Aiutiamo il mondo a crescere dal 2004

Cinque abilità di progettazione e indicatori tecnici del sensore

Il numero di sensori sta proliferando sulla superficie terrestre e negli Spazi che ci circondano, fornendo dati al mondo. Questi sensori a prezzi accessibili sono la forza trainante dello sviluppo dell'Internet delle cose e della rivoluzione digitale che la nostra società sta affrontando, pur connettendo e l'accesso ai dati dai sensori non è sempre semplice o diretto. Questo documento introdurrà l'indice tecnico dei sensori, 5 competenze di progettazione e le imprese OEM.

Innanzitutto, l'indice tecnico è la base oggettiva per caratterizzare le prestazioni di un prodotto.Comprendere gli indicatori tecnici, aiutare la corretta selezione e l'uso del prodotto.Gli indicatori tecnici del sensore sono suddivisi in indicatori statici e indicatori dinamici. Gli indicatori statici esaminano principalmente le prestazioni del sensore in condizioni di invarianza statica, tra cui risoluzione, ripetibilità, sensibilità, linearità, errore di ritorno, soglia, scorrimento, stabilità e così via. L'indice dinamico esamina principalmente le prestazioni del sensore nella condizione di rapido cambiamento, compresa la risposta in frequenza e la risposta al gradino.

A causa dei numerosi indicatori tecnici del sensore, vari dati e letteratura sono descritti da diverse angolazioni, in modo che persone diverse abbiano interpretazioni diverse e persino incomprensioni e ambiguità. A tal fine, vengono interpretati i seguenti principali indicatori tecnici per il sensore:

1, delibera e delibera:

Definizione: la risoluzione si riferisce alla più piccola variazione misurata che un sensore può rilevare. La risoluzione si riferisce al rapporto tra la risoluzione e il valore di fondo scala.

Interpretazione 1: La risoluzione è l'indicatore più elementare di un sensore. Rappresenta la capacità del sensore di distinguere gli oggetti misurati. Le altre specifiche tecniche del sensore sono descritte in termini di risoluzione come unità minima.

Per sensori e strumenti con display digitale, la risoluzione determina il numero minimo di cifre da visualizzare. Ad esempio, la risoluzione del calibro digitale elettronico è 0,01 mm e l'errore dell'indicatore è ±0,02 mm.

Interpretazione 2: la risoluzione è un numero assoluto con unità. Ad esempio, la risoluzione di un sensore di temperatura è 0,1 , la risoluzione di un sensore di accelerazione è 0,1 g, ecc.

Interpretazione 3: La risoluzione è un concetto correlato e molto simile alla risoluzione, poiché rappresenta sia la risoluzione di un sensore che una misurazione.

La differenza principale è che la risoluzione è espressa come percentuale della risoluzione del sensore. È relativo e non ha dimensioni. Ad esempio, la risoluzione del sensore di temperatura è 0,1 , l'intervallo completo è 500 , la risoluzione è 0,1/500 = 0,02%.

2. Ripetibilità:

Definizione: la ripetibilità del sensore si riferisce al grado di differenza tra i risultati della misurazione quando la misurazione viene ripetuta più volte nella stessa direzione nelle stesse condizioni. Chiamato anche errore di ripetizione, errore di riproduzione, ecc.

Interpretazione 1: La ripetibilità di un sensore deve essere il grado di differenza tra più misurazioni ottenute nelle stesse condizioni. Se le condizioni di misurazione cambiano, scompare la comparabilità tra i risultati della misurazione, che non può essere utilizzata come base per valutare la ripetibilità.

Interpretazione 2: La ripetibilità del sensore rappresenta la dispersione e la casualità dei risultati di misurazione del sensore. La ragione di tale dispersione e casualità è che esistono inevitabilmente vari disturbi casuali all'interno e all'esterno del sensore, che determinano i risultati finali della misurazione del sensore che mostra le caratteristiche delle variabili casuali.

Interpretazione 3: La deviazione standard della variabile casuale può essere utilizzata come espressione quantitativa riproducibile.

