La cantidad de sensores está proliferando en la superficie de la tierra y en los espacios que nos rodean, proporcionando al mundo datos.Estos sensores asequibles son la fuerza impulsora detrás del desarrollo de Internet de las cosas y la revolución digital que nuestra sociedad enfrenta, pero conectando y el acceso a los datos de los sensores no siempre es sencillo o sencillo. Este documento presentará el índice técnico del sensor, 5 habilidades de diseño y empresas OEM.
En primer lugar, el índice técnico es la base objetiva para caracterizar el rendimiento de un producto.Entender los indicadores técnicos, ayudar a la correcta selección y uso del producto.Los indicadores técnicos del sensor se dividen en indicadores estáticos e indicadores dinámicos. Los indicadores estáticos examinan principalmente el rendimiento del sensor en condiciones de invariancia estática, incluida la resolución, repetibilidad, sensibilidad, linealidad, error de retorno, umbral, fluencia, estabilidad, etc. El índice dinámico examina principalmente el rendimiento del sensor en la condición de cambio rápido, incluida la respuesta en frecuencia y la respuesta escalonada.
Debido a los numerosos indicadores técnicos del sensor, se describen varios datos y literatura desde diferentes ángulos, de modo que diferentes personas tienen diferentes entendimientos, e incluso malentendidos y ambigüedad.Para ello, se interpretan los siguientes indicadores técnicos principales para el sensor:
1, resolución y resolución:
Definición: La resolución se refiere al cambio medido más pequeño que puede detectar un sensor. La resolución se refiere a la relación entre la resolución y el valor de escala completa.
Interpretación 1: La resolución es el indicador más básico de un sensor. Representa la capacidad del sensor para distinguir los objetos medidos. Las otras especificaciones técnicas del sensor se describen en términos de resolución como la unidad mínima.
Para sensores e instrumentos con pantalla digital, la resolución determina el número mínimo de dígitos que se mostrarán. Por ejemplo, la resolución del calibrador digital electrónico es de 0.01 mm y el error del indicador es de ± 0.02 mm.
Interpretación 2: La resolución es un número absoluto con unidades, por ejemplo, la resolución de un sensor de temperatura es 0.1 ℃, la resolución de un sensor de aceleración es 0.1g, etc.
Interpretación 3: La resolución es un concepto relacionado y muy similar a la resolución, y ambos representan la resolución de un sensor a una medición.
La principal diferencia es que la resolución se expresa como un porcentaje de la resolución del sensor. Es relativo y no tiene dimensión. Por ejemplo, la resolución del sensor de temperatura es 0.1 ℃, el rango completo es 500 ℃, la resolución es 0.1 / 500 = 0.02%.
2. Repetibilidad:
Definición: La repetibilidad del sensor se refiere al grado de diferencia entre los resultados de la medición cuando la medición se repite varias veces en la misma dirección bajo la misma condición, también llamado error de repetición, error de reproducción, etc.
Interpretación 1: La repetibilidad de un sensor debe ser el grado de diferencia entre múltiples mediciones obtenidas en las mismas condiciones. Si las condiciones de medición cambian, la comparabilidad entre los resultados de medición desaparecerá, lo que no puede usarse como base para evaluar la repetibilidad.
Interpretación 2: La repetibilidad del sensor representa la dispersión y aleatoriedad de los resultados de la medición del sensor. La razón de tal dispersión y aleatoriedad es que inevitablemente existen varias perturbaciones aleatorias dentro y fuera del sensor, lo que da como resultado los resultados finales de la medición del sensor. mostrando las características de las variables aleatorias.
Interpretación 3: La desviación estándar de la variable aleatoria se puede utilizar como una expresión cuantitativa reproducible.
Interpretación 4: Para múltiples mediciones repetidas, se puede obtener una mayor precisión de medición si se toma el promedio de todas las mediciones como resultado final de la medición, ya que la desviación estándar de la media es significativamente menor que la desviación estándar de cada medida.
3. Linealidad:
Definición: Linealidad (Linealidad) se refiere a la desviación de la curva de entrada y salida del sensor de la línea recta ideal.
Interpretación 1: La relación ideal de entrada / salida del sensor debe ser lineal y su curva de entrada / salida debe ser una línea recta (línea roja en la figura siguiente).
Sin embargo, el sensor real tiene más o menos una variedad de errores, lo que da como resultado que la curva de entrada y salida real no sea la línea recta ideal, sino una curva (la curva verde en la figura siguiente).
La linealidad es el grado de diferencia entre la curva característica real del sensor y la línea fuera de línea, también conocida como no linealidad o error no lineal.
Interpretación 2: Debido a que la diferencia entre la curva característica real del sensor y la línea ideal es diferente en diferentes tamaños de medición, la relación entre el valor máximo de la diferencia y el valor de rango completo se usa a menudo en el rango de rango completo. , la linealidad también es una cantidad relativa.
Interpretación 3: Debido a que la línea ideal del sensor es desconocida para la situación de medición general, no se puede obtener. Por esta razón, a menudo se adopta un método de compromiso, es decir, usar directamente los resultados de la medición del sensor para calcular la línea de ajuste. que está cerca de la línea ideal. Los métodos de cálculo específicos incluyen el método de la línea del punto final, el método de la mejor línea, el método de mínimos cuadrados, etc.
4. Estabilidad:
Definición: La estabilidad es la capacidad de un sensor para mantener su rendimiento durante un período de tiempo.
Interpretación 1: La estabilidad es el índice principal para investigar si el sensor funciona de manera estable en un cierto rango de tiempo.Los factores que conducen a la inestabilidad del sensor incluyen principalmente la desviación de temperatura y la liberación de tensión interna.Por lo tanto, es útil aumentar la compensación de temperatura. y tratamiento de envejecimiento para mejorar la estabilidad.
