Pomažemo rastu svijeta od 2004

Pet dizajnerskih vještina i tehničkih pokazatelja senzora

Broj senzora raste po cijeloj Zemljinoj površini i u prostorima oko nas, pružajući svijetu podatke. Ovi pristupačni senzori su pokretačka snaga razvoja Interneta stvari i digitalne revolucije s kojom se naše društvo suočava, a ipak povezuju a pristup podacima sa senzora ne ide uvijek ravno ili jednostavno. Ovaj će rad predstaviti tehnički indeks senzora, 5 vještina projektiranja i OEM poduzeća.

Prije svega, tehnički indeks je objektivna osnova za karakteriziranje performansi proizvoda. Razumjeti tehničke pokazatelje, pomoći u pravilnom odabiru i upotrebi proizvoda. Tehnički pokazatelji senzora podijeljeni su na statičke i dinamičke pokazatelje. Statički pokazatelji uglavnom ispituju performanse senzora pod uvjetom statičke invarijantnosti, uključujući razlučivost, ponovljivost, osjetljivost, linearnost, pogrešku povratka, prag, puzanje, stabilnost i tako dalje. Dinamički indeks uglavnom ispituje performanse senzora pod uvjetom brzih promjena, uključujući frekvencijski odziv i odziv koraka.

Zbog brojnih tehničkih pokazatelja senzora, različiti podaci i literatura opisani su iz različitih kutova, tako da različiti ljudi imaju različita razumijevanja, pa čak i nerazumijevanje i nejasnoće. U tu svrhu tumači se nekoliko glavnih tehničkih pokazatelja za senzor:

1, razlučivost i razlučivost:

Definicija: Rezolucija se odnosi na najmanju izmjerenu promjenu koju senzor može detektirati. Rezolucija se odnosi na omjer razlučivosti i vrijednosti pune ljestvice.

Tumačenje 1: Rezolucija je najosnovniji pokazatelj senzora. Predstavlja sposobnost senzora da razlikuje mjerene objekte. Ostale tehničke specifikacije senzora opisane su u smislu rezolucije kao minimalne jedinice.

Za senzore i instrumente s digitalnim zaslonom, rezolucija određuje minimalni broj znamenki za prikaz. Na primjer, razlučivost elektroničke digitalne čeljusti je 0,01 mm, a pogreška indikatora ± 0,02 mm.

Tumačenje 2: Rezolucija je apsolutni broj s jedinicama. Na primjer, razlučivost senzora temperature je 0,1 ℃, razlučivost senzora ubrzanja je 0,1 g itd.

Tumačenje 3: Razlučivost je srodan i vrlo sličan koncept razlučivosti, oba predstavlja razlučivost senzora za mjerenje.

Glavna razlika je u tome što se razlučivost izražava kao postotak razlučivosti senzora. Relativna je i nema dimenziju. Na primjer, razlučivost osjetnika temperature je 0,1 ℃, puni raspon je 500 ℃, razlučivost je 0,1/500 = 0,02%.

2. Ponovljivost:

Definicija: Ponovljivost senzora odnosi se na stupanj razlike između rezultata mjerenja kada se mjerenje ponovi nekoliko puta u istom smjeru pod istim uvjetima. Također se naziva pogreška ponavljanja, pogreška reprodukcije itd.

Tumačenje 1: Ponovljivost senzora mora biti stupanj razlike između više mjerenja dobivenih pod istim uvjetima. Ako se promijene uvjeti mjerenja, nestat će usporedivost rezultata mjerenja, što se ne može koristiti kao osnova za procjenu ponovljivosti.

Tumačenje 2: Ponovljivost senzora predstavlja disperziju i slučajnost rezultata mjerenja senzora. Razlog za takvu disperziju i nasumičnost je to što različiti slučajni poremećaji neizbježno postoje unutar i izvan senzora, što rezultira konačnim rezultatima mjerenja senzora prikazujući karakteristike slučajnih varijabli.

Tumačenje 3: Standardno odstupanje slučajne varijable može se koristiti kao ponovljivi kvantitativni izraz.

Tumačenje 4: Za više ponovljenih mjerenja može se postići veća točnost mjerenja ako se kao konačni rezultat mjerenja uzme prosjek svih mjerenja. Budući da je standardna devijacija srednje vrijednosti znatno manja od standardne devijacije svake mjere.

