Pomáháme světu, který roste od roku 2004

Pět dovedností návrhu a technické indikátory senzoru

Počet senzorů se šíří po celém zemském povrchu a v Prostorech kolem nás a poskytuje světu data. Tyto cenově dostupné senzory jsou hybnou silou vývoje internetu věcí a digitální revoluce, které naše společnost čelí, a přesto propojují a přístup k datům ze senzorů není vždy přímý nebo snadný. Tento příspěvek představí technický rejstřík senzorů, 5 návrhových dovedností a OEM podniky.

Technický index je především objektivním základem pro charakterizaci výkonu produktu. Porozumět technickým indikátorům, pomoci správnému výběru a použití produktu. Technické indikátory senzoru jsou rozděleny na statické a dynamické indikátory. Statické indikátory zkoumají především výkon snímače za podmínky statické neměnnosti, včetně rozlišení, opakovatelnosti, citlivosti, linearity, chyby návratu, prahu, dotvarování, stability atd. Dynamický index zkoumá především výkon snímače za podmínek rychlých změn, včetně frekvenční odezvy a skokové odezvy.

Vzhledem k mnoha technickým indikátorům senzoru jsou různé údaje a literatura popsány z různých úhlů, takže různí lidé mají různá chápání a dokonce i nedorozumění a nejednoznačnost. Za tímto účelem je interpretováno následujících několik hlavních technických indikátorů senzoru:

1, rozlišení a rozlišení:

Definice: Rozlišení označuje nejmenší změřenou změnu, kterou může senzor detekovat. Rozlišení se týká poměru rozlišení k hodnotě plného rozsahu.

Interpretace 1: Rozlišení je nejzákladnějším indikátorem senzoru. Představuje schopnost senzoru rozlišit měřené objekty. Ostatní technické specifikace senzoru jsou popsány v rozlišení jako minimální jednotka.

U snímačů a nástrojů s digitálním displejem určuje rozlišení minimální počet číslic, které mají být zobrazeny. Například rozlišení elektronického digitálního posuvného měřítka je 0,01 mm a chyba indikátoru je ± 0,02 mm.

Interpretace 2: Rozlišení je absolutní číslo s jednotkami. Například rozlišení teplotního senzoru je 0,1 ℃, rozlišení senzoru zrychlení je 0,1 g atd.

Interpretace 3: Rozlišení je příbuzný a velmi podobný koncept rozlišení, oba představují rozlišení senzoru k měření.

Hlavní rozdíl je v tom, že rozlišení je vyjádřeno jako procento rozlišení snímače. Je relativní a nemá žádný rozměr. Například rozlišení teplotního senzoru je 0,1 ℃, plný rozsah je 500 ℃, rozlišení je 0,1/500 = 0,02%.

2. Opakovatelnost:

Definice: Opakovatelnost senzoru se týká stupně rozdílu mezi výsledky měření, když se měření opakuje několikrát ve stejném směru za stejných podmínek. Také se nazývá chyba opakování, chyba reprodukce atd.

Interpretace 1: Opakovatelnost senzoru musí být mírou rozdílu mezi více měřeními získanými za stejných podmínek. Pokud se podmínky měření změní, srovnatelnost mezi výsledky měření zmizí, což nelze použít jako základ pro hodnocení opakovatelnosti.

Interpretace 2: Opakovatelnost senzoru představuje rozptyl a náhodnost výsledků měření senzoru. Důvodem takové disperze a náhodnosti je to, že uvnitř i vně senzoru nevyhnutelně existují různé náhodné poruchy, což má za následek konečné výsledky měření senzoru. ukazující charakteristiky náhodných proměnných.

Interpretace 3: Standardní odchylku náhodné veličiny lze použít jako reprodukovatelný kvantitativní výraz.

Interpretace 4: U více opakovaných měření lze dosáhnout vyšší přesnosti měření, pokud je jako konečný výsledek měření brán průměr všech měření. Protože standardní odchylka průměru je výrazně menší než standardní odchylka každého měření.

