Ajutăm lumea să crească din 2004

Cinci abilități de proiectare și indicatori tehnici ai senzorului

Numărul de senzori proliferează pe suprafața pământului și în spațiile din jurul nostru, oferind lumii date. Acești senzori la prețuri accesibile sunt forța motrice a dezvoltării Internetului obiectelor și a revoluției digitale cu care se confruntă societatea noastră, dar se conectează iar accesarea datelor de la senzori nu merge întotdeauna direct sau ușor. Această lucrare va introduce indexul tehnic al senzorilor, 5 abilități de proiectare și întreprinderile OEM.

În primul rând, indicele tehnic este baza obiectivă pentru a caracteriza performanța unui produs. Înțelegeți indicatorii tehnici, ajutați la selectarea și utilizarea corectă a produsului. Indicatorii tehnici ai senzorului sunt împărțiți în indicatori statici și indicatori dinamici. Indicatorii statici examinează în principal performanța senzorului în condițiile invarianței statice, inclusiv rezoluția, repetabilitatea, sensibilitatea, liniaritatea, eroarea de revenire, pragul, fluirea, stabilitatea și așa mai departe. Indicele dinamic examinează în principal performanța senzorului în condițiile de schimbare rapidă, inclusiv răspunsul în frecvență și răspunsul în trepte.

Datorită numeroșilor indicatori tehnici ai senzorului, diverse date și literatură sunt descrise din unghiuri diferite, astfel încât diferiți oameni au înțelegeri diferite, chiar și neînțelegeri și ambiguități. În acest scop, sunt interpretați următorii mai mulți indicatori tehnici principali pentru senzor:

1, rezoluție și rezoluție:

Definiție: Rezoluția se referă la cea mai mică schimbare măsurată pe care un senzor o poate detecta. Rezoluția se referă la raportul dintre rezoluție și valoarea la scară completă.

Interpretarea 1: Rezoluția este cel mai de bază indicator al unui senzor. Reprezintă capacitatea senzorului de a distinge obiectele măsurate. Celelalte specificații tehnice ale senzorului sunt descrise în termeni de rezoluție ca unitate minimă.

Pentru senzori și instrumente cu afișaj digital, rezoluția determină numărul minim de cifre care trebuie afișate. De exemplu, rezoluția etrierului digital electronic este de 0,01 mm, iar eroarea indicatorului este de ± 0,02 mm.

Interpretarea 2: Rezoluția este un număr absolut cu unități. De exemplu, rezoluția unui senzor de temperatură este de 0,1 ℃, rezoluția unui senzor de accelerație este de 0,1 g etc.

Interpretarea 3: Rezoluția este un concept asemănător și foarte similar cu rezoluția, ambele reprezentând rezoluția unui senzor la o măsurătoare.

Principala diferență este că rezoluția este exprimată ca procent din rezoluția senzorului. Este relativă și nu are dimensiuni. De exemplu, rezoluția senzorului de temperatură este de 0,1 ℃, gama completă este de 500 ℃, rezoluția este de 0,1 / 500 = 0,02%.

2. Repetabilitate:

Definiție: Repetabilitatea senzorului se referă la gradul de diferență dintre rezultatele măsurătorilor atunci când măsurarea se repetă de mai multe ori în aceeași direcție în aceeași condiție. Numită și eroare de repetare, eroare de reproducere etc.

Interpretarea 1: Repetabilitatea unui senzor trebuie să fie gradul de diferență între măsurători multiple obținute în aceleași condiții. Dacă condițiile de măsurare se schimbă, comparabilitatea dintre rezultatele măsurătorilor va dispărea, care nu poate fi utilizată ca bază pentru evaluarea repetabilității.

Interpretarea 2: Repetabilitatea senzorului reprezintă dispersia și caracterul aleatoriu al rezultatelor măsurătorilor senzorului. Motivul unei astfel de dispersii și aleatorii este că există în mod inevitabil diferite perturbații aleatorii în interiorul și în afara senzorului, rezultând rezultatele finale ale măsurării senzorului. arătând caracteristicile variabilelor aleatorii.

Interpretarea 3: Abaterea standard a variabilei aleatoare poate fi utilizată ca expresie cantitativă reproductibilă.

