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闫  军

¿  引言
智能传感器最初是由美国宇航局1978年在开发出来的产品。因为宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，于是提出把CPU分散化，从而产生出智能化传感器。随着微电子技术的发展，1983年美国Honeywell公司首次推出用于过程工业的智能压力传感器。其它公司纷纷效仿，先后研制出各自的智能传感器产品。光电传感器具有反应速度快，能实现非接触测量，精度高、分辨率高和可靠性好等优点，因此在军事、工业检测与控制领域获得广泛应用，也使光电传感器的智能化倍受关注并获得迅速发展。
智能传感器过去主要用于过程工业，如今在离散自动化领域和商业领域都有广泛应用。尤其是近十年，由于半导体技术的迅速发展，使微控制器的功能不断升级，价格不断下降，从而引起工业传感器设计的革命，也使检测技术的发展跃上一个新台阶。
¿  智能传感器提高了检测的准确度
由于微控制器分辨能力的提高，各种离散和模拟传感器的准确度也随之提高，如普通红外传感器、可见光光电传感器、激光传感器和超声波传感器等。微控制器能分析出检测场合的状况，鉴别出只有1%的对比度变化。现在带有16位微控制器的光纤传感器可实现12比特的A/D分辨率。彩色条码检测装置至少能检测16个灰度等级，从而为低对比度场合提供理想的彩色对比度、灵敏度。用于测量和描绘物体的高分辨率屏幕分辨率达2.5mm。带微控制器的智能激光传感器可实现3m的分辨率。新的聚焦光束传感器能产生0.25mm的光点，能检测微小产品和产品边缘。精密测量用的超声波传感器有模拟和数字两种输出。另有一种专为精密测量应用而设计的带微控制器的超声波传感器，有可编程的检测窗口，分辨率为0.08mm。
¿  可设置灵活的检测窗口
过去工程师用固定量程的检测装置解决检测应用时，需要3:1的亮暗对比度。如今用带微控制器的智能传感器拥有可编程只有1%对比度变化的常规检测窗口，而且通过按钮可设置在指定检测范围的任何位置，从而为检测的应用提供了极大的灵活性。尤其对于精密检测和被测目标限定在一定空间的场合更重要。
¿  快捷方便的按钮编程
带微控制器的传感器比以往任何普通传感器的功能都强得多。它具有更快捷的编程方式，并且调整操作也更少了。用户可用按钮编程实现多种功能的转换，包括习惯的检测窗口、独立的模拟输出和数字输出、亮暗操作、响应速度和关断延迟选择等。利用它很容易对传感器进行编程和重新编程，因此容易满足不同场合的不同要求。输出响应时间可编程的传感器使用户能按自己的机器周期通过按钮选择理想的响应时间。许多这类传感器能提供多个量程和多种响应时间供用户选择，从而提高了一种检测装置的通用性。离散输出的传感器可编程为通/断检测、高/低液位控制和产品边缘控制等。
大多数可编程的传感器能通过导线连接外部开关、工业PC机或可编程控制器，完成对无法接近的装置实现远距离编程。

¿  智能传感器的学习功能
利用嵌入智能和先进的编程特性相结合，工程师已设计出了新一代具有学习功能的传感器。它能为各种场合快速而方便地设置最佳灵敏度，不再用过去那些开关、电位器或双列直插式开关组件了。
学习模式的程序设计使光电传感器能对被检测过程取样，计算出光信号阈值，自动编程最佳设置，并且能在工作过程中自动调整其设置，以补偿环境条件的变化。还能使传感器识别出低对比度条件，自动提高灵敏度，这就是自适应技术。这种能力可以补偿部件老化造成的参数漂移，从而延长器件或装置的使用寿命和扩大其应用范围。
  提供模拟和离散输出
许多带微控制器的传感器能通过编程提供模拟输出、离散输出或同时提供两种输出，并且各自具有独立的检测窗口。
最新的智能传感器都能提供两个互不影响的输出通道，具有独立的组态设备点。因此用户可用一个可编程装置同时解决精密测量和有无检测任务。
一些新的光纤传感器带有可测性输出。它把输出模拟信号平均分布在整个编程的检测窗口，以提供连续一致的响应，这样不仅可以简化装置，而且在电气噪声严重的场合也能获得最佳检测分辨率。
¿  自诊断功能
带微控制器的智能传感器还具有先进的自诊断功能和直观的指示方式，可连续显示诊断结果和工作状态。自诊断功能包括两个方面，一是外部环境条件引起的工作不可靠，传感器能给出警示信号。二是传感器内部故障造成的性能下降也能给出诊断信号。无论内外部因素，诊断给出的信息都能使系统在故障出现之前报警，从而减少系统停机时间，提高生产率。
例如，纸箱厂在制造波面纸箱时要采用大量传感器控制自动化设备，使材料转换角度并切成纸板箱。然而，由于切割过程会造成纸尘飞扬，落下的纸尘会遮盖光学传感器的检测透镜，使传感器无法工作。在这种场合，没有诊断功能的普通传感器无论功率多大都无法工作。国外一家纸箱厂采用有诊断功能的智能光电传感器巧妙地解决了这个问题。由于智能传感器可监测环境条件的渐变，当传感器透镜积尘到使信号小到一定程度时，传感器将给出报警信号。用户利用这个输出信号控制对准透镜的空气压缩机的电磁阀打开，喷出的强气流吹掉镜面尘屑，使传感器又恢复常态。这是一个完全自动的过程，没有操作者的介入。
 ¿ 智能化使开发新应用更经济更方便
嵌入智能增加了设计的灵活性，缩短了完成周期，降低了开发新应用的成本。设计工程师只用一个传感器通过改变或重新编程微控制器，或者通过升级软件的方法就能满足许多检测的需要。
修改或升级现有传感器肯定比进行一个新设计更快、更容易、更经济。传感器软件设计和调整所花的费用、时间和劳动也肯定比通常硬件设计所花的要少得多，而且软件既轻便又可重复使用。