Sensory w systemach wbudowanych

Podobne dokumenty
Technika sensorowa. Wiadomości wstępne, charakterystyki czujników. dr inż. Wojciech Maziarz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel.

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Statyczne charakterystyki czujników

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

Spis treści Wstęp Rozdział 1. Metrologia przedmiot i zadania

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ BADANIE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

(zwane również sensorami)

Miernictwo I INF Wykład 13 dr Adam Polak

Sensory w systemach wbudowanych

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Układy akwizycji danych. Komparatory napięcia Przykłady układów

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH. Przedmiot: CZUJNIKI I PRZETWORNIKI Ćwiczenie nr 1 PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

Przetwornik temperatury RT-01

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Temat ćwiczenia. Pomiary przemieszczeń metodami elektrycznymi

DATAFLEX. Miernik momentu obrotowego DATAFLEX. Aktualizowany na bieżąco katalog dostępny na stronie

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

M-1TI. PROGRAMOWALNY PRECYZYJNY PRZETWORNIK RTD, TC, R, U / 4-20mA ZASTOSOWANIE:

POMIARY CIEPLNE KARTY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH V. 2011

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

Przetworniki ciśnienia do zastosowań ogólnych typu MBS 1700 i MBS 1750

Przyrządy i przetworniki pomiarowe

Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

Seminarium Elektrycznych Metod i Przyrządów Pomiarowych

Przetworniki ciśnienia do zastosowań ogólnych typu MBS 1700 i MBS 1750

ТТ TECHNIKA TENSOMETRYCZNA

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 2 str. 1/7 ĆWICZENIE 2

Panelowe przyrządy cyfrowe. Ogólne cechy techniczne

PRZETWORNIK PROGRAMOWALNY T1249

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

KALIBRATORY SOND TEMPERATUROWYCH

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Pomiar prędkości obrotowej

Przetwornik ciśnienia Rosemount 951 do suchego gazu

Ultradźwiękowy miernik poziomu

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Sensoryka i pomiary przemysłowe Kod przedmiotu

ĆWICZENIE 5. POMIARY NAPIĘĆ I PRĄDÓW STAŁYCH Opracowała: E. Dziuban. I. Cel ćwiczenia

DTR.AT.01. APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

Liniowe układy scalone. Komparatory napięcia i ich zastosowanie

PROFESJONALNY MULTIMETR CYFROWY ESCORT-99 DANE TECHNICZNE ELEKTRYCZNE

Pytania podstawowe dla studentów studiów II-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

3GHz (opcja 6GHz) Cyfrowy Analizator Widma GA4063

KALIBRATOR - MULTIMETR ESCORT 2030 DANE TECHNICZNE

Komputerowe systemy pomiarowe. Podstawowe elementy sprzętowe elektronicznych układów pomiarowych

Przetwornik analogowo-cyfrowy

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

DTR.ATL.GI-22.LI-23 APLISENS PRODUKCJA PRZEMYSŁOWEJ APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

Temat: POMIAR SIŁ SKRAWANIA

Podstawy mechatroniki 4. Sensory

Przetwarzanie sygnałów

Wybrane elementy elektroniczne. Rezystory NTC. Rezystory NTC

SPECYFIKACJA HTC-VR, HTC-VVR-RH, HTC-VVR-T, HTCVVVR, HTC-VR-P, HTC-VVR-RH-P

ТТ TECHNIKA TENSOMETRYCZNA

DANE TECHNICZNE ZASILACZY PPS

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Imię i nazwisko (e mail) Grupa:

Czujniki temperatury

PODSTAWY AUTOMATYKI I. URZĄDZENIA POMIAROWE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI. Ćwiczenie nr 1 WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH

E-TRONIX Sterownik Uniwersalny SU 1.2

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Aktory

ASTOR IC200ALG320 4 wyjścia analogowe prądowe. Rozdzielczość 12 bitów. Kod: B8. 4-kanałowy moduł ALG320 przetwarza sygnały cyfrowe o rozdzielczości 12

1 z :33

SPECYFIKACJA HTC-VR, HTC-VVR-RH, HTC-VVR-T, HTC-VVVR, HTC-VR-P, HTC-VVR-RH-P

DTR.APT-28 APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

Laboratoryjny multimetr cyfrowy Escort 3145A Dane techniczne

Karta katalogowa Strona 1 / 5

Struktury specjalizowane wykorzystywane w mikrokontrolerach

Komputerowe systemy pomiarowe. Dr Zbigniew Kozioł - wykład Mgr Mariusz Woźny - laboratorium