Interpretarea 4: Pentru mai multe măsurători repetate, se poate obține o precizie mai mare a măsurării dacă media tuturor măsurătorilor este luată ca rezultat final al măsurării. Deoarece abaterea standard a mediei este semnificativ mai mică decât abaterea standard a fiecărei măsuri.

3. Liniaritate:

Definiție: Linearitatea (Linearitatea) se referă la abaterea curbei de intrare și ieșire a senzorului de la linia dreaptă ideală.

Interpretarea 1: Relația ideală de intrare / ieșire a senzorului trebuie să fie liniară, iar curba de intrare / ieșire ar trebui să fie o linie dreaptă (linia roșie din figura de mai jos).

Cu toate acestea, senzorul real are mai multe sau mai puține erori, rezultând că curba de intrare și ieșire reală nu este linia dreaptă ideală, ci o curbă (curba verde din figura de mai jos).

Liniaritatea este gradul de diferență dintre curba caracteristică reală a senzorului și linia off-line, cunoscută și sub numele de neliniaritate sau eroare neliniară.

Interpretarea 2: Deoarece diferența dintre curba caracteristică reală a senzorului și linia ideală este diferită la diferite dimensiuni de măsurare, raportul dintre valoarea maximă a diferenței și valoarea întregului domeniu este adesea utilizat în domeniul întregului domeniu. , liniaritatea este, de asemenea, o cantitate relativă.

Interpretarea 3: Deoarece linia ideală a senzorului este necunoscută pentru situația generală de măsurare, nu poate fi obținută. Din acest motiv, este adesea adoptată o metodă de compromis, adică folosind direct rezultatele măsurătorilor senzorului pentru a calcula linia de montare. care este aproape de linia ideală. Metodele de calcul specifice includ metoda liniei punctului final, metoda celei mai bune linii, metoda celui mai puțin pătrat și așa mai departe.

4. Stabilitate:

Definiție: Stabilitatea este capacitatea unui senzor de a-și menține performanța pe o perioadă de timp.

Interpretarea 1: Stabilitatea este indicele principal pentru a investiga dacă senzorul funcționează stabil într-un anumit interval de timp. Factorii care duc la instabilitatea senzorului includ în principal derivarea temperaturii și eliberarea stresului intern. Prin urmare, este util să creșteți compensarea temperaturii și tratament de îmbătrânire pentru a îmbunătăți stabilitatea.

Interpretarea 2: Stabilitatea poate fi împărțită în stabilitate pe termen scurt și stabilitate pe termen lung în funcție de durata perioadei de timp. Când timpul de observare este prea scurt, stabilitatea și repetabilitatea sunt apropiate. Prin urmare, indicele de stabilitate examinează în principal lungimea -stabilitate pe termen.Durata specifică de timp, în funcție de utilizarea mediului și cerințele de determinat.

Interpretarea 3: Atât eroarea absolută, cât și eroarea relativă pot fi utilizate pentru exprimarea cantitativă a indicelui de stabilitate. De exemplu, un senzor de forță de tip deformare are o stabilitate de 0,02% / 12h.

5. Frecvența de eșantionare:

Definiție: Rata de eșantionare se referă la numărul de rezultate ale măsurătorilor care pot fi eșantionate de senzor pe unitate de timp.

Interpretarea 1: Frecvența de eșantionare este cel mai important indicator al caracteristicilor dinamice ale senzorului, reflectând capacitatea de răspuns rapid a senzorului. Frecvența de eșantionare este unul dintre indicatorii tehnici care trebuie luați în considerare pe deplin în cazul schimbării rapide de măsurare. Conform legii de eșantionare a lui Shannon, frecvența de eșantionare a senzorului nu trebuie să fie mai mică de 2 ori frecvența de schimbare a măsurării.

Interpretarea 2: Cu ajutorul diferitelor frecvențe, precizia senzorului variază, de asemenea, în consecință. În general, cu cât frecvența de eșantionare este mai mare, cu atât precizia măsurării este mai mică.

Cea mai mare precizie a senzorului este adesea obținută la cea mai mică viteză de eșantionare sau chiar în condiții statice. Prin urmare, precizia și viteza trebuie luate în considerare la selectarea senzorului.

