各种传感器接口 一文看懂传感器常见的设计技巧及技术指标

传感器的数量在整个地球表面和人们的生活环境之间激增空,提供世界上各种各样的数据信息。这些老百姓买得起的传感器,是推动物联网发展的动力,我们的社会正面临着数字革命。然而,从传感器连接和获取数据并不总是那么简单。本文将介绍传感器的技术指标、五大设计技巧和铸造企业。
首先,技术指标是表征产品性能的客观依据。了解技术指标有助于正确选择和使用产品。传感器的技术指标可分为静态指标和动态指标:静态指标主要评估传感器在静态测量条件下的性能,包括分辨率、重复性、灵敏度、线性度、回差、阈值、蠕变、稳定性等;动态指标主要考察被测传感器在快速变化条件下的性能,包括频率响应和阶跃响应。
由于传感器的技术指标众多,各种文件的叙述角度不同,不同的人有不同的理解,甚至产生误解和歧义。因此,传感器的几个主要技术指标解释如下:

各种传感器接口 一文看懂传感器常见的设计技巧及技术指标


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1.分辨率和分辨率:
定义:分辨率是指传感器能够检测到的最小测量变化。分辨率是指分辨率与满量程值的比率。
解读1:分辨率是传感器最基本的指标,表征了被测传感器的分辨率。传感器的其他技术指标以分辨率为最小单位进行描述。
对于具有数字显示功能的传感器和仪器,分辨率决定了测量结果中显示的最小位数。例如,电子数字卡尺的分辨率为0.01毫米,其指示误差为0.02毫米。
解释2:分辨率是一个带单位的绝对值。比如温度传感器的分辨率为0.1℃,加速度传感器的分辨率为0.1 g。
解释3:分辨率是一个与分辨率非常相似的概念,两者都表征了传感器待测的分辨率能力。
它们之间的主要区别在于分辨率以百分比的形式表示传感器的分辨能力,百分比是相对的,没有维度。例如,如果温度传感器的分辨率为0.1℃,满量程为500℃,则其分辨率为0.1/500=0.02%。
2.重复性:
定义:传感器的重复性是指在同一条件下,沿同一方向重复进行同一测量时,测量结果之间的差异程度。也叫重复错误、复制错误等。
解释1:传感器的重复性必须是在相同条件下获得的多个测量结果之间的差异程度。如果测量条件发生变化,测量结果之间的可比性将消失,不能作为评估重复性的依据。
解读2:传感器的重复性表明了传感器测量结果的分散性和随机性。这种分散性和随机性的原因是传感器内部和外部不可避免地存在各种随机干扰,导致传感器的最终测量结果呈现随机变量的特征。
解释三:重复性可以用随机变量的标准差来定量表示。
解释4:对于重复测量,如果将所有测量结果的平均值作为最终测量结果,可以获得更高的测量精度。因为平均值的标准偏差明显小于每个测量结果的标准偏差。
3.线性度:
定义:线性是指传感器的输入输出曲线与理想直线的偏离程度。
解读1:理想的传感器输入输出关系应该是线性的,其输入输出曲线应该是直线。
但实际传感器存在各种误差,导致实际输入输出曲线不是理想的直线,而是曲线。
线性表示传感器的实际特性曲线与离线直线之间的差异,也称为非线性或非线性误差。
解读2:由于传感器实际特性曲线与理想直线在不同测量条件下的差异不同,所以常用满量程范围内两者最大差异与满量程值的比值。显然,线性也是一个相对量。
解读3:对于一般测量场合,传感器的理想直线未知,无法获得。为此,通常采用折中的方法,即直接利用传感器的测量结果计算更接近理想直线的拟合直线。具体计算方法包括端点连接法、最佳直线法、最小二乘法等。

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