|
設計智慧型感測系統
作者：Jon Titus，ECN資深技術編輯
只要在測試系統中放置一些負載單元，就可能得到令人驚訝的原始測量結果。對於給定的恒定壓力，這些感測器可以產生略微不同測量值。這種輕微的變化來源於感測元件的本質，不存在兩個特性完全相同的感測元件。負載單元、加速計以及其他感測器要求定期的仔細標定，從而產生工程人員可用於對感測器資料進行線性化處理的資訊。
感測器製造商提供的資料表通常包含針對每個感測器的標定資料，然而，由於測試系統依賴於大量的感測器，將這種資訊輸入電腦並利用其調整感測器參數值可能會非常麻煩。
為了簡化感測器標定以及其他感測器相關資訊的使用，資料擷取系統的感測器用戶和製造商推動了IEEE
1451標準的開發。該標準包含一個規範感測器電子資料表（TEDS）的章節。大體上說，用於測量負載、轉矩、加速度、位移和壓力的感測器可以包含一片小型記憶體晶片，其中存儲有關該感測器的資料表資訊。IEEE標準規定了電阻及電橋感測器、應力計、熱電偶和加速計等16種常用感測器類型。TEDS可以提供下列資訊：
製造商標識（ID）、型號和序列號等基本資訊； 靈敏度、響應時間和測量範圍等標準資訊和擴展資訊；還有用戶資訊。
IEEE
1451.4標準建立了一個感測器範本。製造商可以使用已知的格式組織資訊，而用戶則能夠方便地提取和使用這些資訊。這些範本可以包含三種標定子範本，即一個標定資料表、一個標定曲線（多項式）或者一個頻率響應表。
TEDS分類方案
在硬體方面，基於TEDS的感測器可以歸於兩個大類：Class-1和Class-2。Class-1感測器可以作為電壓或電流驅動器件工作（如圖1所示），並且提供同樣的與非TEDS感測器等價的雙線和三線連接。此類感測器與TEDS資料發送共用類比輸出線。在符合IEEE
1451.4標準的資料擷取卡的控制下，感測器將其TEDS資料發送到該卡。
電流驅動的感測器檢測反向電流，並在電源線上產生TEDS資訊。另一方面，電壓驅動的感測器則檢測電流，並在感測器輸出連接上提供TEDS資訊。
TEDS 記憶體晶片不會影響感測器的正常工作。因此，Class-1感測器能夠在無法讀取TEDS資料的早期測試系統中工作。同樣，能夠從感測器中接收TEDS資訊的資料擷取卡也可以與非TEDS感測器一起工作。在這種情況下，軟體將無法在感測器中找到TEDS資訊，而是要求用戶手工輸入標定資料。因此，採用
Class-1 TEDS感測器並不要求更換現有的資料擷取系統。PCB Piezotronics（Depew，NY）公司是一家加速計製造商，根據其部門經理Craig
Aszkler的說法，那些升級測試系統的公司通常在頭一年購買TEDS的感測器，然後在下一年購買TEDS相容的資料擷取設備。這種方法使得他們能夠將設備成本攤分到兩年，同時又不會影響測試系統的性能。
基於TEDS的Class-2感測器提供獨立的資料和感測器連接，因此感測器和 TEDS記憶體可以同時獨立地工作（圖2）。對於濕度感測器和pH電極等各種類型感測器的製造商來說，這種記憶體與感測器的分離意味著可以在不關心感測器電子技術的情況下增加Class-2
TEDS能力。感測器製造商只需增加記憶體晶片和兩條專用數位通訊線即可。Class-1和Class-2兩種器件均使用許多積體電路都支援的工業標準單線通訊協定。（請參見：進一步閱讀材料。）
希望利用TEDS技術，而又不想修改測試硬體的公司可以透過虛擬TEDS來獲得感測器專用資料。感測器廠商提供電子形式的TEDS資訊，用戶可以下載（圖3）。透過少量的編程工作，就可以將這些資訊輸入到儀器控制和資料分析軟體中。例如，
National Instruments公司的DAQmx驅動程式就具有擷取虛擬TEDS資訊的能力。
基於TEDS的感測器的易用性和即插即用能力，似乎為提供該技術給測試設備的用戶和開發商帶來好處。但是迄今為止，對TEDS能力感興趣的主要還是大型公司。
Lebow（Troy，MI）公司是一家轉矩和負載單元感測器供應商，不同於其他提供TEDS晶片的感測器公司，該公司不管客戶是否要求，都包含了一片TEDS晶片，也許這種方法將會提升TEDS的接受程度。
TEDS無線化
支援感測器通訊的新型無線方法可能有助於推動TEDS技術的認知和使用。IEEE
1451標準委員會已經開發了1451.5規範，不久將提交委員會的IEEE成員進行投票表決。該標準將應用於採用WiFi（802.11）、
Bluetooth（802.15.1）或ZigBee（802.15.4）通訊鏈路的無線感測器。National Instruments公司的Dave
Potter說：“將1451.5看作運行在協議棧之上的應用層，該標準規定了如何‘發現’感測器，如何與之通訊，以及如何獲得TEDS資訊。”由於無線感測器的使用需要新的設備，因此感測器製造商將有機會從一開始就將TEDS資訊作為標準特性包含在內。
|