什么是接近傳感器，傳感器的結構組成

　　接近傳感器是現代信息技術的重要組成部分。傳統意義上的傳感器輸出的多是模擬量信號，本身不具備信號處理和組網功能，需連接到特定測量儀表才能完成信號的處理和傳輸功能。智能傳感器能在內部實現對原始數據的加工處理，并且可以通過標準的接口與外界實現數據交換，以及根據實際的需要通過軟件控制改變傳感器的工作，從而實現智能化、網絡化。由于使用標準總線接口，接近傳感器具有良好的開放性、擴展性，給系統的擴充帶來了很大的發展空間。

　　接近傳感器概念最早由美國宇航局在研發宇宙飛船過程中提出來,并于1979年形成產品。宇宙飛船上需要大量的傳感器不斷向地面或飛船上的處理器發送溫度、位置、速度和姿態等數據信息,即便使用一臺大型計算機也很難同時處理如此龐大的數據。何況飛船又限制計算機體積和重量,因此希望傳感器本身具有信息處理功能，于是將傳感器與微處理器結合，就出現了智能傳感器。

　　智能傳感器是一種能夠對被測對象的某一信息具有感受、檢出的功能；能學習、推理判斷處理信號；并具有通信及管理功能的一類新型傳感器。智能傳感器有自動校零、標定、補償、采集數據等能力。其能力決定了智能化傳感器還具有較高的精度和分辨率，較高的穩定性及可靠性，較好的適應性，相比于傳統傳感器還具有非常高的性價比。

　　接近傳感器是將傳感器的輸出信號經處理和轉化后由接口送到微處理機進行運算處理。80年代智能傳感器主要以微處理器為核心，把傳感器信號調節電路、微電子計算機存貯器及接口電路集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測量技術有了進一步的提高，使傳感器實現了微型化、結構一體化、陣列式、數字式，使用方便、操作簡單，并具有自診斷功能、記憶與信息處理功能、數據存貯功能、多參量測量功能、聯網通信功能、邏輯思維以及判斷功能。

　　接近傳感器大體上可以分三種類型：即具有判斷能力的傳感器；具有學習能力的傳感器；具有創造能力的傳感器。

　　接近傳感器的結構組成

　　接近傳感器系統主要由傳感器、微處理器及相關電路組成，如圖所示。傳感器將被測的物理量、化學量轉換成相應的電信號，送到信號調制電路中，經過濾波、放大、A/D轉換后送達微處理器。微處理器對接收的信號進行計算、存儲、數據分析處理后，一方面通過反饋回路對傳感器與信號調理電路進行調節，以實現對測量過程的調節和控制；另一方面將處理的結果傳送到輸出接口，經接口電路處理后按輸出格式、界面定制輸出數字化的測量結果。微處理器是智能傳感器的核心，由于微處理器充分發揮各種軟件的功能，使傳感器智能化，大大提高了傳感器的性能。

　　接近傳感器的特點

　　接近傳感器智能傳感器可通過自動校零去除零點，與標準參考基準實時對比自動進行整體系統標定、非線性等系統誤差的校正，實時采集大量數據進行分析處理，消除偶然誤差影響，保證智能傳感器的高精度。

　　接近傳感器智能傳感器能自動補償因工作條件與環境參數發生變化而引起的系統特性的漂移，如環境溫度、系統供電電壓波動而產生的零點和靈敏度的漂移;在被測參數變化后能自動變換量程，實時進行系統自我檢驗、分析、判斷所采集數據的合理性，并自動進行異常情況的應急處理。

　　高信噪比與高分辨力

　　由于智能傳感器具有數據存儲、記憶與信息處理功能，通過數字濾波等相關分析處理，可去除輸入數據中的噪聲，自動提取有用數據;通過數據融合、神經網絡技術，可消除多參數狀態下交叉靈敏度的影響。

　　接近傳感器智能傳感器具有判斷、分析與處理功能，它能根據系統工作情況決策各部分的供電情況、與高/上位計算機的數據傳輸速率，使系統工作在低功耗狀態并優化傳輸效率。

　　接近傳感器具有的高性能，不是像傳統傳感器技術那樣通過追求傳感器本身的完善、對傳感器的各個環節進行精心設計與調試、進行“手工藝品"式的精雕細琢來獲得的，而是通過與微處理器/微計算機相結合，采用廉價的集成電路工藝和芯片以及強大的軟件來實現的，所以具有較高的性能價格比。

　　接近傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協調動作，結合長期以來測試技術的研究和實際經驗而提出來的。是一個相對獨立的智能單元，它的出現對原來硬件性能的苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助來使傳感器的性能大幅度提高。

　　智能傳感器通常可以實現以下功能：

　　1、復合敏感功能

　　我們觀察周圍的自然現象，常見的信號有聲、光、電、熱、力和化學等。敏感元件測量一般通過兩種方式：直接和間接的測量。而智能傳感器具有復合功能，能夠同時測量多種物理量和化學量，給出能夠較全面反映物質運動規律的信息。如美國加利弗尼亞大學研制的復合液體傳感器，可同時測量介質的溫度、流速、壓力和密度。美國EG&GIC Sensors公司研制的復合力學傳感器，可同時測量物體某一點的三維振動加速度、速度、位移等。