3. Linearita:

Definice: Linearita (Linearita) označuje odchylku vstupní a výstupní křivky snímače od ideální přímky.

Interpretace 1: Ideální vztah vstup/výstup snímače by měl být lineární a jeho křivka vstupu/výstupu by měla být přímka (červená čára na obrázku níže).

Skutečný snímač však má víceméně různé chyby, což má za následek, že skutečná křivka vstupu a výstupu není ideální přímka, ale křivka (zelená křivka na obrázku níže).

Linearita je stupeň rozdílu mezi skutečnou charakteristickou křivkou snímače a off-line čárou, známou také jako nelinearita nebo nelineární chyba.

Interpretace 2: Protože rozdíl mezi skutečnou charakteristickou křivkou senzoru a ideální čarou je při různých velikostech měření odlišný, často se v rozsahu celého rozsahu používá poměr maximální hodnoty rozdílu k hodnotě celého rozsahu. , linearita je také relativní veličina.

Interpretace 3: Protože ideální čára senzoru není pro obecnou situaci měření známa, nelze ji získat. Z tohoto důvodu se často používá kompromisní metoda, tj. Přímé použití výsledků měření senzoru k výpočtu vhodné linie který se blíží ideální přímce. Specifické metody výpočtu zahrnují metodu čáry koncového bodu, metodu nejlepší čáry, metodu nejmenších čtverců atd.

4. Stabilita:

Definice: Stabilita je schopnost senzoru udržet si svůj výkon po určitou dobu.

Interpretace 1: Stabilita je hlavním indexem, který zkoumá, zda senzor funguje stabilně v určitém časovém rozmezí. Faktory, které vedou k nestabilitě senzoru, zahrnují hlavně teplotní drift a uvolnění vnitřního napětí. Proto je užitečné zvýšit teplotní kompenzaci a ošetření stárnutím ke zlepšení stability.

Interpretace 2: Stabilitu lze podle délky časového období rozdělit na krátkodobou stabilitu a dlouhodobou stabilitu. Když je doba pozorování příliš krátká, stabilita a opakovatelnost jsou blízké. Index stability proto zkoumá hlavně dlouhé -stálá stabilita. Specifická doba podle použití prostředí a požadavků na určení.

Interpretace 3: Pro kvantitativní vyjádření indexu stability lze použít jak absolutní chybu, tak relativní chybu. Senzor silového napětí má například stabilitu 0,02%/12h.

5. Vzorkovací frekvence:

Definice: Sample Rate odkazuje na počet výsledků měření, které mohou být vzorkovány senzorem za jednotku času.

Interpretace 1: Vzorkovací frekvence je nejdůležitějším indikátorem dynamických charakteristik senzoru, který odráží schopnost rychlé odezvy senzoru. Vzorkovací frekvence je jedním z technických indikátorů, které je třeba v případě rychlé změny měření plně zohlednit. Podle Shannonova vzorkovacího zákona by vzorkovací frekvence senzoru neměla být menší než 2násobek frekvence změny měřeného.

Interpretace 2: S použitím různých frekvencí se podle toho také mění přesnost senzoru. Obecně platí, že čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím nižší je přesnost měření.

Nejvyšší přesnost senzoru je často dosahována při nejnižší vzorkovací rychlosti nebo dokonce za statických podmínek, proto při výběru senzoru je třeba vzít v úvahu přesnost a rychlost.

Pět návrhových tipů pro senzory

1. Začněte nástrojem sběrnice

Jako první krok by technik měl přistoupit k připojení senzoru nejprve pomocí sběrnicového nástroje, aby se omezilo neznámé. Nástroj pro sběrnici propojuje osobní počítač (PC) a poté s I2C, SPI nebo jiným protokolem senzoru, který umožňuje senzor k „hovoru“. Počítačová aplikace spojená s nástrojem sběrnice, která poskytuje známý a fungující zdroj pro odesílání a přijímání dat, což není neznámý, neověřený ovladač integrovaného mikrokontroléru (MCU). V kontextu nástroje Bus vývojář může odesílat a přijímat zprávy, aby porozuměl tomu, jak tato sekce funguje, než se pokusí pracovat na integrované úrovni.

