IEEE 1451.4 TEDS 感測器範本概述

IEEE 1451.4 是新興的標準,適用於將隨插即用功能新增至類比傳感器。插即用識別的基礎機制,就是 TEDS 的標準化 (簡稱傳感器電子資料表)。TEDS 包含儀器或量測系統所需的重要資訊,以識別、特性分析、介接與正確使用來自類比感測器的訊號。感測器類型、製造商與校準資訊等資料只是 TEDS 上儲存的部分資料。TEDS 的部署方式共有兩種：首先,TEDS 可存放於類比傳感器內部的嵌入式記憶體 (一般為 EEPROM),如 IEEE 1451.4 標準所定義。第二種方式是讓虛擬 TEDS 以個別檔案的形式存在,且可透過網際網路下載。此一虛擬 TEDS 概念可將標準化 TEDS 的優點延伸至舊款感測器,以及無法使用嵌入式記憶體或 EEPROM 的應用。

IEEE 1451.4 標準定義了為各種感測器類型編碼 TEDS 資訊的方法。為了涵蓋如此廣泛的範圍,同時將記憶體使用率降到最低,IEEE 1451.4 TEDS 概念採用範本概念,用於定義不同感測器類型的特定屬性。本文說明 IEEE 1451.4 TEDS 的架構與內容,包括基本 TEDS 與這些特定感測器範本。

以下列舉使用 TEDS 感測器的部分優點:

• 資料穩定性
• 將傳感器資料自動「上傳」至軟體
• 輕鬆連接
• 更快速的感測器設定
• 避免手動輸入
• 開放標準

IEEE 1451.4 規格將 TEDS 定義為由多個環節合而為一,以形成完整的 TEDS。第一部分是基本 TEDS,其中包含基本的識別資訊。一般而言,其中 1 組 IEEE 標準 TEDS 會根據基本 TEDS 定義特定感測器類型的重要屬性。您也可以選擇此標準範本的 TEDS 加以校準。TEDS 資料中的 2 位元選擇元件,會指出下列部分。最後,TEDS 的結尾部分指定為開放式使用者區域。

與虛擬 TEDS 檔案不同的是,將 TEDS 資料程式化至 EEPROM 時,TEDS 資料也會包含一個核取值 (圖 1 並未提供)。

傳感器 TEDS 的前 64 位元是基本 TEDS。基本 TEDS 可唯一識別傳感器，並包含裝置的製造商 ID (14 位元)、型號 (15 位元)、版本字母 (5 位元字元代碼)、版本號碼 (6 位元) 與序號 (24 位元)。此資料會根據表 1 所述格式在非揮發性記憶體中分類。

表 1.基本 TEDS 內容

	位元長度	可允許範圍
製造商 ID	14	17 - 16381
型號	15	0-32767
版本編號	5	A-Z (資料類型 Chr5)
版本號碼	6	0-63
序號	24	0-16777215

注意 — 許多傳感器均使用此標準的草稿版本 (D0.9x),其中針對基本 TEDS 所說明的格式不同於此標準所使用的格式。如需相關資訊,請參閱附錄 A。

製造商 ID 是製造商的列舉資訊。NI 已將數個 ID 指派給早期採用者,未來會由 IEEE 負責管理。這些 ID 指派也會透過 IEEE 或軟體供應商提供的 ASCII 文字檔案提供。軟體可使用此檔案顯示製造商名稱。數值 0-16 與 16382-16383 可供特殊用途使用,例如多節點設定中的節點清單,以及使用者定義範本。

其餘基本 TEDS 的應用與指派,應由製造商自行決定。具體而言,型號可定義為特定製造商的型號名稱列舉。製造商可能會以適用於軟體應用的 ASCII 檔案形式提供這份列舉內容。

此標準定義了表 2 所列的常見傳感器類別範本集合。範本 25 到 39 為傳感器類型範本,當中包含特定傳感器類型所需的屬性。範本 40、41 與 42 都是校準範本,可搭配任何一種傳感器類型範本使用。



下列各節的表格總結了各個 IEEE 標準範本的內容。表格的每一列各對應屬性指令 (在具有 % 符號的範本中指定) 或控制指令,這些指令會使用來自 TEDS 的位元,例如選擇條件。許多表格中的第一欄標記為「選擇」,表示範本中的「選擇案例」的不同條件。舉例來說,從 TEDS 讀取的 2 位元選擇條件可能包含 4 個不同的條件,每個條件都包含一個範本區段,用於對應的選擇條件值。

該表格也詳細說明每個屬性所使用的位元數、存取等級 (使用者、校準或識別),以及資料類型。表 3 列出了這些標準範本所使用的資料類型。

表 3.IEEE 標準範本所使用的資料類型

ConRes 與 ConRelRes 可定義位元對應的有限範圍,以最少的位元使用率編碼非整數值。範本會列出 ConRes 與 ConRelRes 屬性的範圍與解析度。

範本 25:加速規與強制傳感器
此範本適用於採用定電流推進的動態加速規與強制傳感器,或稱為 IEPE。

範本 27:麥克風 (內建前置放大器)

