性好等優(yōu)點，因此在軍事、工業(yè)檢測與控制領域獲得廣泛應用，也使光電傳感器的智能化倍受關注并獲得迅速發(fā)展。
智能傳感器過去主要用于過程工業(yè)，如今在離散自動化領域和商業(yè)領域都有廣泛應用。尤其是近十年，由于半導體技術的迅速發(fā)展，使微控制器的功能不斷升級，價格不斷下降，從而引起工業(yè)傳感器設計的革命，也使檢測技術的發(fā)展躍上一個新臺階。
¿  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合的狀況，鑒別出只有1%的對比度變化。現(xiàn)在帶有16位微控制器的光纖傳感器可實現(xiàn)12比特的A/D分辨率。彩色條碼檢測裝置至少能檢測16個灰度等級，從而為低對比度場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，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(shù)字兩種輸出。另有一種專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
過去工程師用固定量程的檢測裝置解決檢測應用時，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(guī)檢測窗口，而且通過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(diào)整操作也更少了。用戶可用按鈕編程實現(xiàn)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(shù)字輸出、亮暗操作、響應速度和關斷延遲選擇等。利用它很容易對傳感器進行編程和重新編程，因此容易滿足不同場合的不同要求。輸出響應時間可編程的傳感器使用戶能按自己的機器周期通過按鈕選擇理想的響應時間。許多這類傳感器能提供多個量程和多種響應時間供用戶選擇，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(shù)可編程的傳感器能通過導線連接外部開關、工業(yè)PC機或可編程控制器，完成對無法接近的裝置實現(xiàn)遠距離編程。

¿  智能傳感器的學習功能
利用嵌入智能和先進的編程特性相結合，工程師已設計出了新一代具有學習功能的傳感器。它能為各種場合快速而方便地設置最佳靈敏度，不再用過去那些開關、電位器或雙列直插式開關組件了。
學習模式的程序設計使光電傳感器能對被檢測過程取樣，計算出光信號閾值，自動編程最佳設置，并且能在工作過程中自動調(diào)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，自動提高靈敏度，這就是自適應技術。這種能力可以補償部件老化造成的參數(shù)漂移，從而延長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編程提供模擬輸出、離散輸出或同時提供兩種輸出，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互不影響的輸出通道，具有獨立的組態(tài)設備點。因此用戶可用一個可編程裝置同時解決精密測量和有無檢測任務。
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編程的檢測窗口，以提供連續(xù)一致的響應，這樣不僅可以簡化裝置，而且在電氣噪聲嚴重的場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的自診斷功能和直觀的指示方式，可連續(xù)顯示診斷結果和工作狀態(tài)。自診斷功能包括兩個方面，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(nèi)部故障造成的性能下降也能給出診斷信號。無論內(nèi)外部因素，診斷給出的信息都能使系統(tǒng)在故障出現(xiàn)之前報警，從而減少系統(tǒng)停機時間，提高生產(chǎn)率。
例如，紙箱廠在制造波面紙箱時要采用大量傳感器控制自動化設備，使材料轉換角度并切成紙板箱。然而，由于切割過程會造成紙塵飛揚，落下的紙塵會遮蓋光學傳感器的檢測透鏡，使傳感器無法工作。在這種場合，沒有診斷功能的普通傳感器無論功率多大都無法工作。國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問題。由于智能傳感器可監(jiān)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，傳感器將給出報警信號。用戶利用這個輸出信號控制對準透鏡的空氣壓縮機的電磁閥打開，噴出的強氣流吹掉鏡面塵屑，使傳感器又恢復常態(tài)。這是一個完全自動的過程，沒有操作者的介入。
 ¿ 智能化使開發(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，降低了開發(fā)新應用的成本。設計工程師只用一個傳感器通過改變或重新編程微控制器，或者通過升級軟件的方法就能滿足許多檢測的需要。
修改或升級現(xiàn)有傳感器肯定比進行一個新設計更快、更容易、更經(jīng)濟。傳感器軟件設計和調(diào)整所花的費用、時間和勞動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。