Vyf ontwerpvaardighede en tegniese aanwysers van die sensor

Die aantal sensors neem toe oor die aarde se oppervlak en in die ruimtes rondom ons, wat die wêreld van data voorsien. Hierdie bekostigbare sensors is die dryfkrag agter die ontwikkeling van die Internet van Dinge en die digitale rewolusie waarmee ons samelewing te kampe het, maar die koppeling en toegang tot data vanaf sensors verloop nie altyd reguit of maklik nie. Hierdie referaat sal die tegniese indeks van sensors, 5 ontwerpvaardighede en OEM-ondernemings bekendstel.

Eerstens is die tegniese indeks die objektiewe basis om die werkverrigting van 'n produk te karakteriseer. Verstaan ​​die tegniese aanwysers, help die korrekte keuse en gebruik van die produk. Die tegniese aanwysers van die sensor word verdeel in statiese aanwysers en dinamiese aanwysers. Die statiese aanwysers ondersoek hoofsaaklik die werkverrigting van die sensor onder die toestand van statiese onveranderlikheid, insluitend resolusie, herhaalbaarheid, sensitiwiteit, lineariteit, terugkeerfout, drempel, kruip, stabiliteit en so aan. Dinamiese indeks ondersoek hoofsaaklik die werkverrigting van die sensor onder die toestand van vinnige verandering, insluitend frekwensierespons en staprespons.

As gevolg van die talle tegniese aanwysers van die sensor, word verskeie data en literatuur vanuit verskillende hoeke beskryf, sodat verskillende mense verskillende begrippe, en selfs misverstande en dubbelsinnigheid het. Vir hierdie doel word die volgende verskeie hoof tegniese aanwysers vir die sensor geïnterpreteer:

1, resolusie en resolusie:

Definisie: Resolusie verwys na die kleinste gemete verandering wat 'n sensor kan opspoor. Resolusie verwys na die verhouding van resolusie tot volle skaalwaarde.

Interpretasie 1: Resolusie is die mees basiese aanduiding van 'n sensor. Dit verteenwoordig die sensor se vermoë om die gemete voorwerpe te onderskei. Die ander tegniese spesifikasies van die sensor word beskryf in terme van resolusie as die minimum eenheid.

Vir sensors en instrumente met digitale skerms, bepaal resolusie die minimum aantal syfers wat vertoon moet word. Byvoorbeeld, die resolusie van 'n elektroniese digitale skuifmaat is 0.01 mm, en die aanwyserfout is ±0.02 mm.

Interpretasie 2: Resolusie is 'n absolute getal met eenhede. Byvoorbeeld, die resolusie van 'n temperatuursensor is 0.1 ℃, die resolusie van 'n versnellingsensor is 0.1 g, ens.

Interpretasie 3: Resolusie is 'n verwante en baie soortgelyke konsep as resolusie, wat beide die resolusie van 'n sensor tot 'n meting verteenwoordig.

Die hoofverskil is dat die resolusie uitgedruk word as 'n persentasie van die resolusie van die sensor. Dit is relatief en het geen dimensie nie. Byvoorbeeld, die resolusie van die temperatuursensor is 0.1℃, die volle reeks is 500℃, die resolusie is 0.1/500=0.02%.

2. Herhaalbaarheid:

Definisie: Herhaalbaarheid van die sensor verwys na die mate van verskil tussen die meetresultate wanneer die meting verskeie kere in dieselfde rigting onder dieselfde toestand herhaal word. Ook genoem herhalingsfout, reproduksiefout, ens.

Interpretasie 1: Herhaalbaarheid van 'n sensor moet die graad van verskil wees tussen veelvuldige metings wat onder dieselfde toestande verkry is. Indien die meettoestande verander, sal die vergelykbaarheid tussen die meetresultate verdwyn, wat nie as basis vir die beoordeling van herhaalbaarheid gebruik kan word nie.

Interpretasie 2: Die herhaalbaarheid van die sensor verteenwoordig die verspreiding en ewekansigheid van die meetresultate van die sensor. Die rede vir sulke verspreiding en ewekansigheid is dat verskeie ewekansige steurnisse onvermydelik binne en buite die sensor bestaan, wat daartoe lei dat die finale meetresultate van die sensor die eienskappe van ewekansige veranderlikes toon.

Interpretasie 3: Die standaardafwyking van die stogastiese veranderlike kan as 'n reproduceerbare kwantitatiewe uitdrukking gebruik word.