Interpretazione 4: per più misurazioni ripetute, è possibile ottenere una maggiore precisione di misurazione se la media di tutte le misurazioni viene presa come risultato della misurazione finale. Perché la deviazione standard della media è significativamente inferiore alla deviazione standard di ciascuna misurazione.

3. Linearità:

Definizione: la linearità (linearità) si riferisce alla deviazione della curva di ingresso e uscita del sensore dalla linea retta ideale.

Interpretazione 1: La relazione ideale ingresso/uscita del sensore dovrebbe essere lineare e la sua curva ingresso/uscita dovrebbe essere una linea retta (linea rossa nella figura sotto).

Tuttavia, il sensore effettivo presenta più o meno una serie di errori, per cui la curva di ingresso e uscita effettiva non è la linea retta ideale, ma una curva (la curva verde nella figura sottostante).

La linearità è il grado di differenza tra la curva caratteristica effettiva del sensore e la linea off-line, nota anche come non linearità o errore non lineare.

Interpretazione 2: poiché la differenza tra la curva caratteristica effettiva del sensore e la linea ideale è diversa a seconda delle dimensioni di misurazione, il rapporto tra il valore massimo della differenza e il valore dell'intero intervallo viene spesso utilizzato nell'intero intervallo. Ovviamente , anche la linearità è una quantità relativa.

Interpretazione 3: Poiché la linea ideale del sensore è sconosciuta per la situazione di misurazione generale, non può essere ottenuta. Per questo motivo, viene spesso adottato un metodo di compromesso, ovvero utilizzando direttamente i risultati della misurazione del sensore per calcolare la linea di adattamento che è vicino alla linea ideale. I metodi di calcolo specifici includono il metodo della linea del punto finale, il metodo della linea migliore, il metodo dei minimi quadrati e così via.

4. Stabilità:

Definizione: la stabilità è la capacità di un sensore di mantenere le sue prestazioni per un periodo di tempo.

Interpretazione 1: La stabilità è l'indice principale per verificare se il sensore funziona stabilmente in un determinato intervallo di tempo. I fattori che portano all'instabilità del sensore includono principalmente la deriva della temperatura e il rilascio di sollecitazioni interne. Pertanto, è utile aumentare la compensazione della temperatura e trattamento di invecchiamento per migliorare la stabilità.

Interpretazione 2: La stabilità può essere suddivisa in stabilità a breve termine e stabilità a lungo termine in base alla lunghezza del periodo di tempo. Quando il tempo di osservazione è troppo breve, la stabilità e la ripetibilità sono vicine. Pertanto, l'indice di stabilità esamina principalmente il lungo -stabilità del termine.Il periodo di tempo specifico, in base all'uso dell'ambiente e ai requisiti da determinare.

Interpretazione 3: Sia l'errore assoluto che l'errore relativo possono essere utilizzati per l'espressione quantitativa dell'indice di stabilità. Ad esempio, un sensore di forza di tipo deformazione ha una stabilità dello 0,02%/12 ore.

5. Frequenza di campionamento:

Definizione: la frequenza di campionamento si riferisce al numero di risultati di misurazione che possono essere campionati dal sensore per unità di tempo.

Interpretazione 1: La frequenza di campionamento è l'indicatore più importante delle caratteristiche dinamiche del sensore, riflettendo la capacità di risposta rapida del sensore. La frequenza di campionamento è uno degli indicatori tecnici che devono essere considerati a fondo in caso di cambio rapido della misura. Secondo la legge di campionamento di Shannon, la frequenza di campionamento del sensore non deve essere inferiore a 2 volte la frequenza di variazione della misura.

Interpretazione 2: Con l'uso di frequenze diverse, anche la precisione del sensore varia di conseguenza. In generale, maggiore è la frequenza di campionamento, minore è la precisione della misurazione.

La massima accuratezza del sensore si ottiene spesso alla velocità di campionamento più bassa o anche in condizioni statiche. Pertanto, la precisione e la velocità devono essere prese in considerazione nella selezione del sensore.

