智能传感器实例

美国Honeywell公司研制的DSTJ－3000型智能式差压、压力传感器，是在同一块半导体基片上用离子注入法配置扩散了差压、静压和温度三种传感元件，其组成包括变送器、现场通信器、脉冲调制器等，如图13－20所示。

图13－20 智能传感器方框图

传感器的内部由传感元件、电源、输入、输出、存储器和微处理器组成，级件可以互换，成为一种固态的二线制 （4～20m A）压力变送器。

现场通信器的作用是发信息，使变送器的监控程序开始工作。

传感器脉冲调制器是将变送器的输出变为脉宽调制信号。

DSTJ－3000型智能压力传感器的量程宽，可调到100∶1（一般模拟传感器仅达10∶1），用一台仪器可覆盖多台传感器的量程；精度高，达0.1％。为了使整个传感器在环境变化范围内均可得到非线性补偿，生产后逐台进行差压、静压、温度试验，采集每个测量头的固有特性数据并存入各自的PROM中。

知识拓展2

虚拟仪器概述

1.虚拟仪器

所谓虚拟仪器 （Virtual Instrument，VI）是指具有虚拟仪器面板的个人计算机，它由通用计算机、模块化功能硬件和控制专用软件组成，是通过应用程序将计算机资源 （微处理器、存储器、显示器）和仪器硬件 （A／D、D／A、数字I／O、定时器、信号调理器）的测量功能结合起来形成的测量装置和测试系统。用户通过友好的图形界面 （称为虚拟面板）操作计算机，就像操作传统仪器一样，通过库函数实现仪器模块间的通信、定时、触发以及数据分析、数据表达，并形成图形化接口。其本质上是利用PC机强大的运算能力、图形环境和在线帮助功能，建立具有良好人机交互性能的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示，通过一组软件和硬件，实现完全由用户自定义、适合不同应用环境和对象的各种功能。形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。

虚拟仪器的演变和发展是仪器发展及计算机技术推动的结果。电子测量仪器经历了由模拟仪器、数字仪器到智能仪器的过程，但计算机处理能力的迅速发展已将传统仪器抛在后面，同时计算机又具有仪器所必需的数据处理、显示、存储功能，高分辨力的图形显示与大容量硬盘也已成为计算机的标准配置。从而使仪器与计算机联姻，使仪器的发展搭上计算机发展的高速列车，就形成了全部可编程的VI仪器。

在虚拟仪器系统中，运用计算机灵活强大的软件代替传统的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是解决信号的输入和输出问题的方法和软件赖以生存、运行的物理环境，软件才是整个仪器的核心，借以实现硬件的管理和仪器功能。使用者只要通过调整或修改仪器的软件，便可方便地改变或增减仪器系统的功能与规模，甚至仪器的性质，完全打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式。给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。

一些虚拟功率谱分析仪面板，在设计上保持了Windows的界面风格，用鼠标单击按钮即可实现数据采集和分析，但显示和处理功能增强了。同时在面板上可以实时改变频率范围、放大倍数，进行加窗处理等。

虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工业生产将产生难以估量的影响。经过十几年的发展，不仅虚拟仪器技术本身的内涵不断丰富，外延不断扩展，目前已发展成具有GBIB、PC－DAQ、VXI和PXI四种标准体系结构的开发技术。可广泛用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘查、生物医疗、教学及科研等诸多方面。

2.虚拟仪器的特点

虚拟仪器是一种全新的仪器概念，与传统的测试仪器相比，它具有以下特点：

①虚拟仪器的功能由用户自行定义和开发。基本硬件确定后，通过调用不同软件即可构成不同功能的仪器。软件技术是虚拟仪器的关键，因此美国国家仪器公司 （National Instruments，NI）提出 “软件就是仪器”的口号。

②虚拟仪器系统的控制器——计算机具有开放性，因而容易实现与网络、外设及其他部件相互间的连接，具有易扩展性，可以构成多种仪器。

③虚拟仪器系统是多微处理器系统，可进行高速测量和精密测量，并能迅速得到分析处理结果。

④计算机强大的图形用户界面 （GUI）和数据处理能力，使仪器将测量与数据分析处理相结合，增强了仪器的显示及分析功能。

⑤虚拟仪器的设计开发灵活，可与计算机技术同步发展，技术更新快。VI仪器技术更新周期为1～2年，而传统仪器的更新周期为5～10年。

⑥基于软件体系的结构，大大节省开发维护费用，价格低。

VI技术已经成为仪器仪表科学的研究开发热点，很多软／硬件产品相继问世，例如采样速率为1GHz的24b精度的数据采集板也已经问市，抗混叠滤波器可按1／6倍频衰减90d B，开放式开发系统 Lab VIEW、Lab WINDOWS和开发工具包 Lab VIEW Application Builder，SQLToolkit，Test Executive，Signal Processing Suit等为VI设计使用提供了完善的环境。