U numeru di sensori hè in proliferazione in tutta a superficia di a Terra è in i Spazii intornu à noi, furnendu dati à u mondu. Quessi sensori accessibili sò a forza motrice daretu à u sviluppu di l'Internet di e Cose è a rivoluzione digitale chì a nostra sucietà sta affruntendu, eppuru a cunnessione è l'accessu à i dati da i sensori ùn sò micca sempre simplici o faciuli. Stu documentu presenterà l'indice tecnicu di i sensori, 5 cumpetenze di cuncepimentu è l'imprese OEM.
Prima di tuttu, l'indice tecnicu hè a basa obiettiva per caratterizà a prestazione di un pruduttu. Capisce l'indicatori tecnichi, aiuta à a selezzione è l'usu curretti di u pruduttu. L'indicatori tecnichi di u sensore sò divisi in indicatori statichi è indicatori dinamichi. L'indicatori statichi esaminanu principalmente a prestazione di u sensore in cundizioni di invarianza statica, cumprese risoluzione, ripetibilità, sensibilità, linearità, errore di ritornu, soglia, creep, stabilità è cusì. L'indice dinamicu esamina principalmente a prestazione di u sensore in cundizioni di cambiamentu rapidu, cumprese a risposta di frequenza è a risposta à gradinu.
A causa di i numerosi indicatori tecnichi di u sensore, diversi dati è letteratura sò descritti da diverse angolazioni, in modu chì diverse persone anu diverse interpretazioni, è ancu incomprensioni è ambiguità. À questu scopu, sò interpretati i seguenti indicatori tecnichi principali per u sensore:
1, risoluzione è risoluzione:
Definizione: A risoluzione si riferisce à u più chjucu cambiamentu misuratu chì un sensore pò rilevà. A risoluzione si riferisce à u rapportu trà a risoluzione è u valore à scala piena.
Interpretazione 1: A risoluzione hè l'indicatore u più basicu di un sensore. Rappresenta a capacità di u sensore di distingue l'uggetti misurati. L'altre specifiche tecniche di u sensore sò descritte in termini di risoluzione cum'è unità minima.
Per i sensori è i strumenti cù display digitale, a risoluzione determina u numeru minimu di cifre da visualizà. Per esempiu, a risoluzione di u calibru digitale elettronicu hè 0,01 mm, è l'errore di l'indicatore hè ± 0,02 mm.
Interpretazione 2: A risoluzione hè un numeru assulutu cù unità. Per esempiu, a risoluzione di un sensore di temperatura hè 0,1 ℃, a risoluzione di un sensore di accelerazione hè 0,1 g, ecc.
Interpretazione 3: A risoluzione hè un cuncettu ligatu è assai simile à a risoluzione, tramindui rapprisentanu a risoluzione di un sensore à una misurazione.
A principale differenza hè chì a risoluzione hè espressa cum'è percentuale di a risoluzione di u sensore. Hè relativa è ùn hà micca dimensione. Per esempiu, a risoluzione di u sensore di temperatura hè 0,1 ℃, a gamma cumpleta hè 500 ℃, a risoluzione hè 0,1 / 500 = 0,02%.
2. Ripetibilità:
Definizione: A ripetibilità di u sensore si riferisce à u gradu di differenza trà i risultati di misurazione quandu a misurazione hè ripetuta parechje volte in a stessa direzzione in e stesse cundizioni. Chjamata ancu errore di ripetizione, errore di riproduzione, ecc.
Interpretazione 1: A ripetibilità di un sensore deve esse u gradu di differenza trà parechje misurazioni ottenute in e stesse cundizioni. Se e cundizioni di misurazione cambianu, a cumparabilità trà i risultati di misurazione sparirà, ciò chì ùn pò esse adupratu cum'è basa per valutà a ripetibilità.
Interpretazione 2: A ripetibilità di u sensore rapprisenta a dispersione è l'aleatorietà di i risultati di misurazione di u sensore. A ragione di tale dispersione è aleatorietà hè chì diverse perturbazioni aleatorie esistenu inevitabilmente in l'internu è in l'esternu di u sensore, risultendu in risultati di misurazione finali di u sensore chì mostranu e caratteristiche di variabili aleatorie.
Interpretazione 3: A deviazione standard di a variabile aleatoria pò esse aduprata cum'è una espressione quantitativa riproducibile.
