傳感器朝著智能化、電子化、小型化、多功能化方向的發(fā)展勢(shì)不可擋,新產(chǎn)品層出不窮;新一代電子傳感器在消費(fèi)電子、通信電子、醫(yī)療電子等領(lǐng)域因成本低廉、性能優(yōu)異而得到廣泛且大量的應(yīng)用。智能型TEDS傳感器又是一個(gè)新秀。
智能型TEDS傳感器是一種帶傳感器電子數(shù)據(jù)表窗口的新型電子傳感器,它是一種即插即用的電子傳感器。如圖1所示,智能型TEDS傳感器是由電子傳感器和傳感器電子數(shù)據(jù)表窗口(Transducer ElectronicData Sheet)二部分組成,它有數(shù)模混合接口,分別輸出模擬信號(hào)和TEDS數(shù)字信號(hào)。TEDS數(shù)字信號(hào)包含傳感器制造商信息、產(chǎn)品型號(hào)和產(chǎn)品編號(hào)、傳感器的測(cè)量范圍、傳感器在出廠時(shí)的校正信息,也可存儲(chǔ)用戶的信息,它內(nèi)部的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)更多的信息。智能型TEDS傳感器具備嵌入式TEDS EEPROM。
智能TEDS傳感器采用即插即用的自動(dòng)化傳感器測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn):【IEEE 1451.4】。減少了設(shè)定傳感器所需要的時(shí)間;這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使傳感器成為隨插即用的設(shè)備,類似USB鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)上的隨時(shí)可即插即用功能。IEEE 1451.4定義使模擬信號(hào)接口為傳感器加入自我描述行為。這種混合模式接口將傳統(tǒng)的模擬傳感器信號(hào)與低價(jià)位序列數(shù)字連結(jié)結(jié)合,以存取嵌入傳感器中的一份傳感器電子數(shù)據(jù)表信息。為了傳感器即插即用(Sensors Plug & Play)的優(yōu)點(diǎn)延伸到傳統(tǒng)的模擬傳感器,Virtual TEDS以電子檔案格式提供同樣的傳感器電子數(shù)據(jù)表窗口。透過(guò)TEDS,傳感器可以向它所連接的數(shù)據(jù)擷取系統(tǒng)表明及描述自己的身份。

IEEE 1451.4 標(biāo)準(zhǔn)
IEEE 1451.4【智能型傳感器混合模式接口】標(biāo)準(zhǔn)定義可以為傳統(tǒng)的模擬模式傳感器增加自我身份證明技術(shù)。IEEE 1451.4由傳感器廠商、儀器及軟件供貨商和使用者聯(lián)合開發(fā),定義了兼具模擬和數(shù)字接口的混合模式傳感器的概念。模擬電子接口以傳統(tǒng)的方式提供反應(yīng)物理現(xiàn)象的信號(hào)(例如溫度、壓力及重力)。數(shù)字接口,利用傳感器內(nèi)部的內(nèi)嵌內(nèi)存裝置可與后端設(shè)備通訊。
在過(guò)去,當(dāng)設(shè)定及組態(tài)量測(cè)系統(tǒng)時(shí),必須手動(dòng)輸入重要的傳感器參數(shù),例如測(cè)量范圍、傳感器靈敏度以及比例參數(shù),軟件才能正確地轉(zhuǎn)換及解讀傳感器數(shù)據(jù)。現(xiàn)在,具備智能型TEDS傳感器的系統(tǒng)可以自動(dòng)完成這個(gè)組態(tài)步驟,同時(shí)也提高系統(tǒng)的整體整合性和穩(wěn)定度。
雖然其它的智能型傳感器系統(tǒng)亦提供隨插即用的功能,但是IEEE 1451.4的獨(dú)特性是因?yàn)樗A魝鞲衅鞯哪M輸出。因此,智能型TEDS傳感器與內(nèi)含傳統(tǒng)模擬接口的舊系統(tǒng)兼容。而IEEE 1451.4規(guī)格的簡(jiǎn)易性也擁有舊式傳感器實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。IEEE 1451.4標(biāo)準(zhǔn)的兩項(xiàng)組件為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)窗口以及混合模式接口。
