Limang kasanayan sa disenyo at mga teknikal na tagapagpahiwatig ng sensor

Ang bilang ng mga sensor ay dumarami sa ibabaw ng mundo at sa mga kalawakan sa ating paligid, na nagbibigay sa mundo ng datos. Ang mga abot-kayang sensor na ito ang puwersang nagtutulak sa pag-unlad ng Internet of Things at ng digital na rebolusyon na kinakaharap ng ating lipunan, ngunit ang pagkonekta at pag-access ng datos mula sa mga sensor ay hindi laging diretso o madali. Ipakikilala ng papel na ito ang teknikal na indeks ng sensor, 5 kasanayan sa disenyo at mga negosyo ng OEM.

Una sa lahat, ang teknikal na indeks ang obhetibong batayan upang makilala ang pagganap ng isang produkto. Unawain ang mga teknikal na tagapagpahiwatig, tulungan ang tamang pagpili at paggamit ng produkto. Ang mga teknikal na tagapagpahiwatig ng sensor ay nahahati sa mga static indicator at mga dynamic indicator. Pangunahing sinusuri ng mga static indicator ang pagganap ng sensor sa ilalim ng kondisyon ng static invariance, kabilang ang resolution, repeatability, sensitivity, linearity, return error, threshold, creep, stability at iba pa. Pangunahing sinusuri ng dynamic index ang pagganap ng sensor sa ilalim ng kondisyon ng mabilis na pagbabago, kabilang ang frequency response at step response.

Dahil sa napakaraming teknikal na indikasyon ng sensor, iba't ibang datos at literatura ang inilalarawan mula sa iba't ibang anggulo, kaya naman iba-iba ang pagkakaintindi ng bawat tao, at maging ang hindi pagkakaunawaan at kalabuan. Para rito, binibigyang-kahulugan ang mga sumusunod na pangunahing teknikal na indikasyon para sa sensor:

1, resolusyon at resolusyon:

Kahulugan: Ang resolusyon ay tumutukoy sa pinakamaliit na nasukat na pagbabago na maaaring matukoy ng isang sensor. Ang resolusyon ay tumutukoy sa ratio ng Resolusyon sa buong halaga ng sukat.

Interpretasyon 1: Ang resolusyon ang pinakasimpleng tagapagpahiwatig ng isang sensor. Kinakatawan nito ang kakayahan ng sensor na makilala ang mga nasukat na bagay. Ang iba pang teknikal na detalye ng sensor ay inilalarawan sa mga tuntunin ng resolusyon bilang ang minimum na yunit.

Para sa mga sensor at instrumentong may digital display, ang resolution ang nagtatakda ng minimum na bilang ng mga digit na ipapakita. Halimbawa, ang resolution ng electronic digital caliper ay 0.01mm, at ang indicator error ay ±0.02mm.

Interpretasyon 2: Ang resolusyon ay isang ganap na numero na may mga yunit. Halimbawa, ang resolusyon ng isang sensor ng temperatura ay 0.1℃, ang resolusyon ng isang sensor ng acceleration ay 0.1g, atbp.

Interpretasyon 3: Ang resolusyon ay isang kaugnay at halos kaparehong konsepto ng resolusyon, na parehong kumakatawan sa resolusyon ng isang sensor sa isang sukat.

Ang pangunahing pagkakaiba ay ang resolusyon ay ipinapahayag bilang porsyento ng resolusyon ng sensor. Ito ay relatibo at walang dimensyon. Halimbawa, ang resolusyon ng sensor ng temperatura ay 0.1℃, ang buong saklaw ay 500℃, at ang resolusyon ay 0.1/500=0.02%.

2. Pag-uulit:

Kahulugan: Ang repeatability ng sensor ay tumutukoy sa antas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga resulta ng pagsukat kapag ang pagsukat ay inulit nang ilang beses sa parehong direksyon sa ilalim ng parehong kondisyon. Tinatawag din itong repetition error, reproduction error, atbp.

Interpretasyon 1: Ang repeatability ng isang sensor ay dapat na ang antas ng pagkakaiba sa pagitan ng maraming sukat na nakuha sa ilalim ng parehong mga kondisyon. Kung magbabago ang mga kondisyon ng pagsukat, mawawala ang paghahambing sa pagitan ng mga resulta ng pagsukat, na hindi maaaring gamitin bilang batayan para sa pagtatasa ng repeatability.

Interpretasyon 2: Ang repeatability ng sensor ay kumakatawan sa dispersion at randomness ng mga resulta ng pagsukat ng sensor. Ang dahilan para sa ganitong dispersion at randomness ay dahil sa iba't ibang random na kaguluhan na hindi maiiwasang umiiral sa loob at labas ng sensor, na nagreresulta sa pangwakas na resulta ng pagsukat ng sensor na nagpapakita ng mga katangian ng mga random variable.

Interpretasyon 3: Ang standard deviation ng random variable ay maaaring gamitin bilang isang maaaring uliting kwantitatibong ekspresyon.

