O número de sensores está proliferando na superfície da Terra e nos Espaços ao nosso redor, fornecendo dados ao mundo. Esses sensores acessíveis são a força motriz por trás do desenvolvimento da Internet das Coisas e da revolução digital que nossa sociedade está enfrentando, mas conectando e o acesso aos dados dos sensores nem sempre é direto ou fácil. Este artigo apresentará o índice técnico do sensor, 5 habilidades de design e empresas OEM.
Em primeiro lugar, o índice técnico é a base objetiva para caracterizar o desempenho de um produto. Compreender os indicadores técnicos, ajudar na correta seleção e utilização do produto. Os indicadores técnicos do sensor são divididos em indicadores estáticos e indicadores dinâmicos. Os indicadores estáticos examinam principalmente o desempenho do sensor sob a condição de invariância estática, incluindo resolução, repetibilidade, sensibilidade, linearidade, erro de retorno, limite, fluência, estabilidade e assim por diante. O índice dinâmico examina principalmente o desempenho do sensor sob a condição de mudança rápida, incluindo resposta de frequência e resposta ao degrau.
Devido aos inúmeros indicadores técnicos do sensor, vários dados e literatura são descritos de diferentes ângulos, para que diferentes pessoas tenham diferentes entendimentos, e até mesmo mal-entendidos e ambigüidade. Para este fim, os seguintes vários indicadores técnicos principais para o sensor são interpretados:
1, resolução e resolução:
Definição: Resolução refere-se à menor alteração medida que um sensor pode detectar. Resolução refere-se à relação entre Resolução e valor de escala total.
Interpretação 1: Resolução é o indicador mais básico de um sensor. Representa a capacidade do sensor de distinguir os objetos medidos. As outras especificações técnicas do sensor são descritas em termos de resolução como a unidade mínima.
Para sensores e instrumentos com display digital, a resolução determina o número mínimo de dígitos a serem exibidos. Por exemplo, a resolução do paquímetro digital eletrônico é de 0,01 mm e o erro do indicador é de ± 0,02 mm.
Interpretação 2: A resolução é um número absoluto com unidades. Por exemplo, a resolução de um sensor de temperatura é 0,1 ℃, a resolução de um sensor de aceleração é 0,1g, etc.
Interpretação 3: Resolução é um conceito relacionado e muito semelhante à resolução, ambos representando a resolução de um sensor para uma medição.
A principal diferença é que a resolução é expressa como uma porcentagem da resolução do sensor. É relativo e não tem dimensão. Por exemplo, a resolução do sensor de temperatura é 0,1 ℃, a faixa completa é 500 ℃, a resolução é 0,1 / 500 = 0,02%.
2. Repetibilidade:
Definição: Repetibilidade do sensor refere-se ao grau de diferença entre os resultados da medição quando a medição é repetida várias vezes na mesma direção sob a mesma condição. Também chamado de erro de repetição, erro de reprodução, etc.
Interpretação 1: A repetibilidade de um sensor deve ser o grau de diferença entre várias medições obtidas nas mesmas condições. Se as condições de medição mudarem, a comparabilidade entre os resultados da medição desaparecerá, o que não pode ser usado como base para avaliar a repetibilidade.
Interpretação 2: A repetibilidade do sensor representa a dispersão e aleatoriedade dos resultados de medição do sensor. A razão para tal dispersão e aleatoriedade é que vários distúrbios aleatórios existem inevitavelmente dentro e fora do sensor, resultando nos resultados de medição finais do sensor mostrando as características das variáveis aleatórias.
Interpretação 3: O desvio padrão da variável aleatória pode ser usado como uma expressão quantitativa reproduzível.
Interpretação 4: Para múltiplas medições repetidas, uma maior precisão de medição pode ser obtida se a média de todas as medições for tomada como o resultado final da medição. Porque o desvio padrão da média é significativamente menor do que o desvio padrão de cada medida.
3. Linearidade:
Definição: Linearidade (Linearidade) refere-se ao desvio da curva de entrada e saída do sensor da linha reta ideal.
Interpretação 1: A relação ideal de entrada / saída do sensor deve ser linear e sua curva de entrada / saída deve ser uma linha reta (linha vermelha na figura abaixo).
No entanto, o sensor real tem mais ou menos uma variedade de erros, resultando na curva de entrada e saída real não é a linha reta ideal, mas uma curva (a curva verde na figura abaixo).
Linearidade é o grau de diferença entre a curva característica real do sensor e a linha off-line, também conhecida como não linearidade ou erro não linear.
Interpretação 2: Como a diferença entre a curva característica real do sensor e a linha ideal é diferente em diferentes tamanhos de medição, a relação entre o valor máximo da diferença e o valor da faixa completa é frequentemente usada na faixa completa. , a linearidade também é uma quantidade relativa.
Interpretação 3: Como a linha ideal do sensor é desconhecida para a situação geral de medição, ela não pode ser obtida. Por esse motivo, muitas vezes é adotado um método de compromisso, isto é, usar diretamente os resultados da medição do sensor para calcular a linha de ajuste que está perto da linha ideal. Os métodos de cálculo específicos incluem o método da linha do ponto final, o melhor método da linha, o método dos mínimos quadrados e assim por diante.
4. Estabilidade:
Definição: estabilidade é a capacidade de um sensor de manter seu desempenho por um período de tempo.
Interpretação 1: A estabilidade é o principal índice para investigar se o sensor funciona de forma estável em um determinado intervalo de tempo. Os fatores que levam à instabilidade do sensor incluem principalmente variação de temperatura e liberação de tensão interna. Portanto, é útil aumentar a compensação de temperatura e tratamento de envelhecimento para melhorar a estabilidade.