Interpretasie 4: Vir veelvuldige herhaalde metings kan 'n hoër meetnauwkeurigheid verkry word as die gemiddelde van alle metings as die finale meetresultaat geneem word. Omdat die standaardafwyking van die gemiddelde aansienlik kleiner is as die standaardafwyking van elke meting.

3. Lineariteit:

Definisie: Lineariteit (Lineariteit) verwys na die afwyking van die sensor se inset- en uitsetkromme van die ideale reguit lyn.

Interpretasie 1: Die ideale sensor-inset/uitset-verhouding moet lineêr wees, en die inset/uitset-kromme moet 'n reguit lyn wees (rooi lyn in die figuur hieronder).

Die werklike sensor het egter min of meer 'n verskeidenheid foute, wat daartoe lei dat die werklike invoer- en uitvoerkurwe nie die ideale reguit lyn is nie, maar 'n kurwe (die groen kurwe in die figuur hieronder).

Lineariteit is die mate van verskil tussen die werklike kenmerkende kurwe van die sensor en die aflynlyn, ook bekend as nie-lineariteit of nie-lineêre fout.

Interpretasie 2: Omdat die verskil tussen die werklike kenmerkende kurwe van die sensor en die ideale lyn verskil by verskillende metingsgroottes, word die verhouding van die maksimum waarde van die verskil tot die volle reekswaarde dikwels in die volle reeksbereik gebruik. Dit is duidelik dat lineariteit ook 'n relatiewe hoeveelheid is.

Interpretasie 3: Omdat die ideale lyn van die sensor onbekend is vir die algemene meetsituasie, kan dit nie verkry word nie. Om hierdie rede word 'n kompromismetode dikwels aangeneem, dit wil sê, die gebruik van die meetresultate van die sensor direk om die paslyn te bereken wat naby die ideale lyn is. Die spesifieke berekeningsmetodes sluit in die eindpuntlynmetode, beste lynmetode, kleinste kwadraatmetode, ensovoorts.

4. Stabiliteit:

Definisie: Stabiliteit is die vermoë van 'n sensor om sy werkverrigting oor 'n tydperk te handhaaf.

Interpretasie 1: Stabiliteit is die hoofindeks om te ondersoek of die sensor stabiel binne 'n sekere tydsbestek werk. Die faktore wat tot die onstabiliteit van die sensor lei, sluit hoofsaaklik temperatuurdrywing en interne spanningsvrystelling in. Daarom is dit nuttig om die temperatuurkompensasie en verouderingsbehandeling te verhoog om die stabiliteit te verbeter.

Interpretasie 2: Stabiliteit kan verdeel word in korttermynstabiliteit en langtermynstabiliteit volgens die lengte van die tydperk. Wanneer die waarnemingstyd te kort is, is die stabiliteit en herhaalbaarheid naby. Daarom ondersoek die stabiliteitsindeks hoofsaaklik die langtermynstabiliteit. Die spesifieke tydsduur word bepaal volgens die gebruik van die omgewing en vereistes.

Interpretasie 3: Beide absolute fout en relatiewe fout kan gebruik word vir die kwantitatiewe uitdrukking van die stabiliteitsindeks. Byvoorbeeld, 'n spanningstipe kragsensor het 'n stabiliteit van 0.02%/12h.

5. Monsternemingsfrekwensie:

Definisie: Monstertempo verwys na die aantal meetresultate wat deur die sensor per tydseenheid gemonster kan word.

Interpretasie 1: Die monsterfrekwensie is die belangrikste aanwyser van die dinamiese eienskappe van die sensor, wat die vinnige reaksievermoë van die sensor weerspieël. Monsterfrekwensie is een van die tegniese aanwysers wat ten volle in ag geneem moet word in die geval van vinnige verandering van meting. Volgens Shannon se monsterwet moet die monsterfrekwensie van die sensor nie minder as 2 keer die veranderingsfrekwensie van die gemete wees nie.

Interpretasie 2: Met die gebruik van verskillende frekwensies wissel die akkuraatheid van die sensor ook dienooreenkomstig. Oor die algemeen, hoe hoër die monsternemingsfrekwensie, hoe laer die meetnauwkeurigheid.

Die hoogste akkuraatheid van die sensor word dikwels verkry teen die laagste monsternemingspoed of selfs onder statiese toestande. Daarom moet presisie en spoed in ag geneem word by die keuse van sensor.