　　2、自適應功能

　　智能傳感器可在條件變化的情況下,在一定范圍內使自己的特性自動適應這種變化。通過采用自適應技術,由于它能補償老化部件引起的參數漂移,所以自適應技術可延長器件或裝置的壽命。同時也擴大其工作領域,因為它能自動適應不同的環境條件。自適應技術提高了傳感器的重復性和準確度。因為其校正和補償數值已不再是一個平均值,而是測量點的修正值。

　　3、自檢、自校、自診斷功能

　　普通傳感器需要定期檢驗和標定，以保證它在正常使用時足夠的準確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現場拆卸送到實驗室或檢驗部門進行,對于在線測量傳感器出現異常則不能及時診斷。采用智能傳感器時，情況則大有改觀。首先是，自診斷功能在電源接通時進行自檢，診斷測試以確定組件有。其次，根據使用時間可以在線進行校正，微處理器利用存在 E2PROM內的計量特性數據進行對比校對。

　　4、信息存儲功能

　　信息往往是成功的關鍵.智能傳感器可以存儲大量的信息，用戶可隨時查詢。這些信息可包括裝置的歷史信息。例如，傳感器已工作多少小時，更換多少次電源等等。也包括傳感器的全部數據和圖表，還包括組態選擇說明等。此外還包括串行數、生產日期、目錄表和最終出廠測試結果等。內容可以無限，只受智能傳感器本身存儲容量的限制。智能傳感器除了增加過程數據處理、自診斷、組態和信息存儲四個方面的功能外，還提供了數字通訊能力和自適應能力。

　　5、數據處理功能

　　過程數據處理是一項非常重要的任務，智能傳感器本身提供了該功能。智能傳感器不但能放大信號，而且能使信號數字化，再用軟件實現信號調節。通常，基本的傳感器不能給出線性信號，而過程控制卻把線性度作為重要的追求目標。智能傳感器通過查表方式可使非線性信號線性化。當然對每個傳感器要單獨編制這種數據表。智能傳感器過程數據處理的另一個例子是通過數字濾波器對數字信號濾波，從而可減少噪聲或其它相關效應的干擾。而且用軟件研制復雜的濾波器要比用分立電子電路容易得多。環境因素補償也是數據處理的一項重要任務。微控制器能幫助提高信號檢測的精確度。例如，通過測量基本檢測元件的溫度可獲得正確的溫度補償系數，從而可實現對信號的溫度補償。用軟件也能實現非線性補償和其它更復雜的補償。這是因為查詢表幾乎能產生任意形狀的曲線。有時必須測量和處理幾個不同的物理量，這樣將給出各自的數據。智能傳感器的徽控制器使用戶很容易實現多個信號的加、減、乘、除運算。在過程數據處理方面，智能傳感器可以大顯身手。

　　此外，它把這些操作從中心控制室下放到接近信號產生點也是大有好處的。其一是因為把附加信號發送到控制室花費很大，而用智能傳感器就省去了附加傳感器和引線的成本。其二是由于附加信息是在信息的應用點檢測到的，這樣就大大降低了長距離傳輸引入的負效應(如噪聲、電位差等)，從而使信號更準確。其三是可以簡化主控制器中的軟件，提高控制環的速度。

　　6、接近傳感器的另一個主要特性是組態功能。信號應該放大多少倍?溫度傳感器是以攝氏度還是華氏度輸出溫度?對于智能傳感器用戶可隨意選擇需要的組態。例如，檢測范圍，可編程通/斷延時，選組計數器，常開/常閉，8/12位分辨率選擇等。這只不過是當今智能傳感器無數組態中的幾種。靈活的組態功能大大減少了用戶需要研制和更換的不同傳感器類型和數目。利用智能傳感器的組態功能可使同一類型的傳感器工作在最佳狀態，并且能在不同場合從事不同的工作。

　　7、接近傳感器如上所述，由于智能傳感器能產生大量信息和數據，所以用普通傳感器的單一連線無法對裝置的數據提供必要的輸入輸出。但也不能對應每個信息各用一根引線.因為這樣會使系統非常龐雜。因此它需要一種靈活的串行通訊系統。在過程工業中，通常看到的是點與點串接以及串聯網絡.如今的大趨勢是朝串聯網絡方向發展。因為智能傳感器本身帶有微控制器，所以它自屬于數字式的，因此自然能配置與外部連接的數字串行通訊。因為串行網絡抗環境影響(如電磁干擾)的能力比普通模擬信號強得多。把串行通訊配接到裝置上，可以有效地管理信息的傳輸，使數據只在需要時才輸出。

　　接近傳感器的實現是沿著傳感器技術發展的三條途徑進行：a、利用計算機合成，即智能合成；b、利用特殊功能材料，即智能材料；c、利用功能化幾何結構，即智能結構。智能合成表現為傳感器裝置與微處理器的結合，這是目前的主要途徑。

　　按傳感器與計算機的合成方式，目前的傳感技術沿用以下三種具體方式實現智能傳感器。