Cinque suggerimenti per la progettazione dei sensori

1. Inizia con lo strumento bus

Come primo passo, l'ingegnere dovrebbe adottare l'approccio di collegare prima il sensore tramite uno strumento bus per limitare l'ignoto. Uno strumento bus collega un personal computer (PC) e poi all'I2C, SPI o altro protocollo del sensore che consente il sensore per "parlare".Un'applicazione per PC associata a uno strumento bus che fornisce una fonte nota e funzionante per l'invio e la ricezione di dati che non è un driver di microcontrollore incorporato (MCU) sconosciuto e non autenticato.Nel contesto dell'utilità Bus, lo sviluppatore può inviare e ricevere messaggi per comprendere come funziona la sezione prima di tentare di operare a livello embedded.

2. Scrivi il codice dell'interfaccia di trasmissione in Python

Una volta che lo sviluppatore ha provato a utilizzare i sensori dello strumento bus, il passaggio successivo è scrivere il codice dell'applicazione per i sensori. Invece di passare direttamente al codice del microcontrollore, scrivi il codice dell'applicazione in Python. Molte utility bus configurano plug-in e codice di esempio durante la scrittura della scrittura script, che Python di solito segue.NET, uno dei linguaggi disponibili in.net. Scrivere applicazioni in Python è facile e veloce e fornisce un modo per testare i sensori in applicazioni che non sono complesse come i test in un ambiente embedded. Il codice a livello renderà più semplice per gli ingegneri non embedded estrarre script e test dei sensori senza l'assistenza di un ingegnere del software integrato.

3. Testare il sensore con Micro Python

Uno dei vantaggi della scrittura del primo codice dell'applicazione in Python è che le chiamate dell'applicazione all'interfaccia di programmazione (API) dell'applicazione Bus-utility possono essere facilmente scambiate chiamando Micro Python.Micro Python viene eseguito in un software incorporato in tempo reale, che ha molti sensori per consentire agli ingegneri di comprenderne il valore. Micro Python funziona su un processore Cortex-M4 ed è un buon ambiente da cui eseguire il debug del codice dell'applicazione. Non solo è semplice, non è necessario scrivere i driver I2C o SPI qui, poiché sono già coperti nella funzione di Micro Python biblioteca.

4. Utilizzare il codice fornitore del sensore

Qualsiasi codice di esempio che può essere "raschiato" da un produttore di sensori, gli ingegneri dovranno fare molta strada per capire come funziona il sensore. Sfortunatamente, molti fornitori di sensori non sono esperti nella progettazione di software embedded, quindi non aspettarti di trovare un esempio pronto per la produzione di bella architettura ed eleganza. Basta usare il codice del fornitore, imparare come funziona questa parte e sorgerà la frustrazione del refactoring fino a quando non potrà essere integrato in modo pulito nel software incorporato. Potrebbe iniziare come "spaghetti", ma sfruttando i produttori ' la comprensione di come funzionano i loro sensori aiuterà a ridurre molti fine settimana rovinati prima del lancio del prodotto.

5.Utilizzare una libreria di funzioni di fusione dei sensori

È probabile che l'interfaccia di trasmissione del sensore non sia nuova e non sia mai stata utilizzata prima. Librerie note di tutte le funzioni, come la "Libreria di funzioni Sensor Fusion" fornita da molti produttori di chip, aiutano gli sviluppatori a imparare rapidamente, o anche meglio, ed evitano il ciclo di riqualificazione o modifica drastica dell'architettura del prodotto. Molti sensori possono essere integrati in tipi o categorie generali e questi tipi o categorie consentiranno lo sviluppo agevole di driver che, se gestiti correttamente, sono quasi universali o meno riutilizzabili. Trova queste librerie di funzioni di fusione dei sensori e apprendono i loro punti di forza e di debolezza.

Quando i sensori sono integrati nei sistemi embedded, ci sono molti modi per aiutare a migliorare i tempi di progettazione e la facilità d'uso. Gli sviluppatori non possono mai "sbagliare" imparando come funzionano i sensori da un alto livello di astrazione all'inizio del progetto e prima di integrarli in un sistema di livello inferiore. Molte delle risorse disponibili oggi aiuteranno gli sviluppatori a "prendere il volo" senza dover ricominciare da capo.


Orario postale: 16 agosto-2021