Vyf ontwerpwenke vir sensors

1. Begin met die busgereedskap

As 'n eerste stap moet die ingenieur die benadering volg om eers die sensor deur 'n businstrument te koppel om die onbekende te beperk. 'n Businstrument koppel 'n persoonlike rekenaar (PC) en dan aan die sensor se I2C, SPI of ander protokol wat die sensor toelaat om te "praat". 'n Rekenaartoepassing wat met 'n businstrument geassosieer word, wat 'n bekende en werkende bron bied vir die stuur en ontvang van data wat nie 'n onbekende, ongeverifieerde ingebedde mikrobeheerder (MCU) drywer is nie. In die konteks van die Bus-hulpprogram kan die ontwikkelaar boodskappe stuur en ontvang om 'n begrip te kry van hoe die afdeling werk voordat hy probeer om op die ingebedde vlak te werk.

2. Skryf die transmissie-koppelvlakkode in Python

Sodra die ontwikkelaar die bus-instrument se sensors probeer het, is die volgende stap om toepassingskode vir die sensors te skryf. In plaas daarvan om direk na mikrobeheerderkode te spring, skryf toepassingskode in Python. Baie bus-hulpprogramme konfigureer inproppe en voorbeeldkode wanneer hulle skryfskrifte skryf, wat Python gewoonlik volg .NET, een van die tale wat in .net beskikbaar is. Om toepassings in Python te skryf, is vinnig en maklik, en dit bied 'n manier om sensors in toepassings te toets wat nie so kompleks is soos toetsing in 'n ingebedde omgewing nie. Deur hoëvlakkode te hê, sal dit maklik wees vir nie-ingebedde ingenieurs om sensorskripte en toetse te ontgin sonder die sorg van 'n ingebedde sagteware-ingenieur.

3. Toets die sensor met Micro Python

Een van die voordele van die skryf van die eerste toepassingskode in Python is dat toepassingsoproepe na die Bus-utility-toepassingsprogrammeringskoppelvlak (API) maklik omgeruil kan word deur Micro Python te roep. Micro Python loop in intydse ingebedde sagteware, wat baie sensors het vir ingenieurs om die waarde daarvan te verstaan. Micro Python loop op 'n Cortex-M4-verwerker, en dit is 'n goeie omgewing vanwaar toepassingskode ontfout kan word. Dit is nie net eenvoudig nie, maar daar is geen nodigheid om I2C- of SPI-drywers hier te skryf nie, aangesien dit reeds in Micro Python se funksiebiblioteek gedek word.

4. Gebruik die sensorverskafferkode

Enige voorbeeldkode wat van 'n sensorvervaardiger "geskraap" kan word, ingenieurs sal 'n lang pad moet loop om te verstaan ​​hoe die sensor werk. Ongelukkig is baie sensorverskaffers nie kundiges in ingebedde sagteware-ontwerp nie, so moenie verwag om 'n produksieklaar voorbeeld van pragtige argitektuur en elegansie te vind nie. Gebruik net die verskafferskode, leer hoe hierdie deel werk, en die frustrasie van herfaktorering sal ontstaan ​​totdat dit skoon in ingebedde sagteware geïntegreer kan word. Dit mag dalk as "spaghetti" begin, maar die benutting van vervaardigers se begrip van hoe hul sensors werk, sal help om baie verwoeste naweke voor die bekendstelling van die produk te verminder.

5. Gebruik 'n biblioteek van sensorfusiefunksies

Die kanse is goed dat die sensor se transmissie-koppelvlak nie nuut is nie en nog nie voorheen gedoen is nie. Bekende biblioteke van alle funksies, soos die "Sensor Fusion-funksiebiblioteek" wat deur baie skyfievervaardigers verskaf word, help ontwikkelaars om vinnig, of selfs beter, te leer en die siklus van herontwikkeling of drastiese wysiging van die produkargitektuur te vermy. Baie sensors kan in algemene tipes of kategorieë geïntegreer word, en hierdie tipes of kategorieë sal die gladde ontwikkeling van drywers moontlik maak wat, indien behoorlik hanteer, byna universeel of minder herbruikbaar is. Vind hierdie biblioteke van sensorfusiefunksies en leer hul sterk- en swakpunte.

Wanneer sensors in ingebedde stelsels geïntegreer word, is daar baie maniere om ontwerptyd en gebruiksgemak te verbeter. Ontwikkelaars kan nooit "verkeerd gaan" deur te leer hoe sensors werk vanaf 'n hoë vlak van abstraksie aan die begin van die ontwerp en voordat hulle dit in 'n laer vlak stelsel integreer nie. Baie van die hulpbronne wat vandag beskikbaar is, sal ontwikkelaars help om "aan die gang te kom" sonder om van voor af te begin.