談一談設(shè)計(jì)方法和智能傳感器的研究領(lǐng)域

智能傳感器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是在傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，并隨這些技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，但不是這些技術(shù)的簡(jiǎn)單合成。無(wú)論是微處理器還是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，都不是原來(lái)一般技術(shù)的簡(jiǎn)單合成，下面針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化傳感器系統(tǒng)所涉及的一些問(wèn)題進(jìn)行分析。

首先，系統(tǒng)構(gòu)成。從計(jì)算機(jī)技術(shù)角度來(lái)看，一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)是數(shù)字信號(hào)，且是直接通過(guò)外部設(shè)備輸入的，這些信號(hào)本身會(huì)受到外部設(shè)備限制。但是對(duì)于傳感器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)所面對(duì)的是與外界環(huán)境相關(guān)的模擬信號(hào)，信號(hào)與外界的一些物理量相關(guān)。這意味著信號(hào)的存在和信號(hào)的出現(xiàn)是受到環(huán)境限制的，為了滿(mǎn)足控制實(shí)時(shí)性的需要，信號(hào)的采樣必須保證實(shí)時(shí)性。

其次，信號(hào)處理方法。在網(wǎng)絡(luò)化使用環(huán)境中，即插即用是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備最基本的要求。但是由于每個(gè)被測(cè)物理量通過(guò)傳感器時(shí)輸入輸出的關(guān)系是不定的，有些是線性的，但更多的是非線性的，必須保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別被測(cè)對(duì)象，一方面要能夠確定探測(cè)器信號(hào)的位置，另一方面要能夠確定傳感器輸入輸出之間的關(guān)系以及物理量(一般被測(cè)物理量和傳感器輸出物理量不一定一樣。例如電容式壓力傳感器輸入為壓力，輸出為電容)。這類(lèi)似于傳統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)時(shí)涉及到的標(biāo)定問(wèn)題，但是不完全一樣。因?yàn)橐话銈鞲衅髟O(shè)計(jì)中無(wú)須考慮輸入輸出物理量，僅僅只考慮它們之間的關(guān)系。

再次，需要考慮外部接口。從網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其一般使用在自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制級(jí)，相互之間需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接在一起。對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在已經(jīng)有很多不同的總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。要保證所設(shè)計(jì)的傳感器完全滿(mǎn)足這些協(xié)議比較困難，這就必須考慮接口問(wèn)題。這是智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器與普通傳感器最大的區(qū)別。

最后，軟件工具的開(kāi)發(fā)。由于過(guò)去傳感器完全是由硬件所組成，因此研究的對(duì)象主要局限在傳感機(jī)理、材料、結(jié)構(gòu)、工藝等物理方面。而智能傳感器的智能性則是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的，軟件在智能傳感器中占據(jù)了主要的成分。而且智能化的程度是與軟件的開(kāi)發(fā)水平成正比的，相信在不久的將來(lái)，基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)完全通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)的虛擬傳感器會(huì)有十分廣泛的應(yīng)用。軟件開(kāi)發(fā)工具包括設(shè)計(jì)、管理和通訊管理等不同方面。目前這類(lèi)工具已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)，一般C，LabView，ActiVeX等工具軟件都可以完成。軟件的功能主是與軟件的開(kāi)發(fā)水平成正比的，用以實(shí)現(xiàn)傳感器模型建立、標(biāo)定參數(shù)建立、最佳標(biāo)定模型選擇等。盡管智能傳感器的構(gòu)成方法并非在所有的場(chǎng)合使用都是合理的，但是在許多的應(yīng)用中，其相對(duì)與傳統(tǒng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)法抗拒的。在大多數(shù)情況下，智能傳感器價(jià)格便宜、使用方便、性能優(yōu)越、維護(hù)簡(jiǎn)單、功能擴(kuò)展容易的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的傳感器所無(wú)法比擬的。特別是在一些應(yīng)用傳感器較多的場(chǎng)合，無(wú)疑智能傳感器將是最為合理的選擇。

目前來(lái)說(shuō)，考慮到投資因素，由于在過(guò)程測(cè)量控制領(lǐng)域中系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命一般都有幾十年，盡管傳統(tǒng)所使用的測(cè)量控制主要是模擬量傳輸?shù)?，而符合現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，但是更換這些傳感器執(zhí)行器需要花費(fèi)很多的時(shí)間和增加很大的投資，這種系統(tǒng)還會(huì)存在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。過(guò)去這類(lèi)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展比較困難，因此多種系統(tǒng)共存的局面將維持一段時(shí)間。