3. Linearnost:

Definicija: Linearnost (Linearnost) se odnosi na odstupanje krivulje ulaza i izlaza senzora od idealne ravne linije.

Tumačenje 1: Idealan odnos ulaza/izlaza senzora trebao bi biti linearan, a njegova krivulja ulaza/izlaza trebala bi biti ravna linija (crvena linija na donjoj slici).

Međutim, stvarni senzor manje -više ima razne pogreške, pa stvarna ulazna i izlazna krivulja nije idealna ravna linija, već krivulja (zelena krivulja na donjoj slici).

Linearnost je stupanj razlike između stvarne karakteristične krivulje senzora i off-line linije, također poznat kao nelinearnost ili nelinearna pogreška.

Tumačenje 2: Budući da je razlika između stvarne karakteristične krivulje senzora i idealne linije različita pri različitim veličinama mjerenja, omjer maksimalne vrijednosti razlike i vrijednosti punog raspona često se koristi u cijelom rasponu. Očigledno , linearnost je također relativna veličina.

Tumačenje 3: Budući da idealna linija osjetnika nije poznata za opću mjernu situaciju, ne može se dobiti. Iz tog razloga često se usvaja kompromisna metoda, to jest izravno pomoću rezultata mjerenja senzora za izračun linije uklapanja što je blizu idealne crte. Specifične metode izračuna uključuju metodu krajnje točke, metodu najbolje linije, metodu najmanjeg kvadrata i tako dalje.

4. Stabilnost:

Definicija: Stabilnost je sposobnost senzora da održava svoje performanse kroz određeno vrijeme.

Tumačenje 1: Stabilnost je glavni pokazatelj za ispitivanje radi li senzor stabilno u određenom vremenskom rasponu. Čimbenici koji dovode do nestabilnosti senzora uglavnom uključuju pomak temperature i otpuštanje unutarnjeg naprezanja. Stoga je korisno povećati temperaturnu kompenzaciju i tretman starenja radi poboljšanja stabilnosti.

Tumačenje 2: Stabilnost se može podijeliti na kratkoročnu stabilnost i dugoročnu stabilnost prema duljini vremenskog razdoblja. Kada je vrijeme promatranja prekratko, stabilnost i ponovljivost su bliski. Stoga, indeks stabilnosti uglavnom ispituje dugotrajnost -ročna stabilnost. Određeno vrijeme, ovisno o uporabi okoliša i zahtjevima za određivanje.

Tumačenje 3: I apsolutna i relativna pogreška mogu se koristiti za kvantitativni izraz indeksa stabilnosti. Na primjer, senzor sile tipa deformacije ima stabilnost od 0,02%/12 h.

5. Učestalost uzorkovanja:

Definicija: Brzina uzorkovanja odnosi se na broj mjernih rezultata koje senzor može uzorkovati po jedinici vremena.

Tumačenje 1: Učestalost uzorkovanja najvažniji je pokazatelj dinamičkih karakteristika senzora, odražavajući sposobnost brzog odziva senzora. Učestalost uzorkovanja jedan je od tehničkih pokazatelja koji se mora u potpunosti uzeti u obzir u slučaju brze promjene mjerenja. Prema Shannonovom zakonu uzorkovanja, frekvencija uzorkovanja senzora ne smije biti manja od 2 puta od izmjerene izmjerene frekvencije.

Tumačenje 2: Korištenjem različitih frekvencija, točnost senzora također varira u skladu s tim. Općenito govoreći, što je veća frekvencija uzorkovanja, manja je točnost mjerenja.

Najveća točnost senzora često se postiže pri najnižoj brzini uzorkovanja ili čak u statičkim uvjetima. Stoga se pri odabiru senzora mora uzeti u obzir preciznost i brzina.

