Пет вештина дизајна и техничких индикатора сензора

Број сензора се шири по површини Земље и у простору око нас, пружајући свету податке. Ови приступачни сензори су покретачка снага развоја Интернета ствари и дигиталне револуције са којом се наше друштво суочава, али повезивање и приступ подацима са сензора не иде увек једноставно или лако. Овај рад ће представити технички индекс сензора, 5 вештина дизајна и OEM предузећа.

Пре свега, технички индекс је објективна основа за карактеризацију перформанси производа. Разумевање техничких индикатора помаже у правилном избору и употреби производа. Технички индикатори сензора су подељени на статичке индикаторе и динамичке индикаторе. Статички индикатори углавном испитују перформансе сензора под условима статичке инваријантности, укључујући резолуцију, поновљивост, осетљивост, линеарност, грешку повратка, праг, пузање, стабилност и тако даље. Динамички индекс углавном испитује перформансе сензора под условима брзих промена, укључујући фреквентни одзив и корак одзив.

Због бројних техничких индикатора сензора, различити подаци и литература су описани из различитих углова, тако да различити људи имају различита разумевања, па чак и неспоразуме и двосмисленост. У ту сврху, тумаче се следећих неколико главних техничких индикатора за сензор:

1, резолуција и резолуција:

Дефиниција: Резолуција се односи на најмању измерену промену коју сензор може да детектује. Резолуција се односи на однос резолуције и пуне вредности скале.

Тумачење 1: Резолуција је најосновнији показатељ сензора. Она представља способност сензора да разликује мерене објекте. Остале техничке спецификације сензора су описане у смислу резолуције као минималне јединице.

За сензоре и инструменте са дигиталним дисплејем, резолуција одређује минимални број цифара које ће се приказати. На пример, резолуција електронског дигиталног калибра је 0,01 мм, а грешка индикатора је ±0,02 мм.

Тумачење 2: Резолуција је апсолутни број са јединицама. На пример, резолуција сензора температуре је 0,1℃, резолуција сензора убрзања је 0,1g, итд.

Тумачење 3: Резолуција је повезан и веома сличан концепт резолуцији, оба представљају резолуцију сензора у односу на мерење.

Главна разлика је у томе што се резолуција изражава као проценат резолуције сензора. Она је релативна и нема димензију. На пример, резолуција температурног сензора је 0,1℃, пуни опсег је 500℃, резолуција је 0,1/500=0,02%.

2. Поновљивост:

Дефиниција: Поновљивост сензора односи се на степен разлике између резултата мерења када се мерење понови неколико пута у истом смеру под истим условима. Такође се назива грешка понављања, грешка репродукције итд.

Тумачење 1: Поновљивост сензора мора бити степен разлике између више мерења добијених под истим условима. Ако се услови мерења промене, упоредивост између резултата мерења ће нестати, што се не може користити као основа за процену поновљивости.

Тумачење 2: Поновљивост сензора представља дисперзију и случајност резултата мерења сензора. Разлог за такву дисперзију и случајност је тај што различити случајни поремећаји неизбежно постоје унутар и изван сензора, што резултира тиме да коначни резултати мерења сензора показују карактеристике случајних променљивих.

Тумачење 3: Стандардна девијација случајне променљиве може се користити као репродуцибилан квантитативни израз.

Тумачење 4: За вишеструка поновљена мерења, већа тачност мерења може се постићи ако се просек свих мерења узме као коначни резултат мерења. Јер је стандардна девијација средње вредности значајно мања од стандардне девијације сваке мере.

3. Линеарност:

Дефиниција: Линеарност (Linearity) се односи на одступање криве улаза и излаза сензора од идеалне равне линије.

Тумачење 1: Идеалан однос улаза/излаза сензора треба да буде линеаран, а његова крива улаза/излаза треба да буде права линија (црвена линија на слици испод).

Међутим, стварни сензор мање-више има разне грешке, што резултира тиме да стварна крива улаза и излаза није идеална права линија, већ крива (зелена крива на слици испод).

Линеарност је степен разлике између стварне карактеристичне криве сензора и офлајн линије, такође позната као нелинеарност или нелинеарна грешка.

Тумачење 2: Пошто је разлика између стварне карактеристичне криве сензора и идеалне линије различита при различитим величинама мерења, однос максималне вредности разлике и вредности пуног опсега се често користи у опсегу пуног опсега. Очигледно је да је линеарност такође релативна величина.

Тумачење 3: Пошто је идеална линија сензора непозната за општу ситуацију мерења, она се не може добити. Из тог разлога, често се усваја компромисна метода, односно директно коришћење резултата мерења сензора за израчунавање линије прилагођавања која је близу идеалне линије. Специфичне методе израчунавања укључују методу линије крајње тачке, методу најбоље линије, методу најмањих квадрата и тако даље.

4. Стабилност:

Дефиниција: Стабилност је способност сензора да одржи своје перформансе током одређеног временског периода.

Тумачење 1: Стабилност је главни индекс за испитивање да ли сензор ради стабилно у одређеном временском опсегу. Фактори који доводе до нестабилности сензора углавном укључују температурно померање и ослобађање унутрашњег напрезања. Стога је корисно повећати температурну компензацију и третман старења како би се побољшала стабилност.

