Die Zahl der Sensoren wächst auf der Erdoberfläche und in den Welträumen um uns herum und versorgt die Welt mit Daten. Diese erschwinglichen Sensoren sind die treibende Kraft hinter der Entwicklung des Internets der Dinge und der digitalen Revolution, mit der unsere Gesellschaft konfrontiert ist, und verbinden sich dennoch miteinander und der Zugriff auf Daten von Sensoren ist nicht immer direkt oder einfach. In diesem Artikel werden der technische Index für Sensoren, 5 Designfähigkeiten und OEM-Unternehmen vorgestellt.
Zuallererst ist der technische Index die objektive Grundlage, um die Leistung eines Produkts zu charakterisieren.Verstehen Sie die technischen Indikatoren, helfen Sie bei der richtigen Auswahl und Verwendung des Produkts.Die technischen Indikatoren des Sensors werden in statische Indikatoren und dynamische Indikatoren unterteilt. Die statischen Indikatoren untersuchen hauptsächlich die Leistung des Sensors unter der Bedingung statischer Invarianz, einschließlich Auflösung, Wiederholbarkeit, Empfindlichkeit, Linearität, Rückkehrfehler, Schwellenwert, Kriechen, Stabilität usw. Der dynamische Index untersucht hauptsächlich die Leistung des Sensors unter der Bedingung von schnellen Änderungen, einschließlich Frequenzgang und Sprungantwort.
Aufgrund der zahlreichen technischen Indikatoren des Sensors werden verschiedene Daten und Literatur aus unterschiedlichen Blickwinkeln beschrieben, so dass verschiedene Personen unterschiedliche Auffassungen haben, bis hin zu Missverständnissen und Unklarheiten. Dazu werden die folgenden mehreren technischen Hauptindikatoren für den Sensor interpretiert:
1, Auflösung und Auflösung:
Definition: Auflösung bezieht sich auf die kleinste gemessene Änderung, die ein Sensor erkennen kann. Auflösung bezieht sich auf das Verhältnis von Auflösung zum Skalenendwert.
Interpretation 1: Die Auflösung ist der grundlegendste Indikator für einen Sensor. Sie stellt die Fähigkeit des Sensors dar, die gemessenen Objekte zu unterscheiden. Die anderen technischen Daten des Sensors werden in Bezug auf die Auflösung als kleinste Einheit beschrieben.
Bei Sensoren und Instrumenten mit digitaler Anzeige bestimmt die Auflösung die Mindestanzahl der anzuzeigenden Stellen. Die Auflösung des elektronischen digitalen Messschiebers beträgt beispielsweise 0,01 mm und der Anzeigefehler beträgt ± 0,02 mm.
Interpretation 2: Auflösung ist eine absolute Zahl mit Einheiten. Zum Beispiel beträgt die Auflösung eines Temperatursensors 0,1℃, die Auflösung eines Beschleunigungssensors 0,1g usw.
Interpretation 3: Auflösung ist ein verwandtes und sehr ähnliches Konzept zur Auflösung, beide repräsentieren die Auflösung eines Sensors zu einer Messung.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Auflösung als Prozentsatz der Auflösung des Sensors ausgedrückt wird. Es ist relativ und hat keine Dimension. Zum Beispiel beträgt die Auflösung des Temperatursensors 0,1 , der gesamte Bereich beträgt 500 , die Auflösung beträgt 0,1/500 = 0,02%.
2. Wiederholbarkeit:
Definition: Die Wiederholbarkeit des Sensors bezieht sich auf den Grad der Differenz zwischen den Messergebnissen bei mehrfacher Wiederholung der Messung in die gleiche Richtung unter den gleichen Bedingungen. Auch Wiederholfehler, Reproduktionsfehler etc. genannt.
Interpretation 1: Die Wiederholbarkeit eines Sensors muss der Grad der Differenz zwischen mehreren Messungen sein, die unter denselben Bedingungen durchgeführt wurden. Ändern sich die Messbedingungen, verschwindet die Vergleichbarkeit zwischen den Messergebnissen, die nicht als Grundlage für die Bewertung der Wiederholbarkeit verwendet werden kann.
Interpretation 2: Die Wiederholbarkeit des Sensors stellt die Streuung und Zufälligkeit der Messergebnisse des Sensors dar. Der Grund für diese Streuung und Zufälligkeit ist, dass innerhalb und außerhalb des Sensors zwangsläufig verschiedene zufällige Störungen auftreten, die zu den endgültigen Messergebnissen des Sensors führen zeigt die Eigenschaften von Zufallsvariablen.
Interpretation 3: Die Standardabweichung der Zufallsvariablen kann als reproduzierbarer quantitativer Ausdruck verwendet werden.