Interpretación 2: La estabilidad se puede dividir en estabilidad a corto plazo y estabilidad a largo plazo de acuerdo con la duración del período de tiempo.Cuando el tiempo de observación es demasiado corto, la estabilidad y la repetibilidad son cercanas.Por lo tanto, el índice de estabilidad examina principalmente el largo -estabilidad de plazo. El período de tiempo específico, según el uso del entorno y los requisitos a determinar.
Interpretación 3: Tanto el error absoluto como el relativo se pueden utilizar para la expresión cuantitativa del índice de estabilidad. Por ejemplo, un sensor de fuerza del tipo de deformación tiene una estabilidad de 0,02% / 12 h.
5. Frecuencia de muestreo:
Definición: Frecuencia de muestreo se refiere al número de resultados de medición que puede muestrear el sensor por unidad de tiempo.
Interpretación 1: La frecuencia de muestreo es el indicador más importante de las características dinámicas del sensor, lo que refleja la capacidad de respuesta rápida del sensor. La frecuencia de muestreo es uno de los indicadores técnicos que deben tenerse en cuenta en el caso de un cambio rápido de medición. Según la ley de muestreo de Shannon, la frecuencia de muestreo del sensor no debe ser inferior a 2 veces la frecuencia de cambio de la medida.
Interpretación 2: Con el uso de diferentes frecuencias, la precisión del sensor también varía en consecuencia. En términos generales, cuanto mayor es la frecuencia de muestreo, menor es la precisión de la medición.
La mayor precisión del sensor a menudo se obtiene a la velocidad de muestreo más baja o incluso en condiciones estáticas, por lo tanto, la precisión y la velocidad deben tenerse en cuenta en la selección del sensor.
Cinco consejos de diseño para sensores
1. Comience con la herramienta de bus
Como primer paso, el ingeniero debe tomar el enfoque de conectar primero el sensor a través de una herramienta de bus para limitar lo desconocido. Una herramienta de bus conecta una computadora personal (PC) y luego al I2C, SPI u otro protocolo del sensor que permita el sensor para "hablar". Una aplicación de PC asociada con una herramienta de bus que proporciona una fuente de trabajo conocida para enviar y recibir datos que no es un controlador de microcontrolador incrustado (MCU) desconocido y no autenticado. puede enviar y recibir mensajes para comprender cómo funciona la sección antes de intentar operar en el nivel integrado.
2. Escribe el código de la interfaz de transmisión en Python.
Una vez que el desarrollador ha intentado usar los sensores de la herramienta de bus, el siguiente paso es escribir el código de la aplicación para los sensores. En lugar de saltar directamente al código del microcontrolador, escriba el código de la aplicación en Python. Muchas utilidades de bus configuran complementos y código de muestra al escribir. scripts, que Python generalmente sigue. NET, uno de los lenguajes disponibles en.net. Escribir aplicaciones en Python es rápido y fácil, y proporciona una forma de probar sensores en aplicaciones que no son tan complejas como las pruebas en un entorno embebido. El código de nivel facilitará a los ingenieros no integrados extraer scripts y pruebas de sensores sin el cuidado de un ingeniero de software integrado.
3. Pruebe el sensor con Micro Python
Una de las ventajas de escribir el primer código de aplicación en Python es que las llamadas de la aplicación a la interfaz de programación (API) de la aplicación de utilidad de bus se pueden intercambiar fácilmente llamando a Micro Python. sensores para que los ingenieros comprendan su valor. Micro Python se ejecuta en un procesador Cortex-M4 y es un buen entorno desde el que depurar el código de la aplicación. No solo es simple, no es necesario escribir controladores I2C o SPI aquí, ya que ya están cubiertos en la función de Micro Python Biblioteca.
4. Utilice el código del proveedor del sensor.
Cualquier código de muestra que pueda ser "extraído" de un fabricante de sensores, los ingenieros tendrán que recorrer un largo camino para comprender cómo funciona el sensor. Desafortunadamente, muchos proveedores de sensores no son expertos en diseño de software integrado, por lo que no espere encontrar un ejemplo listo para producción de hermosa arquitectura y elegancia. Solo use el código del proveedor, aprenda cómo funciona esta pieza y la frustración de la refactorización surgirá hasta que pueda integrarse limpiamente en el software integrado. Puede comenzar como "espaguetis", pero aprovechando a los fabricantes 'La comprensión de cómo funcionan sus sensores ayudará a reducir muchos fines de semana arruinados antes del lanzamiento del producto.
5.Utilice una biblioteca de funciones de fusión de sensores
Lo más probable es que la interfaz de transmisión del sensor no sea nueva y no se haya hecho antes. Bibliotecas conocidas de todas las funciones, como la "Biblioteca de funciones de fusión de sensores" proporcionada por muchos fabricantes de chips, ayudan a los desarrolladores a aprender rápidamente, o incluso mejor, y evitar el ciclo de redesarrollo o modificación drástica de la arquitectura del producto.Muchos sensores se pueden integrar en tipos o categorías generales, y estos tipos o categorías permitirán el desarrollo fluido de controladores que, si se manejan correctamente, son casi universales o menos reutilizables. funciones de fusión de sensores y aprenda sus fortalezas y debilidades.
Cuando los sensores se integran en sistemas embebidos, hay muchas formas de ayudar a mejorar el tiempo de diseño y la facilidad de uso. Los desarrolladores nunca pueden "equivocarse" al aprender cómo funcionan los sensores desde un alto nivel de abstracción al comienzo del diseño y antes de integrarlos en un sistema de nivel inferior. Muchos de los recursos disponibles en la actualidad ayudarán a los desarrolladores a "empezar a trabajar" sin tener que empezar de cero.
Hora de publicación: Ago-16-2021