ТТ TECHNIKA TENSOMETRYCZNA

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2012/2013 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody III stopnia

Escort 3146A - dane techniczne

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Nie stosować wyrobu do opracowywania nowych rozwiązań

Liniowe układy scalone. Wykład 2 Wzmacniacze różnicowe i sumujące

MPI-8E 8-KANAŁOWY REJESTRATOR PRZENOŚNY

ZG47. Wielofunkcyjny miernik instalacji z analizatorem jakości energii oraz połączeniem Bluetooth

Newsletter 1/2017. Liniowe przetworniki pozycji dla siłowników pneumatycznych. elektronika w pneumatyce.

M-1TI. PRECYZYJNY PRZETWORNIK RTD, TC, R, U NA SYGNAŁ ANALOGOWY 4-20mA Z SEPARACJĄ GALWANICZNĄ. 2

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Paweł Pełczyński ppelczynski@swspiz.pl

Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU

trójfazowy licznik energii dla wszystkich wielkości elektrycznych

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

BADANIE STATYCZNYCH WŁAŚCIWOŚCI PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

SZSA-21 NAŚCIENNY ZADAJNIK PRĄDU DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA. Wrocław, wrzesień 2002 r.

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Podstawy Automatyki laboratorium

LABORATORIUM METROLOGII

ZASADA DZIAŁANIA miernika V-640

Transkrypt:

Sensory w systemach wbudowanych Charakterystyki współczesnych czujników dr inż. Wojciech Maziarz Wydział IET, Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel. 12 617 30 39 Kontakt: Wojciech.Maziarz@agh.edu.pl 1

Czujnik a system pomiarowy czujnik Obwód kondycjonowania Urządzenie końcowe (np. wyświetlacz) czujnik LUB Obwód przesyłania informacji Układ manipulacji na danych Układ konwersji danych 2

Czujnik zintegrowany Czujnik Układy kondycjonujące A/C (mux) zmiana na postać cyfrową wzmacnianie, linearyzacja, filtrowanie, Komunikacja SPI, I 2 C, Ethernet, VAN, CAN itd. itp. 3

Czujnik inteligentny Czujnik Układy kondycjonujące Dodatkowe funkcje: autokalibracja, samotestowanie, sygnalizacja uszkodzeń. uc (A/C, mux, przetwarzanie sygnału, komunikacja, RAM, ROM) MEMS 4

Klasyfikacja czujników Kryterium: Rodzaj sygnału wyjściowego parametryczne (bierne) sygnał wyjściowy jest parametrem elektrycznym związanym ze zmianą wielkości mierzonej np. fotoelektryczne pojemnościowe rezystancyjne generacyjne (czynne) wytwarzana jest energia związana z działaniem wielkości mierzonej np. fotowoltaiczne termoelektryczne piezoelektryczne 5

Przetwarzanie energii w czujnikach ENERGIA RADIACYJNA ENERGIA CHEMICZNA ENERGIA MECHANICZNA ENERGIA MAGNETYCZNA ENERGIA TERMICZNA SYGNAŁ ELEKTRYCZNY Energia biologiczna Rodzaje energii przetwarzane w czujniku na sygnał elektryczny 6

Przetwarzanie energii w czujnikach Wielkość mierzona Chemiczna (związki: elementy, koncentracje, stany) Akustyczna (amplituda fali, faza, polaryzacja, widmo, prędkość) Biologiczna (biomasa: elementy, koncentracje, stany) Elektryczna (ładunek, natężenie prądu, potencjał, napięcie, pole elektryczne, przewodnictwo, przenikalność) Optyczna (amplituda fali, faza, polaryzacja, widmo, prędkość) Magnetyczna (pole magnetyczne: amplituda, faza, polaryzacja, strumień magnetyczny, przenikalność magnetyczna) Mechaniczna (położenie: liniowe lub kątowe, prędkość, przyspieszenie, siła, naprężenie, ciśnienie, odkształcenie, masa, gęstość, moment siły, przepływ, szybkość transportu masy, nierówności powierzchni, orientacja, sztywność, lepkość) Radiacyjna (rodzaj, energia, natężenie) Termiczna (temperatura, strumień ciepła, ciepło właściwe, przewodnictwo termiczne) R. M. White, A sensor classification scheme, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr., UFFC-34, 7 124 (1987): http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1539893