Interpretazione 4: Per parechje misurazioni ripetute, si pò ottene una precisione di misurazione più alta se a media di tutte e misurazioni hè presa cum'è u risultatu finale di a misurazione. Perchè a deviazione standard di a media hè significativamente più chjuca di a deviazione standard di ogni misurazione.
3. Linearità:
Definizione: A linearità (Linearità) si riferisce à a deviazione di a curva d'entrata è di uscita di u sensore da a linea retta ideale.
Interpretazione 1: A relazione ideale input/output di u sensore deve esse lineare, è a so curva input/output deve esse una linea retta (linea rossa in a figura sottu).
Tuttavia, u sensore attuale hà più o menu una varietà d'errori, ciò chì face chì a curva d'entrata è di uscita attuale ùn sia micca a linea retta ideale, ma una curva (a curva verde in a figura sottu).
A linearità hè u gradu di differenza trà a curva caratteristica attuale di u sensore è a linea fora di linea, cunnisciuta ancu cum'è non linearità o errore non lineare.
Interpretazione 2: Siccomu a diffarenza trà a curva caratteristica attuale di u sensore è a linea ideale hè diversa à diverse dimensioni di misurazione, u rapportu trà u valore massimu di a diffarenza è u valore di a gamma cumpleta hè spessu adupratu in a gamma cumpleta. Ovviamente, a linearità hè ancu una quantità relativa.
Interpretazione 3: Siccomu a linea ideale di u sensore hè scunnisciuta per a situazione di misurazione generale, ùn pò esse ottenuta. Per questa ragione, si usa spessu un metudu di compromessu, vale à dì, aduprendu direttamente i risultati di misurazione di u sensore per calculà a linea di adattamentu chì hè vicina à a linea ideale. I metudi di calculu specifici includenu u metudu di a linea di puntu finale, u megliu metudu di a linea, u metudu di i minimi quadrati è cusì via.
4. Stabilità:
Definizione: A stabilità hè a capacità di un sensore di mantene e so prestazioni per un certu periodu di tempu.
Interpretazione 1: A stabilità hè l'indice principale per investigà se u sensore funziona stabilmente in un certu intervallu di tempu. I fattori chì portanu à l'instabilità di u sensore includenu principalmente a deriva di a temperatura è u rilasciu di stress internu. Dunque, hè utile aumentà a compensazione di a temperatura è u trattamentu di l'invecchiamento per migliurà a stabilità.
Interpretazione 2: A stabilità pò esse divisa in stabilità à cortu termine è stabilità à longu termine secondu a durata di u periodu di tempu. Quandu u tempu d'osservazione hè troppu cortu, a stabilità è a ripetibilità sò vicine. Dunque, l'indice di stabilità esamina principalmente a stabilità à longu termine. A durata specifica di u tempu, secondu l'usu di l'ambiente è i requisiti da determinà.
Interpretazione 3: Sia l'errore assolutu sia l'errore relativu ponu esse aduprati per l'espressione quantitativa di l'indice di stabilità. Per esempiu, un sensore di forza di tipu deformazione hà una stabilità di 0,02%/12h.
5. Frequenza di campionamentu:
Definizione: A frequenza di campionamentu si riferisce à u numeru di risultati di misurazione chì ponu esse campionati da u sensore per unità di tempu.
Interpretazione 1: A frequenza di campionamentu hè l'indicatore u più impurtante di e caratteristiche dinamiche di u sensore, riflettendu a capacità di risposta rapida di u sensore. A frequenza di campionamentu hè unu di l'indicatori tecnichi chì devenu esse pienamente cunsiderati in casu di cambiamentu rapidu di misurazione. Sicondu a lege di campionamentu di Shannon, a frequenza di campionamentu di u sensore ùn deve esse inferiore à 2 volte a frequenza di cambiamentu di a misurazione.
Interpretazione 2: Cù l'usu di diverse frequenze, a precisione di u sensore varia ancu di cunseguenza. In generale, più alta hè a frequenza di campionamentu, più bassa hè a precisione di misurazione.
A più alta precisione di u sensore hè spessu ottenuta à a velocità di campionamentu più bassa o ancu in cundizioni statiche. Dunque, a precisione è a velocità devenu esse prese in contu in a selezzione di u sensore.