Тумачење 2: Стабилност се може поделити на краткорочну стабилност и дугорочну стабилност према дужини временског периода. Када је време посматрања прекратко, стабилност и поновљивост су блиске. Стога, индекс стабилности углавном испитује дугорочну стабилност. Специфична дужина времена, у складу са употребом окружења и захтевима, одређује се.

Тумачење 3: И апсолутна и релативна грешка могу се користити за квантитативно изражавање индекса стабилности. На пример, сензор силе типа деформације има стабилност од 0,02%/12h.

5. Учесталост узорковања:

Дефиниција: Брзина узорковања односи се на број резултата мерења које сензор може узорковати по јединици времена.

Тумачење 1: Фреквенција узорковања је најважнији показатељ динамичких карактеристика сензора, који одражава способност брзог одзива сензора. Фреквенција узорковања је један од техничких показатеља који се мора у потпуности узети у обзир у случају брзе промене мерења. Према Шеноновом закону узорковања, фреквенција узорковања сензора не сме бити мања од 2 пута већа од фреквенције промене мереног.

Тумачење 2: Са употребом различитих фреквенција, тачност сензора такође варира сходно томе. Генерално говорећи, што је већа фреквенција узорковања, то је нижа тачност мерења.

Највећа тачност сензора се често постиже при најнижој брзини узорковања или чак у статичким условима. Стога се прецизност и брзина морају узети у обзир при избору сензора.

Пет савета за дизајн сензора

1. Почните са алатом за аутобус

Као први корак, инжењер би требало да усвоји приступ првог повезивања сензора преко магистралног алата како би ограничио непознато. Магистрални алат повезује лични рачунар (PC), а затим са I2C, SPI или другим протоколом сензора који омогућава сензору да „разговара“. PC апликација повезана са магистралним алатом која пружа познати и функционалан извор за слање и примање података који није непознати, неаутентификовани драјвер уграђеног микроконтролера (MCU). У контексту магистралног услужног програма, програмер може да шаље и прима поруке како би разумео како секција функционише пре него што покуша да ради на уграђеном нивоу.

2. Напишите код за преносни интерфејс у ​​Пајтону

Када програмер покуша да користи сензоре алата за магистралу, следећи корак је писање апликацијског кода за сензоре. Уместо директног преласка на код микроконтролера, напишите апликацијски код у Пајтону. Многи услужни програми за магистралу конфигуришу додатке и примере кода приликом писања скрипти, што Пајтон обично прати. NET је један од језика доступних у .NET-у. Писање апликација у Пајтону је брзо и једноставно и пружа начин за тестирање сензора у апликацијама које нису толико сложене као тестирање у уграђеном окружењу. Имање кода високог нивоа ће олакшати инжењерима који нису уграђени да истражују скрипте и тестове сензора без бриге инжењера софтвера за уграђене системе.

3. Тестирајте сензор помоћу Micro Python-а

Једна од предности писања првог апликацијског кода у Пајтону је то што се позиви апликације ка програмском интерфејсу (API) за Bus-utility могу лако заменити позивањем Micro Python-а. Micro Python ради у уграђеном софтверу у реалном времену, који има много сензора како би инжењери разумели његову вредност. Micro Python ради на Cortex-M4 процесору и то је добро окружење за дебаговање апликацијског кода. Не само да је једноставно, већ нема потребе за писањем I2C или SPI драјвера овде, јер су они већ обухваћени библиотеком функција Micro Python-а.

4. Користите код добављача сензора

За сваки пример кода који се може „извући“ од произвођача сензора, инжењери ће морати много да се потруде да би разумели како сензор функционише. Нажалост, многи произвођачи сензора нису стручњаци за дизајн уграђеног софтвера, тако да не очекујте да ћете пронаћи пример лепе архитектуре и елеганције спреман за производњу. Само користите код произвођача, научите како овај део функционише и фрустрација рефакторисања ће се јављати све док се не буде могао чисто интегрисати у уграђени софтвер. Можда ће почети као „шпагете“, али коришћење разумевања произвођача о томе како њихови сензори раде помоћи ће у смањењу многих упропашћених викенда пре него што се производ лансира.

5. Користите библиотеку функција за фузију сензора

Вероватно је да преносни интерфејс сензора није нов и да раније није урађен. Познате библиотеке свих функција, као што је „Библиотека функција фузије сензора“ коју пружају многи произвођачи чипова, помажу програмерима да брзо уче, или чак боље, и да избегну циклус поновног развоја или драстичног мењања архитектуре производа. Многи сензори се могу интегрисати у опште типове или категорије, а ови типови или категорије ће омогућити несметан развој драјвера који су, ако се правилно рукују, готово универзални или мање употребљиви. Пронађите ове библиотеке функција фузије сензора и сазнајте њихове снаге и слабости.

Када се сензори интегришу у уграђене системе, постоји много начина да се побољша време пројектовања и једноставност коришћења. Програмери никада не могу „погрешити“ учећи како сензори раде са високог нивоа апстракције на почетку дизајна и пре него што их интегришу у систем нижег нивоа. Многи ресурси који су данас доступни помоћи ће програмерима да „одмах крену са радом“ без потребе да почињу од нуле.