Technologiczne aspekty czujników Czułość Zakres pomiarowy Stabilność (krótko- i długoterminowa) Rozdzielczość Selektywność Szybkość odpowiedzi Dopuszczalne warunki środowiskowe Dopuszczalne wartości graniczne Czas życia Postać sygnału wyjściowego Cena, rozmiar, waga itd. R. M. White, A sensor classification scheme, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr., UFFC-34, 8 124 (1987): http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1539893

Miejsce czujnika w procesie pomiaru X WIELKOŚĆ MIERZONA CZUJNIK UKŁAD POŚREDNICZĄCY (W ZM., TRANS., IMP., PRZETWORNIKI A/C) UKŁAD WSKAZ.- REJESTR. Y OBRÓBKA DANYCH ZASILANIE Czujnik (sensor) - blok funkcjonalny (element), odwzorowujący w sposób jednoznaczny wartość wielkości fizycznej jednego rodzaju na sygnał fizyczny innego rodzaju. Inne określenia: przetwornik, detektor, próbnik, sonda 9

Funkcja przetwarzania czujnika Funkcje monotoniczne f(x) f(x) f. ściśle rosnąca f. rosnąca x x Funkcja rosnąca nie odwzorowuje w sposób jednoznaczny! 10

Blok funkcjonalny czujnika x y = f (x ) Blok funkcjonalny czujnika Czujnik z pojedynczym przetwarzaniem Czujnik rzeczywisty realizuje funkcję: y x y f(x) - funkcja ciągła i ściśle monotoniczna y f ( x ) 1( x ) 2( z ) 1 ( x ) - wpływ nie przewidziany przez producenta 2 ( z ) - wpływ zakłóceń 11

Funkcja przetwarzania f(x) - przykład Źródło: Infineon, KP125 Absolute Pressure Sensor, Datasheet rev. 2.14 http://www.infineon.com/dgdl/kp125_v1+0_ds_rev2+15.pdf 12

Blok funkcjonalny czujnika x 1 x 2 x 2 = f 1 (x 1 ) y = f 2 (x 2 ) y Sygnał elektryczny y = f (x 1 ) x 1 1 x 2 2 y Czujnik z podwójnym przetwarzaniem Przykład : czujnik światłowodowy 13

Wpływ zakłóceń na czujnik - przykłady Rezystancyjny czujnik tensometryczny (ang. strain gauge) R = R+ DR DR pochodzi od: - zmian R na skutek naprężeń (sygnał pożądany) - zmian R na skutek zmian temperatury (sygnał zakłócający) Termistor sygnał wyjściowy: rezystancja R Sygnał pożądany: zmiana R pod wpływem temperatury Zakłócenia: zmiana R pod pływem światła, naprężeń 14

Wpływ zakłóceń metoda eliminacji x 1 x 2 x 3.. x n y = f (x) x = {x 1, x 2,..., x n } y = {y 1, y 2,..., y m } f = {f 1, f 2,..., f m } x y m n y 1 y 2 y m Wpływ zakłóceń można ograniczyć wieloparametrową metodą pomiaru Aby wyznaczyć x 1 rozwiązuje się układ równań: y 1 = f 1 (x 1...x n ) y 2 = f 2 (x 1...x n ).. y m = f m (x 1...x n ) W praktyce trudności związane są bardziej z identyfikacją funkcji przetwarzania f m niż z wektorem zakłóceń x. Rozwój techniki mikroprocesorowej sprzyja pomiarom wieloparametrowym w miejsce eliminowania wpływu parametrów w czujniku. 15

Wpływ temperatury i wilgotności przykład Charakterystyki czujnika gazów palnych TGS 813 firmy Figarosensor Inc. 16

Czujniki inteligentne Smart Sensor Istotne cechy czujnika inteligentnego: Czujnik Analogowy układ pomiarowy A / C P integracja z układem pomiarowym samotestowanie charakterystyka kształtowana cyfrowo wieloparametrowa kompensacja zakłóceń sygnał wyjściowy w standardzie Interfejs Szyna komunikacyjna czujnika 17

Bloki funkcjonalne czujnika zintegrowanego/ inteligentnego - przykład OBD On Board Diagnostics Źródło: Infineon, KP125 Absolute Pressure Sensor, Datasheet rev. 2.14 http://www.infineon.com/dgdl/kp125_v1+0_ds_rev2+15.pdf 18

