提高傳感器性能的簡(jiǎn)單方法有哪些？

雖然通常不可能提高傳感器的實(shí)際性能，但通過(guò)適當的選擇、系統設計和集成，在系統級別提高傳感器性能是非?？赡艿??？捎糜?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器性能優(yōu)化的工具包括選擇、放置、作和信號調節/處理。

首先選擇具有適當范圍、分辨率、靈敏度、精度、響應時(shí)間和其他性能規格的傳感器。在設計過(guò)程中，盡量減少/管理噪聲和干擾源。到達現場(chǎng)后，定期校準可能很重要。

傳感器性能支柱

與優(yōu)化傳感器系統作相關(guān)的挑戰可能很復雜，但可以分為四個(gè)主要考慮因素：選擇、放置、作和數據處理（圖 1）。優(yōu)化每個(gè)性能支柱可以通過(guò)回答一系列五個(gè)問(wèn)題來(lái)設想：目標是什么？為什么測量很重要？系統在哪里運行？設計的生命周期階段是什么時(shí)候？如何使用這些數據？

圖 1.用于傳感器系統優(yōu)化的分析框架。（圖片：MDPI 傳感器)

選擇正確的傳感器是一個(gè)重要的起點(diǎn)。設備必須適合作環(huán)境，并指定以提供所需的精度、分辨率、范圍和其他性能標準。

例如，線(xiàn)性度和漂移是許多傳感應用中的重要考慮因素。一些傳感器（如熱敏電阻）是高度非線(xiàn)性的，可以在軟件中提供補償。其他傳感器技術(shù)（如霍爾效應傳感器）在測量范圍內具有更多的線(xiàn)性輸出。

傳感器放置注意事項包括要在系統中部署的傳感器的最佳數量和位置。傳感器應放置在最佳位置以進(jìn)行準確測量，同時(shí)考慮可訪(fǎng)問(wèn)性、作環(huán)境和潛在干擾源等因素。

校準以獲得更好的性能

到達現場(chǎng)后，定期校準對于保持傳感器輸出的準確性和精密度非常重要。根據傳感技術(shù)的不同，必須保護傳感器免受溫度、濕度、電磁干擾、振動(dòng)和其他因素的外部干擾。

一些工業(yè)過(guò)程需要檢測各種材料的接近程度。這可以通過(guò)使用電感式接近傳感器并應用所需的校正系數來(lái)實(shí)現，基本上是根據材料特性重新校準傳感器系統。例如，如果傳感器的額定工作距離為 4 mm，用于檢測鋼，而新目標物是鋁，則可以計算（校準）到 1.2 至 1.8 mm 的工作距離的 0.30 至 0.45 的校正系數（表 1）。

表 1.感應式接近感應的補償系數。（表：巴魯夫自動(dòng)化)

傳感器作注意事項很廣泛。它們包括傳感器的供電方式、數據的訪(fǎng)問(wèn)方式以及校準等維護需求。定期維護和監測傳感器可以確保它們正常工作。這包括根據需要清潔、修理或更換傳感器。對于某些傳感器和應用，如醫療設備，定期校準是強制性的，并且校準鏈必須可追溯到最終參考。

過(guò)濾和融合

有效的數據處理是最大限度地提高傳感器數據的數量和質(zhì)量的一項重要活動(dòng)。有幾種技術(shù)可以提高傳感器性能，首先是濾波以消除噪聲并提高輸出信號的質(zhì)量。例如，MEMS 傾斜傳感器在環(huán)境溫度下的精度可以?xún)?yōu)于 ±0.15°。但是，加速度可能會(huì )導致高達幾度的誤差。穩定輸出的一種簡(jiǎn)單方法是添加一個(gè)低通濾波器（圖 2）。

圖 2.低通濾波器如何平滑傾斜傳感器數據。（圖片：TE Connectivity）)

在更復雜的應用中，傳感器融合可以組合來(lái)自多種傳感器技術(shù)的數據，以補償單個(gè)傳感器的限制。結合來(lái)自攝像頭、LiDAR 和雷達的數據，利用每個(gè)傳感器的獨特優(yōu)勢，提高自動(dòng)駕駛汽車(chē)態(tài)勢感知的準確性和穩健性。

在慣性測量單元 （IMU） 中，每個(gè)傳感器都有自己的限制和潛在誤差。例如，陀螺儀可能會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而出現漂移，而加速度計則更容易受到噪聲的影響。傳感器融合通過(guò)結合每個(gè)傳感器的優(yōu)勢并補償其弱點(diǎn)來(lái)幫助減少這些誤差。

總結

有多種方法可用于提高傳感器系統性能。通過(guò)基于四個(gè)傳感器系統性能支柱，全面了解系統要求和傳感器功能，可以提高性能。