Interpretasyon 4: Para sa paulit-ulit na pagsukat, mas mataas na katumpakan ng pagsukat ang maaaring makuha kung ang average ng lahat ng sukat ay kukunin bilang pangwakas na resulta ng pagsukat. Dahil ang standard deviation ng mean ay mas maliit nang malaki kaysa sa standard deviation ng bawat sukat.

3. Linyariya:

Kahulugan: Ang Linearity (Linearity) ay tumutukoy sa paglihis ng kurba ng input at output ng sensor mula sa mainam na tuwid na linya.

Interpretasyon 1: Ang mainam na ugnayan ng input/output ng sensor ay dapat na linear, at ang kurba ng input/output nito ay dapat na isang tuwid na linya (pulang linya sa pigura sa ibaba).

Gayunpaman, ang aktwal na sensor ay may iba't ibang mga error, na nagreresulta sa aktwal na input at output curve ay hindi ang perpektong tuwid na linya, kundi isang kurba (ang berdeng kurba sa figure sa ibaba).

Ang linearity ay ang antas ng pagkakaiba sa pagitan ng aktwal na katangiang kurba ng sensor at ng off-line line, na kilala rin bilang nonlinearity o nonlinear error.

Interpretasyon 2: Dahil ang pagkakaiba sa pagitan ng aktwal na katangiang kurba ng sensor at ng ideal na linya ay magkakaiba sa iba't ibang laki ng pagsukat, ang ratio ng pinakamataas na halaga ng pagkakaiba sa halaga ng buong saklaw ay kadalasang ginagamit sa buong saklaw. Malinaw na ang linearity ay isa ring relatibong dami.

Interpretasyon 3: Dahil hindi alam ang ideal na linya ng sensor para sa pangkalahatang sitwasyon ng pagsukat, hindi ito maaaring makuha. Dahil dito, kadalasang ginagamit ang isang kompromisong pamamaraan, ibig sabihin, direktang ginagamit ang mga resulta ng pagsukat ng sensor upang kalkulahin ang fitting line na malapit sa ideal na linya. Kabilang sa mga partikular na pamamaraan ng pagkalkula ang end-point line method, best line method, least square method at iba pa.

4. Katatagan:

Kahulugan: Ang katatagan ay ang kakayahan ng isang sensor na mapanatili ang pagganap nito sa loob ng isang takdang panahon.

Interpretasyon 1: Ang katatagan ang pangunahing indise upang siyasatin kung ang sensor ay gumagana nang matatag sa isang partikular na saklaw ng oras. Ang mga salik na humahantong sa kawalang-tatag ng sensor ay pangunahing kinabibilangan ng pag-agos ng temperatura at panloob na paglabas ng stress. Samakatuwid, makakatulong na dagdagan ang kompensasyon ng temperatura at paggamot sa pagtanda upang mapabuti ang katatagan.

Interpretasyon 2: Ang katatagan ay maaaring hatiin sa panandaliang katatagan at pangmatagalang katatagan ayon sa haba ng panahon. Kapag masyadong maikli ang oras ng obserbasyon, magkalapit ang katatagan at kakayahang maulit. Samakatuwid, pangunahing sinusuri ng indeks ng katatagan ang pangmatagalang katatagan. Ang tiyak na haba ng panahon, ayon sa paggamit ng kapaligiran at mga kinakailangan upang matukoy.

Interpretasyon 3: Ang parehong absolute error at relative error ay maaaring gamitin para sa quantitative expression ng stability index. Halimbawa, ang isang strain type force sensor ay may stability na 0.02%/12h.

5. Dalas ng pagkuha ng sample:

Kahulugan: Ang Sample Rate ay tumutukoy sa bilang ng mga resulta ng pagsukat na maaaring salain ng sensor bawat yunit ng oras.

Interpretasyon 1: Ang sampling frequency ang pinakamahalagang tagapagpahiwatig ng mga dinamikong katangian ng sensor, na sumasalamin sa mabilis na kakayahang tumugon ng sensor. Ang sampling frequency ay isa sa mga teknikal na tagapagpahiwatig na dapat lubos na isaalang-alang sa kaso ng mabilis na pagbabago ng pagsukat. Ayon sa batas ng sampling ni Shannon, ang sampling frequency ng sensor ay hindi dapat mas mababa sa 2 beses ang dalas ng pagbabago ng nasukat.

Interpretasyon 2: Sa paggamit ng iba't ibang frequency, ang katumpakan ng sensor ay nag-iiba rin nang naaayon. Sa pangkalahatan, mas mataas ang sampling frequency, mas mababa ang katumpakan ng pagsukat.

Ang pinakamataas na katumpakan ng sensor ay kadalasang nakukuha sa pinakamababang bilis ng sampling o kahit sa ilalim ng mga kondisyong static. Samakatuwid, ang katumpakan at bilis ay dapat isaalang-alang sa pagpili ng sensor.