Cinci sfaturi de proiectare pentru senzori

1. Începeți cu instrumentul autobuz

Ca prim pas, inginerul ar trebui să abordeze mai întâi conectarea senzorului printr-un instrument de autobuz pentru a limita necunoscutul. Un instrument de autobuz conectează un computer personal (PC) și apoi la senzorul I2C, SPI sau alt protocol care permite senzor pentru a „vorbi”. O aplicație pentru PC asociată cu un instrument de autobuz care furnizează o sursă cunoscută și funcțională pentru trimiterea și primirea de date care nu este un driver necunoscut, încorporat de microcontroler (MCU). În contextul utilitarului Bus, dezvoltatorul poate trimite și primi mesaje pentru a înțelege modul în care funcționează secțiunea înainte de a încerca să funcționeze la nivel încorporat.

2. Scrieți codul interfeței de transmisie în Python

Odată ce dezvoltatorul a încercat să utilizeze senzorii instrumentului autobuz, următorul pas este să scrieți codul aplicației pentru senzori. În loc să treceți direct la codul microcontrolerului, scrieți codul aplicației în Python. scripturi, pe care Python le urmează de obicei. NET una dintre limbile disponibile în.net. Scrierea aplicațiilor în Python este rapidă și ușoară și oferă o modalitate de a testa senzorii în aplicații care nu sunt la fel de complexe ca testarea într-un mediu încorporat. -codul de nivel va face mai ușor pentru inginerii care nu sunt încorporați să extragă scripturile și testele senzorilor fără grija unui inginer software încorporat.

3. Testați senzorul cu Micro Python

Unul dintre avantajele scrierii primului cod de aplicație în Python este că apelurile aplicației către aplicația Bus-utility Interfața de programare (API) pot fi schimbate cu ușurință prin apelarea Micro Python. Micro Python rulează în software încorporat în timp real, care are multe senzori pentru ca inginerii să-i înțeleagă valoarea. Micro Python rulează pe un procesor Cortex-M4 și este un mediu bun din care să depanați codul aplicației. Nu numai că este simplu, nu este nevoie să scrieți driverele I2C sau SPI aici, deoarece acestea sunt deja acoperite în funcția Micro Python. bibliotecă.

4. Utilizați codul furnizorului senzorului

Orice eșantion de cod care poate fi „eliminat” de la un producător de senzori, inginerii vor trebui să parcurgă un drum lung pentru a înțelege modul în care funcționează senzorul. exemplu pregătit pentru producție de arhitectură și eleganță frumoasă. Folosiți doar codul furnizorului, aflați cum funcționează această parte și va apărea frustrarea refactorizării până când va putea fi integrată curat în software-ul încorporat. Poate începe ca „spaghete”, dar folosind producătorii „Înțelegerea modului în care funcționează senzorii lor va ajuta la reducerea timpului de lucru în multe weekend-uri distruse înainte de lansarea produsului.

5. Folosiți o bibliotecă de funcții de fuziune a senzorilor

Șansele sunt, interfața de transmisie a senzorului nu este nouă și nu a fost realizată până acum. Bibliotecile cunoscute ale tuturor funcțiilor, cum ar fi „Biblioteca funcției senzorului de fuziune” furnizate de mulți producători de cipuri, ajută dezvoltatorii să învețe rapid, sau chiar mai bine, și să evite ciclu de reamenajare sau de modificare drastică a arhitecturii produsului. Mulți senzori pot fi integrați în tipuri sau categorii generale, iar aceste tipuri sau categorii vor permite dezvoltarea fără probleme a driverelor care, dacă sunt manipulate corect, sunt aproape universale sau mai puțin reutilizabile. funcțiile de fuziune a senzorilor și să le învețe punctele tari și punctele slabe.

Când senzorii sunt integrați în sistemele încorporate, există multe modalități de a contribui la îmbunătățirea timpului de proiectare și a ușurinței de utilizare. Dezvoltatorii nu pot „merge prost” niciodată, învățând cum funcționează senzorii de la un nivel ridicat de abstractizare la începutul proiectării și înainte de a-i integra. într-un sistem de nivel inferior. Multe dintre resursele disponibile astăzi îi vor ajuta pe dezvoltatori să „lovească pământul” fără a fi nevoie să înceapă de la zero.


Ora postării: 16-aug-2021