传感器数字I/O模块的选择

　　 数字传感器与模拟传感器不同，模拟传感器的输出值是一个在整个输出范围内连续变化的值，而数字传感器的输出值只有两种，非 “0”即“1”。轻触开关就是数字传感器的一个简单的事例，没有被按下时，一般是一个阻抗无穷大的开路电路;按下之后，则变成一阻抗为零的短路电路。

     数字传感器及由数字信号驱动的激励器的应用很广泛，几乎所有现实中的变量测量中都可以找到数字传感器的应用，它的数字输出有多种格式，这里首先根据输出信号和电路接口的类型对数字传感器分类，然后指出在选择与传感器接口的数字I/O模块时应注意的一些问题。

　　 在将数字传感器与数据捕获设备对接时，必须考虑一些可能影响接口性能的关键因素。

　　 数字传感器分类

　　 随着技术的进步，市场上出现了多种复杂的数字传感器，目前传感器已经能够产生一长串的开关状态转换，使用这些传感器时，输出脉冲序列的频率特性，使得连续测量变为可能。

     图1按照传感器输出的驱动信号的信号特征对传感器进行分类(有5种），其中，45%的数字传感器是以数字线的开关状态表征输出，35 %以输出信号的频率表征输出，12 %则是以输出信号的占空比来表征输出，另有6%以时间间隔表征，2%以脉冲数表征。 

　　                        

　　 在选择捕获传感器数据所需的工业数字模块时，能够表达传感器测量结果的信号特征是个需要考虑的选择参数。在决定所选择的数字I/O模块中是否需要计数器时，这一参数尤其重要。

      吸入和泵出的概念与用来完成操作的元件无关(不论元件还是晶体管、机械继电器还是其它)。这一概念对任何DC电路都适用，用于实现这一电路的元件可以有多种选择。

　　 2线传感器及3线传感器

　　 这种传感器与数据捕获设备串联，当传感器未被激活时，它只吸收一个操作电流，这一电流值等于传感器的关态泄漏电流，也称之为残余电流。工业环境中，这些2线传感器一般直接连接到电机，以及类似电机的低阻设备。

　　 如果传感器所需的残余电流高于数字I/O模块能够提供的电流，那问题就出现了。这时数字I/O模块可能会因为传感器吸收的电流高于它准备提供的电流而错误地将关态检测为开态。工业应用中的大多数2线传感器的关态泄漏电流或残余电流都不高于1.7毫安。

　　 与关态类似，传感器要维持开态也需要一个电流，这就是保持电流(minimum holding current)，其值通常在3毫安到20毫安之间。如果数字I/O模块不能吸收或提供该电流，那么传感器将无法正常工作。

　　 3线传感器并不直接通过数字输出线获取能量，而是从一个激励终端获取能量，某些厂商也将这种传感器叫做线路驱动传感器。这类传感器从数字I/O模块处吸收的电流叫做负荷电流，通常为20毫安左右。

　　 数字传感器驱动电路

　　 按照实现传感器输出的电子元件分类。驱动数字传感器输出的电子元件通常有三种：机械继电器、晶体管及双向FET器件。

　　 机械继电器是一种电磁器件，闭合触点时能够接通电路，断开触点时能够切断电路。这种器件能够承受高压下的电流负载。机械继电器属于低速器件一般用在以线路状态表征输出结果的传感器中。此器件出现的问题是触点老化和阻抗增大，它的触点的寿命由电流负荷和工作频率决定。与计数器或者数字I/O模块连接时，机械继电器有时会由于触点反弹而输出不确定结果。

　　 晶体管是用于控制DC电流的固态器件，有NPN型和PNP型，通常在低直流电源的传感器中用作输出开关。图2给出了一个NPN型集电极开路晶体管。

                                      

     双向FET器件是以一种叫做双向FET输出的结构实现的。该结构有许多优点，重要的是它能够直接与TTL和 CMOS电路接口，具有关态泄漏电流低和响应速度快的特性。FET的意思是场效应晶体管，它是一种适合于用作数字传感器输出的器件，因为其工作特性接近理想模型。

     在选择数字I/O模块时，我们必须回答以下三个问题：
          1．传感器输出的数字信号的什么特征能够表征传感器的测量结果？从列表1你就能选择一组数字I/O模块。 
          2．传感器的输出是吸入型输出还是泵出型输出？表1同样也提供了一组根据吸入和泵出能力分类的NI数字I/O板，如你所采用的传感器是吸入型输出，那么你就需要选择一块泵出型输入的I/O板，反之亦然。
         3．用来实现传感器输出的是什么元件？现在我们可能就需要考虑传感器的关态泄漏电流和开态保持电流。比较表2中传感器的规格和数据捕获设备的规格，就能选出比较适合你传感器的数字I/O设备。