什么是IEEE 1451.4的TEDS传感器技术？

由數據採集專家 Grant Maloy Smith 撰寫

在本文中, 我们将讨论由 IEEE-1451定义的TEDS 传感器技术。在这篇文章中，你可以：

• 了解 TEDS是如何节省您的时间和金钱，并防止安装错误 
• 学习 更多关于 TEDS 如何工作的信息
• 理解 数据采集系统使用TEDS传感器的好处

准备好开始了吗？ Let's go!

什么是TEDS?

“TEDS”是传感器电子数据表(transducer electronic datasheet)的缩写。这是一个可以存储变送器，传感器和执行器的关键信息的标准化方式。

TEDS 允许传感器在一个真正的“即插即用”, 消除几乎所有在安装期间的手动输入，并确保正确的应用设置。你可能会听到他们也被称为“智能传感器”。

典型的 TEDS 芯片 是一个非常小的 EEPROM

想象一下，一个微小的安装在传感器内部EEPROM，包含如下信息：

• 传感器类型
• 序列号
• 型号
• 标定数据
• 制造商

当传感器连接时，测量系统可以读取这些信息，从而简化了传感器的设置。下一节将详细介绍这个问题。

TEDS 是由美国电气和电子工程师协会(IEEE)开发的，作为传感器和执行器的“智能传感器”标准的一部分。该标准定义了用于向传感器读取和写入数据的数字通信协议。有关详细信息，请参阅IEEE Std 1451.4 (2004)™，有时简称为 IEEE 1451。

由于它是一个开放的标准，所以TEDS设备应该是跨平台的，任何制造商的产品都可以互换使用。详细的技术信息可以从 IEEE 的 P1451.4 - 传感器和执行器的只能传感器接口标准-混合模式通信协议和传感器电子数据表(TEDS)格式获得。

TEDS装置的类别

有两类 IEEE 1451.4 TEDS设备：

• 1类 设备 模拟信号和 TEDS 数字通信使用相同的导线。在数据采集期间，由于当传感器输出暂时的反向偏置，以便从 TEDS EEPROM 读取数字数据，因此在采集过程中不会访问TEDS，所以不会有干扰。
• 2类 设备 模拟信号和 TEDS 数字通信采用独立导线。这是非常常见的在原先没有TEDS的传感器中添加TEDS芯片的方法。

TEDS 的灵活性表现在它支持1类和2类等混合模式通信协议。Dewesoft DAQ系统可以读取两种类型的 TEDS 传感器。

TEDS 的目的是什么?

假设您是一名测试工程师，正在设置一个模态测试。你必须把100个加速计连接到一个测量系统上。物理连接完成之后，你必须运行 DAQ 系统的软件，并单独设置每个传感器，选择正确的增益系数，输入工程单位，配置适当的灵敏度系数以及可能的偏移因子，命名每个通道，等等。

某些测试需要使用数公里长的测试线缆，是否要检查每一根线，确保线缆另一端的传感器就是你认为连接的那一个？

这将花费数小时，在每个传感器的数据表和 DAQ 系统软件之间来回，有时候追踪从传感器到 DAQ 系统的信号电缆以确保没有交换。这种手工操作和数据录入在时间上(同样也是金钱上)非常昂贵，而且也很容易出错。

现在想象一个完全不同的场景。你连接每个加速度计。数据采集系统软件自动与传感器通信并读取 TEDS 信息。它匹配传感器与板载传感器数据库，然后设置通道完全自动，应用正确的灵敏度系数和工程单位，信号调节器增益和其他设置。如果没有 TEDS 技术，这项工作原本需要几个小时，现在突然变成了几分钟。

节省时间, 节约金钱, 以及消除认为错误 是 TEDS 的主要目的。同时它也有助于符合ISO 9001和 QS 9000 的校准规定。

TEDS会影响传感器的性能吗?