Limang tip sa disenyo para sa mga sensor

1. Magsimula sa bus tool

Bilang unang hakbang, dapat gawin ng inhinyero ang pamamaraan ng pagkonekta muna sa sensor sa pamamagitan ng isang bus tool upang limitahan ang hindi alam. Ang bus tool ay nagkokonekta sa isang personal computer (PC) at pagkatapos ay sa I2C, SPI, o iba pang protocol ng sensor na nagpapahintulot sa sensor na "makipag-usap". Isang aplikasyon sa PC na nauugnay sa isang bus tool na nagbibigay ng isang kilala at gumaganang mapagkukunan para sa pagpapadala at pagtanggap ng data na hindi isang hindi kilalang, hindi awtorisadong embedded microcontroller (MCU) driver. Sa konteksto ng Bus utility, ang developer ay maaaring magpadala at tumanggap ng mga mensahe upang maunawaan kung paano gumagana ang seksyon bago subukang gumana sa naka-embed na antas.

2. Isulat ang transmission interface code sa Python

Kapag nasubukan na ng developer na gamitin ang mga sensor ng bus tool, ang susunod na hakbang ay ang pagsulat ng application code para sa mga sensor. Sa halip na direktang tumalon sa microcontroller code, isulat ang application code sa Python. Maraming bus utility ang nagko-configure ng mga plug-in at sample code kapag nagsusulat ng mga script, na karaniwang sinusunod ng Python. NET, isa sa mga wikang available sa .net. Mabilis at madali ang pagsulat ng mga application sa Python, at nagbibigay ito ng paraan upang subukan ang mga sensor sa mga application na hindi kasing kumplikado ng pagsubok sa isang naka-embed na kapaligiran. Ang pagkakaroon ng high-level code ay magpapadali para sa mga non-embedded engineer na minahin ang mga sensor script at pagsubok nang walang pangangalaga ng isang naka-embed na software engineer.

3. Subukan ang sensor gamit ang Micro Python

Isa sa mga bentahe ng pagsulat ng unang application code sa Python ay ang mga tawag sa application papunta sa Bus-utility application Programming interface (API) ay madaling mapalitan sa pamamagitan ng pagtawag sa Micro Python. Ang Micro Python ay tumatakbo sa real-time embedded software, na may maraming sensor para maunawaan ng mga inhinyero ang halaga nito. Ang Micro Python ay tumatakbo sa isang Cortex-M4 processor, at ito ay isang magandang kapaligiran kung saan maaaring i-debug ang application code. Hindi lamang ito simple, hindi na kailangang magsulat ng mga I2C o SPI driver dito, dahil sakop na ang mga ito sa function library ng Micro Python.

4. Gamitin ang code ng supplier ng sensor

Anumang sample code na maaaring "makuha" mula sa isang tagagawa ng sensor, ang mga inhinyero ay kailangang lumakad nang malayo upang maunawaan kung paano gumagana ang sensor. Sa kasamaang palad, maraming mga vendor ng sensor ang hindi eksperto sa disenyo ng naka-embed na software, kaya huwag umasang makakahanap ng isang handa nang gamiting halimbawa ng magandang arkitektura at kagandahan. Gamitin lamang ang vendor code, alamin kung paano gumagana ang bahaging ito, at ang pagkadismaya sa refactoring ay lilitaw hanggang sa malinis itong maisama sa naka-embed na software. Maaari itong magsimula bilang "spaghetti", ngunit ang paggamit ng pag-unawa ng mga tagagawa kung paano gumagana ang kanilang mga sensor ay makakatulong na mabawasan ang maraming nasirang weekend bago ilunsad ang produkto.

5. Gumamit ng isang library ng mga function ng sensor fusion

Malamang, ang transmission interface ng sensor ay hindi bago at hindi pa nagagawa noon. Ang mga kilalang library ng lahat ng function, tulad ng "Sensor Fusion function Library" na ibinibigay ng maraming tagagawa ng chip, ay nakakatulong sa mga developer na matuto nang mabilis, o mas mabuti pa, at maiwasan ang siklo ng muling pagbuo o labis na pagbabago sa arkitektura ng produkto. Maraming sensor ang maaaring isama sa mga pangkalahatang uri o kategorya, at ang mga uri o kategoryang ito ay magbibigay-daan sa maayos na pagbuo ng mga driver na, kung hahawakan nang maayos, ay halos unibersal o hindi gaanong magagamit muli. Hanapin ang mga library na ito ng mga function ng sensor fusion at alamin ang kanilang mga kalakasan at kahinaan.

Kapag isinama ang mga sensor sa mga embedded system, maraming paraan upang makatulong na mapabuti ang oras ng disenyo at kadalian ng paggamit. Hindi kailanman "magkakamali" ang mga developer sa pamamagitan ng pag-aaral kung paano gumagana ang mga sensor mula sa isang mataas na antas ng abstraksyon sa simula ng disenyo at bago isama ang mga ito sa isang mas mababang antas ng sistema. Marami sa mga mapagkukunang magagamit ngayon ay makakatulong sa mga developer na "masimulan ang pag-unlad" nang hindi kinakailangang magsimula sa simula.