Интеллектуальные датчики - новый подход в приборостроении

Бурное развитие микропроцессорной техники привело к созданию принципиально новых измерительных преобразователей – интеллектуальных датчиков, содержащих в одном корпусе преобразователь и микропроцессор, что позволяет выполнять основные операции по преобразованию и повышению достоверности измерительной информации в месте ее возникновения.

Одним из основных принципов интеллектуального подхода к созданию исполнительных механизмов нового поколения заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным (электронным, компьютерным и информационным) компонентам, которые легко перепрограммируются под новые задачи.

На рис.унке1 представлена структура интеллектуальных датчиков.

По данным рисунка 1, работу датчика в упрощенном виде можно описать так: сенсор, созданный на основе монокристаллического кремниевого элемента, преобразует давление в электрический сигнал, который усиливается и передается в микропроцессор, установленный в самом

Рис. 1. Структура интеллектуальных датчиков

приборе, а не в центральный контроллер, освобождая его от необходимости обработки больших объемов первичной информации.

В автоматических системах управления и контроля интеллектуальные датчики выполняют следующие основные функциональные задачи:

• •    преобразование входного сигнала в сигнал требуемого вида с воспроизводимой функциональной связью между ними;

• •    преобразование полученного сигнала в форму, обеспечивающую помехозащищенную передачу к устройству обработки данных по каналу связи;

• •    избирательную регистрацию и предварительную обработку выходного сигнала;

• •    подавление существенных для решения данной задачи помех (возмущающих воздействий);

• •    реагирование на изменяющиеся условия в точках контроля;

• •    обеспечение и контроль собственного функционирования.

Анализируя рассмотренные данные, можно сформулировать следующее определение интеллектуального датчика – это датчик, обладающий способностью автоматической адаптации к источнику сигнала и окружающей среды, а также способностью контролировать свои функции, корректировать ошибки измерений.

Интеллектуальные датчики надежней традиционных, так как они позволяют:

• •    упростить измерительный преобразователь, используя возможности его характеристик с помощью программного обеспечения;

• •    свести к минимуму аналоговую часть – источник неисправности искажений;

• •    ввести системы автоматическою контроля старения ко-

• митентов, повышающие надежность датчика в целом (обнаружение перенапряжений, разогрева, избыточного статическою давления и т.п.);

• •    контролировать состояние окружающей среды для обнаружения отклонений и исключения работы датчика не установленных пределов; – контролировать работоспособность отдельных элементов и узлов, в том числе напряжения питания ни прецизионных элементах, уровни срабатывания, токи и напряжения смещения;

• •    осуществлять автоматическую само калибровку по внешним или встроенным эталонным источникам.

Программное обеспечение позволяет автоматически управлять процессом измерений: включением/выключени-ем, сменой диапазонов, переключением каналов измерений, частотой калибровки, порядком адресации [1]. Выбор алгоритма, тест-сигналов, точек и времени измерений и др., а также выбор фильтров в соответствии с параметрами помех осуществляется в соответствии с задачами измерений или по командам управляющей ЭВМ. Связь ИД с управляющей ЭВМ и другими периферийными устройствами реализуется программными способами по общей шине; передача сигналов осуществляется в режимах квитирования, с прерыванием и контролем программных средств, с последовательным и параллельным опросом, в режиме передачи и приема сигналов управления. ИД позволяет обрабатывать результаты измерений с целью сжатия пересылаемой информации, реализуя контроль предельных значений, а также выполняя заданные математические и логические операции в соответствии с поставленной задачей измерения [2].

На выходе интеллектуальные датчики дают аналоговый электрический сигнал и цифровой сигнал совместимый с протоколами HART (наиболее распространенный), Modbus, FieldBus и другими.