TEDS 芯片对传感器的性能没有不良影响。芯片本身很小，给传感器增加的质量很小，对于加速度计，传感器的质量是一个因素，然而当传感器太小时，芯片可以集成到连接器中，所以也没有问题。

之前所提到的，在1类 TEDS 设备中，传感器用于输出其数据的同一信号线也携带着 TEDS 信息。但是这也不会干扰信号，因为只有当传感器不用于测量数据时，TEDS 芯片才会被 DAQ 系统的信号调理器读取，例如，在系统设置期间，当系统设置为读(或写)芯片时，反向偏置电压才会被短暂使用。

什么参数可以被存储到TEDS芯片中?

TEDS 标准定义了可以存储在芯片上的多个信息部分。此外，它定义了许多用于各种类型传感器和包含校准信息的模板。 

以下是TEDS信息的四种基本类型：

基本 TEDS (64 位)

标准模板 (25-39, 以及 43)

校准模板 (40-42)

用户自定义 TEDS

让我们来看看这四种类型：

传感器模板 ID	位长度	允许范围
制造商 ID	14	17 到 16,381
型号	15	0 到 32,767
版本信息	5	A-Z
版本号	6	0 到 63
系列号	24	0 - 16,777,215

基本TEDS 信息表

以下是是根据基本 TEDS 信息，对标准传感器模板的 ID 的参考，编号从25到39(以及43) :

传感器模板 ID	传感器/变送器 类型
25	加速度 & 力传感器 (IEPE)
26	电荷型加速度计
27	带有集成前置放大器的麦克风(通常是 IEPE)
28	麦克风前置放大器(也可以指定一个附加的麦克风)
29	电容式麦克风
30	高电压输出传感器
31	电流环(4-20ma 或0-20ma)传感器
32	基于电阻的传感器(电位传感器使用 # 39)
33	电桥式传感器(负载，压力，加速桥线性输出传感器)
34	AC 线性/旋转可变差动变压器(LVDT/RVDT)传感器
35	应变传感器(线性或非线性，应变系数等)
36	热电偶(支持所有标准型号)
37	电阻式温度探测器传感器 (RTD)
38	热敏电阻器 (使用Steinhart-Hart方程)
39	电位传感器(电阻式分压器)
43	电荷放大器 (带有附加力传感器)

TEDS传感器 模板

你可能想知道这些传感器模板是什么样子的，那么让我们来看看其中一个较小的模板：

属性	描述	访问权限	长度	数据类型和范围	单位
TEMPLATE	模板 ID		8	Integer (value = 36)	-
%ElecSigType	电信号类型	ID	-	Assign=0, “Voltage Sensor	-
%MinPhysVal	最小温度	CAL	11	ConRes (-273 to 1,770, step 1)	C°
%MaxPhysVal	最大温度	CAL	11	ConRes (-273 to 1,770, step 1)	C°
%MinElecVal	最小输出电信号	CAL	7	ConRes (-25E-3 to 0.1 step 1E-3)	V
%MaxElecVal	最大输出电信号	CAL	7	ConRes (-25E-3 to 0.1 step 1E-3)	V
%MapMeth	接线方式	ID	-	Assign=3, “Thermocouple	-
%TCType	热电偶类型	ID	4	B, E, J, K, N, R, S, T, or non-std	-
%CJSource	需要冷端补偿	ID	1	CJC required or compensated	-
%SensorImped	热电偶电阻	ID	12	ConRelRes (1 to 319k, ±0.155%)	Ohms
%RespTime	响应时间	ID	6	ConRelRes (1E-6 to 7.9, ±15%)	秒
%CalDate	标定日期	CAL	16	DATE	-
%CalInitials	首次标定	CAL	15	CHRS	-
%CalPeriod	标定周期	CAL	12	UNINT	天
%MeasID	测量位置 ID	USR	11	UNINT	-

模板 36, 标准的热电偶TEDS模板

然后，我们还有一个 参考ID的三个标准校准模板之一，编号从40到42。

传感器模板 ID	标定模板名称	标定类型
40	标定表	多个数据对定义了传感器的输出比例
41	标定曲线	多段、多项式校准曲线定义了传感器的输出比例
42	频率响应表	一组幅频数据对定义了传感器的频率响应函数

模板 36, 标准的热电偶TEDS模板

最后还有一个用户自定义区，用户或 DAQ 系统可以添加额外的信息。Dewesoft 充分利用了这些优势，在软件中建立了自己的TEDS连接传感器数据库，我们将在后面做详细说明。

哪些传感器可以配备TEDS?

