Axudamos ao mundo a medrar desde 2004

Cinco habilidades de deseño e indicadores técnicos do sensor

O número de sensores está a proliferar na superficie terrestre e nos espazos que nos rodean, proporcionando ao mundo datos. Estes sensores accesibles son a forza motriz do desenvolvemento da Internet das cousas e da revolución dixital á que se enfronta a nosa sociedade, aínda que se conectan e acceder aos datos dos sensores non sempre é sinxelo nin sinxelo. Este artigo presentará o índice técnico do sensor, 5 habilidades de deseño e as empresas OEM.

Primeiro de todo, o índice técnico é a base obxectiva para caracterizar o rendemento dun produto. Comprende os indicadores técnicos, axuda á selección e uso correctos do produto. Os indicadores técnicos do sensor divídense en indicadores estáticos e indicadores dinámicos. Os indicadores estáticos examinan principalmente o rendemento do sensor baixo a condición de invarianza estática, incluíndo resolución, repetibilidade, sensibilidade, linealidade, erro de retorno, limiar, fluencia, estabilidade, etc. O índice dinámico examina principalmente o rendemento do sensor baixo a condición. de cambio rápido, incluíndo a resposta en frecuencia e a resposta por pasos.

Debido aos numerosos indicadores técnicos do sensor, descríbense varios datos e literatura desde diferentes ángulos, de xeito que diferentes persoas teñen diferentes entendementos e incluso malentendidos e ambigüidades. Para iso interprétanse os seguintes indicadores técnicos principais do sensor:

1, resolución e resolución:

Definición: a resolución refírese ao menor cambio medido que un sensor pode detectar. A resolución refírese á relación entre resolución e valor de escala completa.

Interpretación 1: a resolución é o indicador máis básico dun sensor. Representa a capacidade do sensor para distinguir os obxectos medidos. As outras especificacións técnicas do sensor descríbense en termos de resolución como a unidade mínima.

Para sensores e instrumentos con pantalla dixital, a resolución determina o número mínimo de díxitos que se amosarán. Por exemplo, a resolución da pinza dixital electrónica é de 0,01 mm e o erro do indicador é de ± 0,02 mm.

Interpretación 2: a resolución é un número absoluto con unidades. Por exemplo, a resolución dun sensor de temperatura é de 0,1 ℃, a resolución dun sensor de aceleración é de 0,1 g, etc.

Interpretación 3: a resolución é un concepto relacionado e moi similar á resolución, ambos representando a resolución dun sensor a unha medida.

A principal diferenza é que a resolución exprésase como unha porcentaxe da resolución do sensor. É relativa e non ten dimensión. Por exemplo, a resolución do sensor de temperatura é de 0,1 ℃, o rango completo é de 500 ℃, a resolución é de 0,1 / 500 = 0,02%.

2. Repetibilidade:

Definición: a repetibilidade do sensor refírese ao grao de diferenza entre os resultados da medición cando a medición se repite varias veces na mesma dirección na mesma condición. Tamén se denomina erro de repetición, erro de reprodución, etc.

Interpretación 1: a repetibilidade dun sensor debe ser o grao de diferenza entre varias medicións obtidas nas mesmas condicións. Se cambian as condicións de medición, desaparecerá a comparabilidade entre os resultados da medición, que non se pode usar como base para avaliar a repetibilidade.

Interpretación 2: a repetibilidade do sensor representa a dispersión e aleatoriedade dos resultados da medición do sensor. A razón desa dispersión e aleatoriedade é que existen inevitablemente varias perturbacións aleatorias dentro e fóra do sensor, o que resulta nos resultados da medición finais do sensor. mostrando as características das variables aleatorias.

Interpretación 3: a desviación estándar da variable aleatoria pode usarse como expresión cuantitativa reproducible.

Interpretación 4: para varias medicións repetidas, pódese obter unha maior precisión da medición se se toma a media de todas as medidas como resultado final da medición. Porque a desviación estándar da media é significativamente menor que a desviación estándar de cada medida.

3. Linealidade:

Definición: Linealidade (Linealidade) refírese á desviación da curva de entrada e saída do sensor da liña recta ideal.

Interpretación 1: a relación ideal de entrada / saída do sensor debe ser lineal e a súa curva de entrada / saída debe ser unha liña recta (liña vermella na figura seguinte).

Non obstante, o sensor real ten máis ou menos unha variedade de erros, o que resulta que a curva de entrada e saída real non é a liña recta ideal, senón unha curva (a curva verde da seguinte figura).

A linealidade é o grao de diferenza entre a curva característica real do sensor e a liña fóra de liña, tamén coñecida como non linealidade ou erro non lineal.

Interpretación 2: Debido a que a diferenza entre a curva característica real do sensor e a liña ideal é diferente en diferentes tamaños de medida, a relación entre o valor máximo da diferenza e o valor de rango completo úsase a miúdo no rango de rango completo. , a linealidade tamén é unha cantidade relativa.

Interpretación 3: Debido a que a liña ideal do sensor é descoñecida para a situación xeral de medición, non se pode obter. Por esta razón, adóitase adoptar un método de compromiso, é dicir, usando directamente os resultados de medición do sensor para calcular a liña de axuste que está preto da liña ideal. Os métodos de cálculo específicos inclúen o método de liña de punto final, o mellor método de liña, o método menos cadrado, etc.

4. Estabilidade:

Definición: a estabilidade é a capacidade dun sensor para manter o seu rendemento durante un período de tempo.

Interpretación 1: A estabilidade é o índice principal para investigar se o sensor funciona de forma estable nun determinado intervalo de tempo. Os factores que levan á inestabilidade do sensor inclúen principalmente a deriva de temperatura e a liberación de tensión interna. Polo tanto, é útil aumentar a compensación de temperatura. e tratamento de envellecemento para mellorar a estabilidade.