此範本適用於內建前置放大器的量測麥克風。這些裝置通常會配備定電流供電的介面,也就是 IEPE。

範本 26, 28, 29 與 43

範本 26 與 43 適用於電荷放大器,其中註明隨附的壓電傳感器,例如加速規或力傳感器。範本 28 為麥克風前置放大器範本,可指定隨附的麥克風電池組。範本 29 為電容麥克風範本。

範本 26、28、29 與 43 的內容與組合詳情,請參閱 IEEE 1451.4 規格的附錄 A。

範本 30:高級電壓輸出範本

此範本是適用於多種感測器的通用範本。幾乎任何具有類比電壓輸出的感測器皆可使用此範本。第一個 6 位元的 Select Case 會指出實體量測與對應單位 (例如 PSI、N、m/s²、mm、% 等)。

範本 31:電流迴路輸出範本

如同電壓輸出範本,此範本是一種通用範本,可搭配使用多種感測器。幾乎任何具有電流迴路輸出的感測器 (一般是 4-20 mA 或 0-20 mA) 皆可使用此範本。第一個 6 位元的 Select Case 會指出實體量測與對應單位 (例如 PSI、N、m/s²、mm、% 等)。

範本 32:電阻輸出感測器範本
此範本是通用範本,適用於任何以可變電阻為電力輸出的感測器。如果將電阻感測器設為電位計,則範本 39 會更適合使用。第一個 6 位元的 Select Case 會指出實體量測與對應單位 (例如 PSI、N、m/s²、mm、% 等)。

範本 33:橋接感測器範本

橋接式感測器範本適用於任何電氣輸出介面為具線性輸出的電阻橋接式感測器。舉例來說,可能是荷重元、壓力感測器或加速規。第一個 6 位元的 Select Case 會指出實體量測與對應單位 (例如 PSI、N、m/s²、mm、% 等)。

範本 34:AC LVDT/RVDT 範本
橋接式感測器範本適用於 AC 架構的線性可變差動轉換器 (LVDT) 與旋轉可變差動轉換 (RVDT) 感測器。第一個 3 位元的 Select Case 會指出實體量測值與對應單位 (例如 m、mm、inches、radians 或 degrees)。

範本 35:應變規範本

應變規範本適用於用於橋接量測設定的應變規。雖然橋接讀數的調整會根據應變規因數進行,且可能會或不會是線性,但仍包含最小與最大物理與電子範圍的屬性,用於定義感測器的作業範圍。

應變規的特色在於，許多量測參數都取決於應變規的安裝與固定方式。因此,範本內含更多屬性,這些屬性都會由量測設定與安裝量表的屬性來決定。舉例來說,可以提到鮑松係數、Young 的調變,以及橋接類型 。

範本 36:熱電偶範本

熱電偶範本會註明量測範圍、電力輸出範圍,以及熱電偶類型。此範本不提供非標準熱電偶曲線的詳細規格。

範本 38:熱敏電阻器範本

熱敏電阻器範本使用 Steinhart-Hart 熱敏電阻器方程式指定熱敏電阻器的作業。

範本 37:電阻溫度偵測器 (RTD) 範本

RTD 範本可透過 RTD CURVE 選擇條件,使用 Callendar-Van Dusen 係數來指定標準 DIN CURVE (條件 0 至 5) 或客制化 CURVE (條件 6 與 7)。

範本 39:電位計電壓分配器範本

溫度 39 適用於以電阻分壓器配置配置為電位計的感測器。第一個 6 位元的 Select Case 會指出實體量測與對應單位 (例如 PSI、N、m/s²、mm、% 等)。

IEEE 標準包含 3 個指定為校準範本的標準範本,可搭配上一節中的任一標準傳感器範本使用。校準表與校準CURVE範本可提供完整的感測器輸入對輸出曲線指定機制。

校準表範本 (ID = 40) 可納入多重資料對,以指定感測器的輸入/輸出功能。校準表範本會使用標準傳感器範本中包含的最小與最大實體與電子值,並且指定在這些範圍內的資料對任意數 (表 16 中的值 n)。

校準CURVE範本 (ID = 41) 可將感測器的輸入/輸出函式指定為多區段多項式CURVE。校準 CURVE 範本會使用標準傳感器範本中包含的最小與最大實體與電子值,並在這些範圍內指定任意數量的多項式曲線。

透過頻率響應表範本 (ID = 42) 即可將感測器的頻率響應函式指定為一組振幅頻率資料組合。

許多傳感器均搭配 IEEE 1451.4 標準的初始版本,稱為 v0.9。這些感測器中的 TEDS 為基本 TEDS 使用不同的格式,以及不同的範本。雖然已有使用 ID 值 0 到 24 的範本,但下表總結了最受歡迎的舊版範本,以及這些感測器所用的基本 TEDS。

表 19.適用於 v0.9 舊版感測器的基本 TEDS 內容

	位元長度	可允許範圍
製造商 ID	12	17 - 4095
型號	16	0-65535
版本編號	5	A-Z (資料類型 Chr5)
版本號碼	6	0-63
序號	24	0-33554431

另請參閱:

在 LabVIEW 中讀取智慧型 TEDS 感測器與虛擬 TEDS 檔案