Interpretation 4: Bei mehrfach wiederholten Messungen kann eine höhere Messgenauigkeit erreicht werden, wenn als abschließendes Messergebnis der Durchschnitt aller Messungen genommen wird. Denn die Standardabweichung des Mittelwerts ist deutlich kleiner als die Standardabweichung jeder Messung.
3. Linearität:
Definition: Linearität (Linearität) bezeichnet die Abweichung der Sensoreingangs- und -ausgangskurve von der idealen Geraden.
Interpretation 1: Die ideale Sensor-Eingangs-/Ausgangsbeziehung sollte linear sein und seine Eingangs-/Ausgangskurve sollte eine gerade Linie sein (rote Linie in der Abbildung unten).
Der eigentliche Sensor weist jedoch mehr oder weniger eine Vielzahl von Fehlern auf, so dass die tatsächliche Eingangs- und Ausgangskurve nicht die ideale Gerade ist, sondern eine Kurve (die grüne Kurve in der Abbildung unten).
Linearität ist der Grad der Differenz zwischen der tatsächlichen Kennlinie des Sensors und der Offline-Linie, auch als Nichtlinearität oder nichtlinearer Fehler bekannt.
Interpretation 2: Da die Differenz zwischen der tatsächlichen Kennlinie des Sensors und der Ideallinie bei verschiedenen Messgrößen unterschiedlich ist, wird im gesamten Messbereich häufig das Verhältnis des maximalen Wertes der Differenz zum vollen Messbereichswert verwendet , Linearität ist auch eine relative Größe.
Interpretation 3: Da die Ideallinie des Sensors für die allgemeine Messsituation unbekannt ist, kann sie nicht ermittelt werden. Aus diesem Grund wird häufig ein Kompromissverfahren gewählt, d. h. direkt aus den Messergebnissen des Sensors die Anpassungslinie zu berechnen die nahe an der Ideallinie liegt. Die spezifischen Berechnungsmethoden umfassen die Endpunktlinienmethode, die beste Linienmethode, die Methode der kleinsten Quadrate und so weiter.
4. Stabilität:
Definition: Stabilität ist die Fähigkeit eines Sensors, seine Leistung über einen bestimmten Zeitraum aufrechtzuerhalten.
Interpretation 1: Stabilität ist der Hauptindex, um zu untersuchen, ob der Sensor in einem bestimmten Zeitbereich stabil arbeitet. Zu den Faktoren, die zur Instabilität des Sensors führen, gehören hauptsächlich Temperaturdrift und interne Spannungsfreisetzung. Daher ist es hilfreich, die Temperaturkompensation zu erhöhen und Alterungsbehandlung, um die Stabilität zu verbessern.
Interpretation 2: Stabilität kann je nach Länge des Zeitraums in Kurzzeitstabilität und Langzeitstabilität unterteilt werden. Wenn die Beobachtungszeit zu kurz ist, liegen Stabilität und Wiederholbarkeit nahe beieinander. Daher untersucht der Stabilitätsindex hauptsächlich die lange -Terminstabilität.Die spezifische Zeitdauer, je nach Nutzung der Umgebung und Anforderungen zu bestimmen.
Interpretation 3: Sowohl der absolute Fehler als auch der relative Fehler können für den quantitativen Ausdruck des Stabilitätsindex verwendet werden. Zum Beispiel hat ein Kraftsensor vom Dehnungstyp eine Stabilität von 0,02%/12h.
5. Abtastfrequenz:
Definition: Die Abtastrate bezieht sich auf die Anzahl der Messergebnisse, die vom Sensor pro Zeiteinheit abgetastet werden können.
Interpretation 1: Die Abtastfrequenz ist der wichtigste Indikator für die dynamischen Eigenschaften des Sensors und spiegelt die schnelle Reaktionsfähigkeit des Sensors wider. Die Abtastfrequenz ist einer der technischen Indikatoren, die bei schnellen Messänderungen vollständig berücksichtigt werden müssen. Nach dem Abtastgesetz von Shannon sollte die Abtastfrequenz des Sensors nicht kleiner als das 2-fache der Änderungsfrequenz der gemessenen sein.
Interpretation 2: Bei Verwendung unterschiedlicher Frequenzen variiert auch die Genauigkeit des Sensors entsprechend. Generell gilt: Je höher die Abtastfrequenz, desto geringer die Messgenauigkeit.
Die höchste Genauigkeit des Sensors wird oft bei der niedrigsten Abtastgeschwindigkeit oder sogar unter statischen Bedingungen erreicht. Daher müssen Präzision und Geschwindigkeit bei der Sensorauswahl berücksichtigt werden.