Interpretação 2: A estabilidade pode ser dividida em estabilidade de curto prazo e estabilidade de longo prazo de acordo com a duração do período de tempo. Quando o tempo de observação é muito curto, a estabilidade e a repetibilidade são próximas. Portanto, o índice de estabilidade examina principalmente o longo -estabilidade de prazo. A duração específica de tempo, de acordo com o uso do ambiente e os requisitos para determinar.
Interpretação 3: Tanto o erro absoluto como o erro relativo podem ser usados para a expressão quantitativa do índice de estabilidade. Por exemplo, um sensor de força do tipo deformação tem uma estabilidade de 0,02% / 12h.
5. Frequência de amostragem:
Definição: Taxa de Amostragem refere-se ao número de resultados de medição que podem ser amostrados pelo sensor por unidade de tempo.
Interpretação 1: A frequência de amostragem é o indicador mais importante das características dinâmicas do sensor, refletindo a capacidade de resposta rápida do sensor. A frequência de amostragem é um dos indicadores técnicos que deve ser totalmente considerado no caso de mudança rápida de medição. De acordo com a lei de amostragem de Shannon, a frequência de amostragem do sensor não deve ser inferior a 2 vezes a frequência de mudança do medido.
Interpretação 2: Com o uso de frequências diferentes, a precisão do sensor também varia de acordo. De modo geral, quanto maior a frequência de amostragem, menor a precisão da medição.
A maior precisão do sensor é freqüentemente obtida na menor velocidade de amostragem ou mesmo sob condições estáticas. Portanto, a precisão e a velocidade devem ser levadas em consideração na seleção do sensor.
Cinco dicas de design para sensores
1. Comece com a ferramenta de ônibus
Como uma primeira etapa, o engenheiro deve adotar a abordagem de primeiro conectar o sensor por meio de uma ferramenta de barramento para limitar o desconhecido. Uma ferramenta de barramento conecta um computador pessoal (PC) e, em seguida, ao I2C, SPI ou outro protocolo do sensor que permite o sensor para “falar”. Um aplicativo de PC associado a uma ferramenta de barramento que fornece uma fonte conhecida e funcional para enviar e receber dados que não sejam um driver de microcontrolador integrado (MCU) desconhecido e não autenticado. No contexto do utilitário Bus, o desenvolvedor pode enviar e receber mensagens para entender como a seção funciona antes de tentar operar no nível incorporado.
2. Escreva o código da interface de transmissão em Python
Depois que o desenvolvedor tentou usar os sensores da ferramenta de barramento, a próxima etapa é escrever o código do aplicativo para os sensores. Em vez de pular diretamente para o código do microcontrolador, escreva o código do aplicativo em Python. Muitos utilitários de barramento configuram plug-ins e exemplos de código ao escrever scripts, que o Python geralmente segue. NET, uma das linguagens disponíveis em.net. Escrever aplicativos em Python é rápido e fácil e fornece uma maneira de testar sensores em aplicativos que não são tão complexos quanto testar em um ambiente incorporado. o código de nível tornará mais fácil para os engenheiros não integrados minerar scripts e testes de sensor sem o cuidado de um engenheiro de software integrado.
3. Teste o sensor com Micro Python
Uma das vantagens de escrever o primeiro código de aplicativo em Python é que as chamadas de aplicativo para a interface de programação (API) do utilitário Bus podem ser facilmente trocadas chamando Micro Python. Micro Python é executado em software integrado em tempo real, que tem muitos sensores para engenheiros entenderem seu valor. Micro Python é executado em um processador Cortex-M4 e é um bom ambiente para depurar o código do aplicativo. Não é apenas simples, não há necessidade de escrever drivers I2C ou SPI aqui, pois eles já são abordados na função do Micro Python biblioteca.
4. Use o código do fornecedor do sensor
Qualquer código de amostra que pode ser "extraído" de um fabricante de sensor, os engenheiros terão que percorrer um longo caminho para entender como o sensor funciona. Infelizmente, muitos fornecedores de sensores não são especialistas em design de software incorporado, então não espere encontrar um exemplo pronto para produção de bela arquitetura e elegância. Basta usar o código do fornecedor, aprender como essa parte funciona, e a frustração da refatoração surgirá até que ela possa ser integrada de forma limpa ao software incorporado. Pode começar como "espaguete", mas aproveitando os fabricantes A compreensão de como seus sensores funcionam ajudará a reduzir o número de finais de semana arruinados antes do lançamento do produto.
5. Use uma biblioteca de funções de fusão de sensores
Provavelmente, a interface de transmissão do sensor não é nova e não foi feita antes. Bibliotecas conhecidas de todas as funções, como a “Biblioteca de funções de fusão do sensor” fornecida por muitos fabricantes de chips, ajudam os desenvolvedores a aprender rapidamente, ou até melhor, e evitam o ciclo de redesenvolvimento ou modificação drástica da arquitetura do produto. Muitos sensores podem ser integrados em tipos ou categorias gerais, e esses tipos ou categorias permitirão o desenvolvimento suave de drivers que, se manuseados adequadamente, são quase universais ou menos reutilizáveis. Encontre essas bibliotecas de funções de fusão de sensores e aprenda seus pontos fortes e fracos.
Quando os sensores são integrados em sistemas embarcados, há muitas maneiras de ajudar a melhorar o tempo de design e facilidade de uso. Os desenvolvedores nunca podem "dar errado" aprendendo como os sensores funcionam a partir de um alto nível de abstração no início do design e antes de integrá-los em um sistema de nível inferior. Muitos dos recursos disponíveis hoje ajudarão os desenvolvedores a “começar a trabalhar imediatamente” sem ter que começar do zero.
Horário da postagem: 16 de agosto de 2021