每个传感器都可以配备 TEDS。你可能会想，有些传感器太小了，以至于EEPROM不能包含在它们之中，这是真的。此外，还有一些传感器，比如非常小的加速度计，它们的性能会受到 EEPROM 附加质量的不利影响。还有一些传感器被设计用于 EEPROM 无法承受的极端环境。

这是所有真实的，但 EEPROM 可以安装在连接器(或有时电缆) ，将插入 DAQ 系统。因此，即使是最小的加速度计也可以适用于 TEDS，因为 EEPROM 不在传感器内部，而是在连接器内部，它不能影响传感器，并与恶劣的环境分离。

与此同时，有些情况下添加 TEDS 可能没有意义。比如，在您的测试中只使用一个通用的热电偶，是否值得花费时间和精力来添加 TEDS 到它？也许不是。

TEDS 技术的美妙之处在于，您可以在您觉得对您测试环境有意义的场合应用它。您的系统可以是任何组合 TEDS 和非 TEDS 传感器。

哪些传感器最常用于TEDS?

• 加速度计
• 麦克风
• 压力传感器
• 力传感器
• 称重传感器
• 扭矩传感器
• MEMS传感器

需要注意的是，任何传感器都可以配备TEDS，只是以上是最常见的情况。

TEDS在Dewesoft DAQ系统中是如何工作的?

在Dewesoft X 数据采集软件中默认启用了 TEDS 接口，TEDS 芯片也安装在Dewesoft DSI (Dewesoft 智能接口) 适配器中。

 在Dewesoft X 通道设置界面中显示TEDS 信息

当一个 TEDS 传感器连接到您的Dewesoft 数据采集系统，您可以打开通道设置屏幕，看到来自传感器的校准信息，以及灵敏度，序列号等。

这对于任何 DAQ 系统都是一个很大的帮助，它消除了需要参考纸质文档并可能混淆传感器的问题。这只是一个Dewesoft 系统的优势的开始，Dewesoft x 内置一个TEDS 传感器数据库，可以从任何连接到系统的TEDS传感器自动填充数据到数据库。

基于TEDS的Dewesoft智能传感器技术

通过存储数据采集信号调理器设置扩展 TEDS

Dewesoft X DAQ 软件 将现有的传感器与其传感器数据库中的唯一标识符相匹配，并保持最新。此外，您可以确切地定义当每个传感器连接到设备时，您想要的Dewesoft信号调理硬件的设置。

带有TEDS 的 Dewesoft 实现不仅仅是简单地识别信号并应用正确的比例，它实际上允许 DAQ 硬件根据你的设置进行配置，每次你连接传感器的时候，这一切都是自动的。

这个功能有两个相关部分，传感器和信号调理器。它们不仅必须在功能上相匹配，还必须在设置上相匹配。信号调理器的增益设置必须与传感器的输出电平相匹配，这只是一个参数。所以 TEDS 技术本身只是成功的一半。

Dewesoft DAQ 系统实现 TEDS 的主要优点是，除了传感器数据，所有放大器设置(范围，输入类型，滤波器，激励电压等)都存储。

可以通过创建专有模板来实现这一点。但是 Dewesoft 利用多个模板可以写入单个芯片的优势来维护标准。Dewesoft 首先编写标准模板，使您的传感器与其他 DAQ 系统兼容。然后，一个或多个额外的模板编写，允许所有相关的信号调节器设置写入和检索 Dewesoft系统。