Pet savjeta za dizajn senzora

1. Počnite s alatom sabirnice

Kao prvi korak, inženjer bi trebao pristupiti tako da prvo poveže senzor putem alata sabirnice kako bi ograničio nepoznato. Alat sabirnice povezuje osobno računalo (PC), a zatim na senzor I2C, SPI ili drugi protokol koji omogućuje senzor za "razgovor". PC aplikacija povezana s alatom sabirnice koja pruža poznati i radni izvor za slanje i primanje podataka koji nisu nepoznati, neautentificirani upravljački program ugrađenog mikrokontrolera (MCU). U kontekstu pomoćnog programa Bus, programer može slati i primati poruke kako bi razumio kako odjeljak radi prije nego što pokuša raditi na ugrađenoj razini.

2. Napišite kod sučelja prijenosa u Pythonu

Nakon što je programer pokušao upotrijebiti senzore sabirničkog alata, sljedeći je korak pisanje aplikacijskog koda za senzore. Umjesto izravnog prelaska na kod mikrokontrolera, upišite aplikacijski kod u Python. Mnogi pomoćni programi sabirnice konfiguriraju dodatke i uzorak koda pri pisanju pisanja skripte, koje Python obično slijedi. NET jedan od jezika dostupnih u.net. Pisanje aplikacija u Pythonu je brzo i jednostavno i pruža način za testiranje senzora u aplikacijama koje nisu tako složene kao testiranje u ugrađenom okruženju. -razinski kôd olakšat će inženjerima koji nisu ugrađeni u rudarenje skripti i testova senzora bez brige ugrađenog softverskog inženjera.

3. Testirajte senzor s Micro Pythonom

Jedna od prednosti pisanja prvog aplikacijskog koda u Pythonu je ta što se pozivi aplikacija prema sučelju za programiranje aplikacijskih programa Bus-utility (API) mogu lako zamijeniti pozivom Micro Pythona. Micro Python radi u ugrađenom softveru u stvarnom vremenu, koji ima mnogo senzori za inženjere da razumiju njegovu vrijednost. Micro Python radi na Cortex-M4 procesoru i to je dobro okruženje za otklanjanje pogrešaka u kodu aplikacije. Ne samo da je jednostavno, nema potrebe pisati I2C ili SPI upravljačke programe jer su oni već obuhvaćeni funkcijom Micro Pythona knjižnica.

4. Upotrijebite kod dobavljača senzora

Bilo koji uzorak koda koji se može "izgrebati" od proizvođača senzora, inženjeri će morati proći dug put kako bi razumjeli kako senzor radi. Nažalost, mnogi dobavljači senzora nisu stručnjaci za dizajn ugrađenog softvera, stoga ne očekujte da ćete pronaći primjer lijepe arhitekture i elegancije spreman za proizvodnju. Samo upotrijebite kôd dobavljača, saznajte kako ovaj dio funkcionira, a frustracije zbog prerađivanja pojavit će se sve dok se ne mogu čisto integrirati u ugrađeni softver. Može početi kao "špageti", ali upregnuti proizvođače 'razumijevanje kako njihovi senzori rade pomoći će smanjiti mnoge uništene vikende prije lansiranja proizvoda.

5.Koristite biblioteku funkcija fuzije senzora

Šanse su da prijenosno sučelje senzora nije novo i da se to dosad nije radilo. Poznate knjižnice svih funkcija, poput "knjižnice funkcija senzora fuzije" koje pružaju mnogi proizvođači čipova, pomažu programerima da nauče brzo ili čak bolje i izbjegnu ciklus ponovnog razvoja ili drastične izmjene arhitekture proizvoda. Mnogi se senzori mogu integrirati u opće tipove ili kategorije, a ti će tipovi ili kategorije omogućiti nesmetan razvoj upravljačkih programa koji su, ako se s njima pravilno rukuje, gotovo univerzalni ili se manje mogu koristiti. Pronađite ove knjižnice osjetiti fuzijske funkcije senzora i naučiti njihove prednosti i slabosti.

Kad su senzori integrirani u ugrađene sustave, postoji mnogo načina koji mogu pomoći u poboljšanju vremena projektiranja i jednostavnosti uporabe. Razvojni programeri nikada ne mogu "pogriješiti" naučivši kako senzori rade s visoke razine apstrakcije na početku dizajna i prije nego što ih integriraju. u sustav niže razine. Mnogi od resursa koji su danas dostupni pomoći će programerima da "krenu s uspjehom" bez potrebe da počinju od nule.


Vrijeme objave: kolovoz 16-2021