Cinque cunsiglii di cuncepimentu per i sensori
1. Cuminciate cù u strumentu di l'autobus
Cum'è un primu passu, l'ingegnere deve piglià l'approcciu di cunnette prima u sensore per mezu di un strumentu di bus per limità l'inconnu. Un strumentu di bus cunnetta un urdinatore persunale (PC) è dopu à l'I2C, SPI, o un altru protocolu di u sensore chì permette à u sensore di "parlà". Una applicazione PC assuciata à un strumentu di bus chì furnisce una fonte cunnisciuta è funzionale per mandà è riceve dati chì ùn sò micca un driver di microcontrollore integratu (MCU) scunnisciutu è micca autenticatu. In u cuntestu di l'utilità Bus, u sviluppatore pò mandà è riceve missaghji per capisce cumu funziona a sezione prima di pruvà à operà à u livellu integratu.
2. Scrivite u codice di l'interfaccia di trasmissione in Python
Una volta chì u sviluppatore hà pruvatu à aduprà i sensori di u strumentu bus, u prossimu passu hè di scrive u codice di l'applicazione per i sensori. Invece di saltà direttamente à u codice di u microcontrollore, scrivite u codice di l'applicazione in Python. Parechje utilità bus configuranu plug-in è codice di mostra quandu scrivenu script di scrittura, chì Python di solitu seguita. NET unu di i linguaggi dispunibili in .net. Scrive applicazioni in Python hè veloce è faciule, è furnisce un modu per testà i sensori in applicazioni chì ùn sò micca cusì cumplesse cum'è i test in un ambiente embedded. Avè un codice di altu livellu renderà faciule per l'ingegneri non embedded di minà script è test di sensori senza a cura di un ingegnere di software embedded.
3. Pruvate u sensore cù Micro Python
Unu di i vantaghji di scrive u primu codice di l'applicazione in Python hè chì e chjame di l'applicazione à l'interfaccia di prugrammazione di l'applicazione (API) Bus-utility ponu esse facilmente scambiate chjamendu Micro Python. Micro Python funziona in un software integratu in tempu reale, chì hà parechji sensori per chì l'ingegneri ne capiscinu u valore. Micro Python funziona nantu à un processore Cortex-M4, è hè un bonu ambiente da quale debugà u codice di l'applicazione. Non solu hè simplice, ùn ci hè bisognu di scrive driver I2C o SPI quì, postu chì sò digià cuparti in a biblioteca di funzioni di Micro Python.
4. Aduprate u codice di u furnitore di u sensore
Qualsiasi codice di mostra chì pò esse "raschiatu" da un fabricatore di sensori, l'ingegneri devenu fà assai per capisce cumu funziona u sensore. Sfurtunatamente, parechji venditori di sensori ùn sò micca esperti in a cuncepimentu di software integratu, dunque ùn aspettate micca di truvà un esempiu prontu per a pruduzzione di bella architettura è eleganza. Basta à aduprà u codice di u venditore, amparà cumu funziona sta parte, è a frustrazione di u refactoring sorgerà finu à ch'ella pò esse integrata pulitamente in u software integratu. Pò cumincià cum'è "spaghetti", ma sfruttà a capiscitura di i pruduttori di cumu funzionanu i so sensori aiuterà à riduce parechji weekend rovinati prima di u lanciu di u pruduttu.
5. Aduprà una biblioteca di funzioni di fusione di sensori
Ci hè una bona chance chì l'interfaccia di trasmissione di u sensore ùn sia micca nova è ùn sia mai stata fatta prima. Biblioteche cunnisciute di tutte e funzioni, cum'è a "Sensor Fusion function Library" furnita da parechji pruduttori di chip, aiutanu i sviluppatori à amparà rapidamente, o ancu megliu, è evitanu u ciclu di riqualificazione o mudificazione drastica di l'architettura di u produttu. Parechji sensori ponu esse integrati in tipi o categurie generali, è questi tipi o categurie permetteranu u sviluppu lisciu di driver chì, se gestiti currettamente, sò quasi universali o menu riutilizzabili. Truvate queste biblioteche di funzioni di fusione di sensori è amparate i so punti di forza è di debulezza.
Quandu i sensori sò integrati in sistemi integrati, ci sò parechji modi per aiutà à migliurà u tempu di cuncepimentu è a facilità d'usu. I sviluppatori ùn ponu mai "sbaglià" amparendu cumu funzionanu i sensori da un altu livellu d'astrazione à l'iniziu di u cuncepimentu è prima di integralli in un sistema di livellu inferiore. Parechje di e risorse dispunibili oghje aiuteranu i sviluppatori à "cumincià subitu" senza avè da principià da zero.