在 Dewesoft x 设置界面的 TEDS 部分，我们可以看到以下多个模板:

TEDS部分的多个模板

您可以通过单击本节右上角的锁符号来编辑传感器。测试管理员还可以设置一个密码，禁止某些用户将 TEDS 信息写入芯片。

更改工程单位

您可能想知道 TEDS 是否将您使用的传感器锁定制造商定义的 EU (工程单位)。比如，对于加速度，您可能更喜欢在[g]中工作，而不是在[m/s2]中工作，反之亦然。比如，美国工程师可能更喜欢用华氏温度而不是摄氏温度来测量温度，等等。

这实际上是没有任何问题，因为虽然 Dewesoft X 软件是基于标准的 SI 单位测量，它也提供方便的下拉菜单转换到其他欧洲标准协会。因此，即使您的新TEDS加速计设置在[m/s2]中，您也可以简单地选择[g]，然后将其写入模板，这样从现在开始，[g]将与这个传感器一起使用。也可以为每个传感器定义多个模板，每个模板可以根据您的不同需要使用。

Dewesoft 已经完全接受了 TEDS 标准，但也增加了保存信号调节器的设置的能力，实现完全自动化地通道设置。

TEDS 案例学习

罗伯托 · 巴斯蒂先生(Mr. Roberto Basti)是意大利罗马海洋技术研究所计量实验室主任。在他长期使用 TEDS 和 Dewesoft DAQ 系统(如SIRIUS 和 DEWE-43)之后，他这样评论道：

当我们了解了 TEDS 技术后，我们的工作发生了变化。我们习惯于向现场工程师提供校准数据来进行测量，但现在我们可以很容易地将这些数据直接存储在每个传感器中，这样他们就可以专注于测试而无需担心校准参数。我们非常喜欢这个功能，所以我们几乎在每个传感器上都安装了 TEDS 芯片。

阅读完整的 海军研究案例.

可以添加TEDS到非TEDS传感器吗?

一句话，是的。市场上有小型的TEDS芯片，比如Maxim公司的DS24B33芯片，它有足够的 NVRAM来存储放大器设置以及所有正常的传感器和传感器信息。这些芯片通常只需几美元或欧元。

Dewesoft STG 信号调理器有一个专用的 TEDS 输入线，可以直接连接到 TEDS 芯片输出。

与Dewesoft STG 模块一起使用的TEDS芯片

通常最好是在传感器的连接器安装TEDS芯片，而不是传感器本身。以应变计为例——一片扁平的箔基材没有“内部”但它通常有一个相对较大的 DSUB 连接器接入DAQ系统的信号调理器。这是一个完美的地方安装微小的TO-92 TEDS芯片的场合。

可以使用 Dewesoft x 数据采集软件或免费DEWESoft TEDS编辑器，来编辑TEDS 芯片中的传感器信息。

Dewesoft TEDS 编辑器
1. 界面, 2. TEDS 设备 3. TEDS 模板

TEDS 的优点

• 更快的设置时间，降低成本
• 消除线路错误
• 通过消除由选择错误的传感器或输入错误的校准值而引起的配置错误来提高数据准确性
• 测试的通道越多，TEDS 提供的优势就越大
• 消除繁琐的手动输入，确保准确性
• 自动化提高了测试的可重复性
• TEDS是一个开放的标准
• TEDS传感器也可用于传统的无 TEDS功能的DAQ 系统
• 允许校正记录保持符合 ISO9001和 QS9000标准

总结

TEDS 是一个强大的功能，特别在要部署大量传感器的测试场合，非常的有用。它是一个微型传感器芯片，可以安装在任何类型的传感器，或在传感器的连接器或电缆。它避免了繁琐的手动设置传感器和通道，节省了时间和金钱，并减少了人为输入引起的错误。

这是一个跨平台的标准，得到了数百个传感器和 DAQ 系统制造商的支持。TEDS是Dewesoft X DAQ 软件的标准部分，已经用于整个 Dewesoft 产品线。