Interpretación 2: a estabilidade pódese dividir en estabilidade a curto prazo e estabilidade a longo prazo segundo a duración do período de tempo. Cando o tempo de observación é demasiado curto, a estabilidade e a repetibilidade están próximas. Polo tanto, o índice de estabilidade examina principalmente o longo -estabilidade a longo prazo. O tempo específico, segundo o uso do ambiente e os requisitos para determinar.

Interpretación 3: tanto o erro absoluto como o erro relativo poden usarse para a expresión cuantitativa do índice de estabilidade. Por exemplo, un sensor de forza tipo tensión ten unha estabilidade do 0,02% / 12h.

5. Frecuencia de mostraxe:

Definición: a taxa de mostraxe refírese ao número de resultados de medición que o sensor pode tomar por mostra por unidade de tempo.

Interpretación 1: a frecuencia de mostraxe é o indicador máis importante das características dinámicas do sensor, que reflicte a capacidade de resposta rápida do sensor. A frecuencia de mostraxe é un dos indicadores técnicos que se deben considerar plenamente no caso dun cambio rápido de medida. Segundo a lei de mostraxe de Shannon, a frecuencia de mostraxe do sensor non debe ser inferior a dúas veces a frecuencia de cambio da medida.

Interpretación 2: co uso de diferentes frecuencias, a precisión do sensor tamén varía en consecuencia. En xeral, canto maior sexa a frecuencia de mostraxe, menor será a precisión da medición.

A maior precisión do sensor adoita obterse coa menor velocidade de mostraxe ou incluso en condicións estáticas. Polo tanto, hai que ter en conta a precisión e a velocidade na selección do sensor.

Cinco consellos de deseño para sensores

1. Comeza coa ferramenta de bus

Como primeiro paso, o enxeñeiro debería adoptar o enfoque de conectar primeiro o sensor a través dunha ferramenta de bus para limitar o descoñecido. Unha ferramenta de bus conecta un ordenador persoal (PC) e despois ao protocolo I2C, SPI ou outro protocolo que permite o sensor para "falar". Unha aplicación de PC asociada a unha ferramenta de bus que proporciona unha fonte coñecida e de traballo para enviar e recibir datos que non é un controlador de microcontrolador incorporado (MCU) descoñecido e non autenticado. No contexto da utilidade Bus, o programador pode enviar e recibir mensaxes para comprender como funciona a sección antes de intentar operar no nivel incrustado.

2. Escribe o código da interface de transmisión en Python

Unha vez que o desenvolvedor intentou usar os sensores da ferramenta de bus, o seguinte paso é escribir o código da aplicación para os sensores. En lugar de saltar directamente ao código do microcontrolador, escriba o código da aplicación en Python. Moitas utilidades de bus configuran complementos e código de mostra ao escribir scripts, que normalmente segue Python.NET un dos idiomas dispoñibles en.net. Escribir aplicacións en Python é rápido e sinxelo e proporciona un xeito de probar sensores en aplicacións que non son tan complexas como probar nun ambiente incrustado. O código de nivel facilitará aos enxeñeiros non integrados a extracción de scripts e probas de sensores sen o coidado dun enxeñeiro de software integrado.

3. Proba o sensor con Micro Python

Unha das vantaxes de escribir o primeiro código de aplicación en Python é que as chamadas de aplicacións á aplicación de utilidade Bus interface de programación (API) pódense cambiar facilmente chamando a Micro Python. Micro Python execútase en software incrustado en tempo real, que ten moitos sensores para que os enxeñeiros comprendan o seu valor. Micro Python funciona cun procesador Cortex-M4 e é un bo ambiente para depurar o código da aplicación. Non só é sinxelo, non hai necesidade de escribir controladores I2C nin SPI aquí, xa que xa están incluídos na función de Micro Python. biblioteca.

4. Use o código do provedor do sensor

Calquera código de mostra que poida ser "raspado" dun fabricante de sensores. Os enxeñeiros terán que percorrer un longo camiño para comprender como funciona o sensor. exemplo listo para a produción de fermosa arquitectura e elegancia. Só ten que usar o código do provedor, aprender como funciona esta parte e a frustración da refactorización xurdirá ata que poida integrarse de forma limpa no software integrado. Pode comezar como "espaguetis", pero aproveitando os fabricantes A comprensión de como funcionan os seus sensores axudará a reducir moitos fins de semana arruinados antes do lanzamento do produto.

5. Use unha biblioteca de funcións de fusión de sensores

O máis probable é que a interface de transmisión do sensor non sexa nova e non se fixera antes. As bibliotecas coñecidas de todas as funcións, como a "Biblioteca de funcións de fusión de sensores" proporcionada por moitos fabricantes de chips, axudan aos desenvolvedores a aprender rapidamente, ou incluso mellor, e evitan o ciclo de reurbanización ou modificación drástica da arquitectura do produto. Moitos sensores pódense integrar en tipos ou categorías xerais, e estes tipos ou categorías permitirán o bo desenvolvemento de controladores que, se se manexan correctamente, son case universais ou son menos reutilizables. funcións de fusión de sensores e aprende os seus puntos fortes e débiles.

Cando os sensores están integrados en sistemas integrados, hai moitas formas de axudar a mellorar o tempo de deseño e a facilidade de uso. Os desenvolvedores nunca poden "ir mal" aprendendo como funcionan os sensores a partir dun alto nivel de abstracción ao comezo do deseño e antes de integralos. nun sistema de nivel inferior. Moitos dos recursos dispoñibles hoxe axudarán aos desenvolvedores a "tocar o chan" sen ter que comezar de cero.


Tempo de publicación: 16 de agosto de 2121