Fünf Designtipps für Sensoren
1. Starten Sie mit dem Bus-Tool
Als ersten Schritt sollte der Ingenieur den Sensor zunächst über ein Bus-Tool verbinden, um das Unbekannte zu begrenzen. Ein Bus-Tool verbindet einen Personal Computer (PC) und dann mit dem I2C, SPI oder einem anderen Protokoll des Sensors, das die Sensor zu „sprechen“. Eine PC-Anwendung, die mit einem Bus-Tool verknüpft ist und eine bekannte und funktionierende Quelle zum Senden und Empfangen von Daten bereitstellt, die kein unbekannter, nicht authentifizierter eingebetteter Mikrocontroller (MCU)-Treiber ist. Im Kontext des Bus-Dienstprogramms hat der Entwickler kann Nachrichten senden und empfangen, um zu verstehen, wie der Abschnitt funktioniert, bevor Sie versuchen, auf der eingebetteten Ebene zu arbeiten.
2. Schreiben Sie den Code der Übertragungsschnittstelle in Python
Sobald der Entwickler versucht hat, die Sensoren des Bus-Tools zu verwenden, besteht der nächste Schritt darin, Anwendungscode für die Sensoren zu schreiben. Anstatt direkt zum Mikrocontroller-Code zu springen, schreiben Sie Anwendungscode in Python. Viele Bus-Dienstprogramme konfigurieren Plug-Ins und Beispielcode beim Schreiben Skripte, denen Python normalerweise folgt -Level-Code macht es Nicht-Embedded-Ingenieuren einfach, Sensorskripte und Tests zu minen, ohne sich um einen Embedded-Software-Ingenieur kümmern zu müssen.
3. Testen Sie den Sensor mit Micro Python
Einer der Vorteile des Schreibens des ersten Anwendungscodes in Python besteht darin, dass Anwendungsaufrufe an die Bus-Utility-Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) einfach durch Aufrufen von Micro Python ausgetauscht werden können Sensoren, damit Ingenieure ihren Wert verstehen. Micro Python läuft auf einem Cortex-M4-Prozessor und ist eine gute Umgebung, um Anwendungscode zu debuggen. Es ist nicht nur einfach, es müssen hier keine I2C- oder SPI-Treiber geschrieben werden, da sie bereits in der Funktion von Micro Python behandelt werden Bücherei.
4. Verwenden Sie den Sensorlieferantencode
Für jeden Beispielcode, der von einem Sensorhersteller „gekratzt“ werden kann, müssen Ingenieure einen langen Weg zurücklegen, um zu verstehen, wie der Sensor funktioniert. Leider sind viele Sensorhersteller keine Experten im Design von eingebetteter Software, erwarten Sie also nicht, serienreifes Beispiel für schöne Architektur und Eleganz. Verwenden Sie einfach den Herstellercode, lernen Sie, wie dieser Teil funktioniert, und die Frustration des Refactoring wird aufkommen, bis es sauber in eingebettete Software integriert werden kann. Es kann als „Spaghetti“ beginnen, aber Hersteller nutzen “ zu verstehen, wie ihre Sensoren funktionieren, wird dazu beitragen, viele ruinierte Wochenenden vor der Markteinführung des Produkts zu vermeiden.
5.Verwenden Sie eine Bibliothek mit Sensorfusionsfunktionen
Die Übertragungsschnittstelle des Sensors ist wahrscheinlich nicht neu und wurde noch nicht gemacht.Bekannte Bibliotheken aller Funktionen, wie die von vielen Chipherstellern bereitgestellte „Sensor Fusion Function Library“, helfen Entwicklern dabei, schnell oder noch besser zu lernen und die Zyklus der Neuentwicklung oder drastischen Änderung der Produktarchitektur. Viele Sensoren können in allgemeine Typen oder Kategorien integriert werden, und diese Typen oder Kategorien ermöglichen die reibungslose Entwicklung von Treibern, die bei richtiger Handhabung fast universell oder weniger wiederverwendbar sind Sensorfusionsfunktionen und lernen deren Stärken und Schwächen kennen.
Wenn Sensoren in eingebettete Systeme integriert werden, gibt es viele Möglichkeiten, die Entwurfszeit und die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. Entwickler können nie etwas falsch machen, indem sie die Funktionsweise von Sensoren zu Beginn des Entwurfs und vor der Integration auf einem hohen Abstraktionsgrad lernen in ein untergeordnetes System. Viele der heute verfügbaren Ressourcen werden Entwicklern dabei helfen, „den Grundstein zu legen“, ohne bei Null anfangen zu müssen.
Postzeit: 16.08.2021