2. Napište kód přenosového rozhraní v Pythonu

Jakmile se vývojář pokusí použít senzory sběrnicového nástroje, dalším krokem je napsat aplikační kód pro senzory. Namísto přeskakování přímo na kód mikrokontroléru napište kód aplikace v Pythonu. Mnoho autobusových obslužných programů konfiguruje při psaní zápisy a ukázkový kód skripty, kterými se Python obvykle řídí. NET jeden z jazyků dostupných v .net. Psaní aplikací v Pythonu je rychlé a snadné a poskytuje způsob, jak testovat senzory v aplikacích, které nejsou tak složité jako testování ve vestavěném prostředí. -level code usnadní vloženým technikům těžbu skriptů a testů senzorů bez péče integrovaného softwarového inženýra.

3. Otestujte senzor pomocí programu Micro Python

Jednou z výhod psaní prvního aplikačního kódu v Pythonu je, že volání aplikací do rozhraní Bus-utility Application Programming Interface (API) lze snadno zaměnit voláním Micro Python. Micro Python běží v integrovaném softwaru v reálném čase, který má mnoho senzory, aby inženýři pochopili její hodnotu. Micro Python běží na procesoru Cortex-M4 a je to dobré prostředí, ze kterého lze ladit aplikační kód. Nejen, že je to jednoduché, není třeba zde psát ovladače I2C nebo SPI, protože jsou již pokryty funkcí Micro Pythonu knihovna.

4. Použijte kód dodavatele senzoru

Jakýkoli ukázkový kód, který lze „seškrabat“ od výrobce senzoru, si inženýři budou muset ujít dlouhou cestu, aby pochopili, jak senzor funguje. Mnoho prodejců senzorů bohužel není odborníky na návrh integrovaného softwaru, takže nečekejte, že najdete příklad krásné architektury a elegance připravené k výrobě. Stačí použít kód dodavatele, zjistit, jak tato část funguje, a frustrace refaktoringu bude docházet, dokud jej nebude možné čistě integrovat do vestavěného softwaru. Může to začít jako „špagety“, ale využít výrobce „Pochopení toho, jak jejich senzory fungují, pomůže omezit mnoho zničených víkendů před uvedením produktu na trh.

5. Použijte knihovnu funkcí fúze senzorů

Je pravděpodobné, že přenosové rozhraní senzoru není nové a nebylo dosud provedeno. Známé knihovny všech funkcí, jako například „Knihovna funkcí senzorů fúze“ poskytovaná mnoha výrobci čipů, pomáhají vývojářům učit se rychle nebo ještě lépe a vyhnout se cyklus přestavby nebo drastických úprav architektury produktu. Mnoho senzorů lze integrovat do obecných typů nebo kategorií a tyto typy nebo kategorie umožní hladký vývoj ovladačů, které jsou při správném zacházení téměř univerzální nebo méně opakovaně použitelné. Najít tyto knihovny funkce fúze senzorů a seznámit se s jejich silnými a slabými stránkami.

Když jsou senzory integrovány do vestavěných systémů, existuje mnoho způsobů, jak pomoci zkrátit dobu návrhu a snadné použití. Vývojáři se nikdy nemohou „pokazit“ tím, že se naučí, jak senzory fungují na základě vysoké úrovně abstrakce na začátku návrhu a před jejich integrací do systému nižší úrovně. Mnoho zdrojů, které jsou dnes k dispozici, pomůže vývojářům „vyrazit na zem“, aniž by museli začínat od nuly.


Čas odeslání: 16. srpna 2021