Statyczne charakterystyki czujników Określają działanie czujnika w normalnych warunkach otoczenia: - dla niezmiennej wielkości wejściowej lub - przy bardzo powolnych zmianach wielkości wejściowej. Istotne zagadnienia: kalibracji histerezy powtarzalności/precyzji liniowości czułości rozdzielczości selektywności progu działania dryfu, dryfu zera impedancji wejściowej, wpływu obciążenia 19

Statyczne charakterystyki czujników Zakresy sygnału Omax Zakres sygnału wejściowego: Imax - Imin Zakres sygnału wyjściowego: Omax - Omin ZERO Omin Imin Imax 20

Statyczne charakterystyki czujników Zakres pomiarowy, zero Zakres pomiarowy: przedział mierzonej wielkości wyjściowej Omax - Omin Zero: Poziom sygnału na wyjściu przy zerowym sygnale wejściowym 21

Statyczne charakterystyki czujników Dokładność, błąd charakterystyki 2 DY Zakres błędu określenia wielkości związany z konkretnym wykonaniem czujnika Pasma błędu określane ze statystyki (f. gęstości) 22

Statyczne charakterystyki czujników Kalibracja y wartości zmierzone wartości znane z góry x Przyrząd jest kalibrowany w określonej ilości punktów poprzez zadanie znanych wartości sygnału na wejściu i zmierzenie odpowiedzi wyjściowej układu 23

Statyczne charakterystyki czujników Histereza y Z P D - Maksymalna różnica na wyjściu przy określonym sygnale wejściowym. [ % PZP ( FSO-ang. ) ] D FSO Full Scale Output PZP Pełny Zakres Pomiarowy x 24

Statyczne charakterystyki czujników Powtarzalność charakterystyki y Cykl 1 Cykl 2 D D - Maksymalna różnica odczytów dla tego samego kierunku [ % PZP ] Zdolność czujnika do wskazywania takiej samej wielkości wyjściowej w identycznych warunkach. Lepszą miarę uzyskuje się dla dużej ilości cykli x 25

Statyczne charakterystyki czujników y Czułość a b dy S x dx x X D y D x a D x b x Dla dużej czułości błąd pomiaru Dx wielkości X przy danym błędzie Dy może być pomijalnie mały. Odwrotność czułości C x = 1/S x nazywana jest stałą przyrządu. 26

Statyczne charakterystyki czujników Liniowość charakterystyki y PZP Miara zbliżenia charakterystyki rzeczywistej do określonej linii prostej y =ax+b Charakterystykę można kształtować po stronie cyfrowej (przy przetwarzaniu cyfrowym). x 27

Statyczne charakterystyki czujników Offset i dryf sygnału Offset (bias) sygnału: przesunięcie między sygnałem mierzonym a rzeczywistym (po kompensacjach) Przykład: R czujnika TGS 813 dla 1000 ppm CH 4 w powietrzu: 5-15kW Dryf: Szybkość zmiany wyjścia w czasie (nie związana z wielkością wejściową) 28

Statyczne charakterystyki czujników Rozdzielczość y D Najmniejsza wykrywalna zmiana sygnału na wejściu, która może być wykryta na wyjściu. Wielkość stała dla czujnika. x Jest to wielkość skokowej zmiany na wyjściu w % PZP przy ciągłej zmianie wielkości wejściowej. 29

Statyczne charakterystyki czujników Próg y D Próg x Jest to zmiana wielkości wejściowej niezbędna do uzyskania zauważalnej zmiany wielkości wyjściowej. 30

Statyczne charakterystyki czujników Istotne zagadnienia: wpływ impedancji wejściowej Z we wpływ obciążenia Z 0, wpływ przewodów połączeniowych Z k dopasowanie impedancji czujnika do obwodu pomiarowego zależne od typu czujnika, rodzaju wielkości wyjściowej itd. Pożądana duża Zwe zmniejszenie wpływu obciążenia na źródło sygnału wejściowego separacja układu wzmacniającego od źródła Umożliwiają to odpowiednie układy kondycjonowania sygnału: wtórniki napięcia, wzm. pomiarowe (instrumentation amplifier itp.) 31

Charakterystyki czujnika - przykład Źródło: Infineon, KP125 Absolute Pressure Sensor, Datasheet rev. 2.14 http://www.infineon.com/dgdl/kp125_v1+0_ds_rev2+15.pdf 32

Pobudzenie skokiem jednostkowym Czas odpowiedzi Czas stabilizacji odpowiedzi 33