IEEE 1451.4對(duì)于TEDS結(jié)構(gòu)的定義非常簡(jiǎn)潔,但是有足夠的彈性和延伸性,可以處理多種傳感器類型和需求。TEDS信息區(qū)分為數(shù)個(gè)重要區(qū)段。TEDS的第一個(gè)部份是Basic TEDS,其中含必需的傳感器辨識(shí)信息,包括傳感器的制造廠商、型號(hào),以及序號(hào)。BasicTEDS之后可能是一份IEEE標(biāo)準(zhǔn)TEDS,其中包括該傳感器的特定“數(shù)據(jù)窗體”信息,通常是正確設(shè)定電子接口及轉(zhuǎn)換量測(cè)數(shù)據(jù)為工程單元時(shí)所必須的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō),TEDS參數(shù)包括量測(cè)范圍、電子輸出范圍、靈敏度、電力需求,以及校正數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)TEDS區(qū)段描述使用該傳感器進(jìn)行量測(cè)所需的一切數(shù)據(jù)。
IEEE標(biāo)準(zhǔn)為不同類型的傳感器指定標(biāo)準(zhǔn)TEDS格式,將之定義為樣版。樣版提供方法,讓量測(cè)系統(tǒng)將儲(chǔ)存在智能型TEDS傳感器的EEPROM(或虛擬TEDS檔案)中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有意義的傳感器規(guī)格。這一群IEEE標(biāo)準(zhǔn)樣版包括IEPE(持續(xù)電流供應(yīng)動(dòng)力)加速度計(jì)及麥克風(fēng)、IEPE壓力傳感器、惠斯頓電橋傳感器、張力計(jì)、負(fù)載及力度變換器、熱電偶、RTD、電熱調(diào)節(jié)器、LVDT/RVDT、張力傳感器,以及具備電壓或電流輸出信號(hào)處理的任何類型傳感器。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)也允許廠商定義自己的子樣版,可以代替標(biāo)準(zhǔn)樣版或配合使用,以容許專屬的參數(shù)及條件。
最后,TEDS的最后一部分可以讓使用者將自訂數(shù)據(jù)及信息儲(chǔ)存在傳感器中。這是一項(xiàng)非常有用的功能,可以將傳感器編碼ID、額外的維護(hù)信息,或是其它的自定信息儲(chǔ)存在傳感器中。
IEEE 1451.4混合模式接口
依照IEEE 1451.4定義的智能型TEDS傳感器包括一個(gè)混合模式接口,同時(shí)包括一個(gè)模擬信號(hào)(供量測(cè)信號(hào)使用)及序列數(shù)字信道(供存取數(shù)字TEDS信息之用)。在這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中,定義了兩種類型的混合模式接口:Class 1及Class 2接口。
Class 1接口主要用于持續(xù)電流供電的壓電傳感器(如加速度計(jì)、麥克風(fēng)等),并且定義了一個(gè)流程,可以順序地在一對(duì)傳感器線路的模擬模式和數(shù)字TEDS模式之間切換。持續(xù)電流供電傳感器(如電子壓電傳感器)整合了內(nèi)部信號(hào)調(diào)節(jié),由信號(hào)線路上的量測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電流作為動(dòng)力。Class 1 傳感器透過(guò)一個(gè)由電流來(lái)源方向控制的開關(guān)來(lái)加入TEDS的功能,以利用這種實(shí)質(zhì)上的標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。只要改變電流的方向,儀器系統(tǒng)即可進(jìn)入傳感器數(shù)字TEDS模式。
大部份的傳感器類型使用Class 2接口的型態(tài),它需要額外的線路供數(shù)字TEDS通訊使用。傳感器的模擬輸入/輸出沒(méi)有經(jīng)過(guò)修改,雙線路TEDS接口則平行加入模擬接口中。透過(guò)這種方法,你可以將TEDS運(yùn)用在任何類型的放大或未放大傳感器上,包括熱電偶、RTD、電熱調(diào)節(jié)器、橋接傳感器、電解化學(xué)電瓶,以及4-20 mA電流回路傳感器。事實(shí)上,利用Class 2的“加入”法,很容易使用各種現(xiàn)有的傳感器設(shè)計(jì)。

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