نستخدم أنظمة وأنواع مختلفة من المعدات لقياس الكميات المادية المختلفة. تعتمد دقة القياس على عوامل مختلفة. يمكن أن تفقد المعدات المستخدمة للقياسات دقتها عند استخدامها في درجات حرارة أعلى ، أو رطوبة عالية أو ظروف رطوبة عالية ، أو تتعرض للتدهور ، أو تتعرض لصدمات خارجية ، إلخ ... يمكن ملاحظة ذلك كخطأ في القياس. لمعالجة هذا الخطأ وإجراء التغييرات اللازمة على طرق معايرة المعدات المستخدمة. تستخدم أجهزة الاستشعار اليوم لإجراء قياسات مختلفة. توجد مستشعرات لقياس درجة الحرارة واللون والرطوبة وما إلى ذلك ... تلعب معايرة المستشعر دورًا مهمًا في إزالة الأخطاء في قياسات المستشعرات.
ما هي معايرة المستشعر؟
أجهزة الاستشعار هي أجهزة إلكترونية. إنهم حساسون للتغيرات في بيئة عملهم. التغييرات غير المرغوب فيها والمفاجئة في بيئات عمل أجهزة الاستشعار تعطي قيم إخراج غير مرغوب فيها. وبالتالي ، يختلف الناتج المتوقع عن الناتج المقاس. تسمى هذه المقارنة بين المخرجات المتوقعة والمخرجات المقاسة معايرة المستشعر.
تلعب معايرة المستشعر دورًا مهمًا في زيادة أداء المستشعر. يتم استخدامه لقياس الأخطاء الهيكلية التي تسببها أجهزة الاستشعار. يُعرف الفرق بين القيمة المتوقعة والقيمة المقاسة للمستشعر باسم الخطأ الهيكلي.
مبدأ العمل
تساعد معايرة المستشعر في تحسين أداء ودقة أجهزة الاستشعار. هناك عمليتان معروفتان تتم فيهما معايرة أجهزة الاستشعار بواسطة الصناعات. في الطريقة الأولى ، تضيف الشركات عملية معايرة داخلية إلى وحدة التصنيع الخاصة بها لإجراء معايرة فردية لأجهزة الاستشعار. هنا تضيف الشركة أيضًا الأجهزة اللازمة لتصميمها لتصحيح خرج المستشعر. من خلال هذه العملية ، يمكن تغيير معايرة المستشعر لمطابقة المتطلبات الخاصة بالتطبيق. لكن هذه العملية تزيد من الوقت اللازم للتسويق.
كبديل لعملية المعايرة الداخلية هذه ، توفر العديد من شركات التصنيع حزم أجهزة استشعار ذات جودة عالية من فئة السيارات مستشعر MEMS جنبًا إلى جنب مع معايرة كاملة على مستوى النظام. في هذه العملية ، تقوم الشركات بتضمين الدوائر الرقمية المدمجة والبرمجيات لمساعدة المصممين على تحسين وظائف وأداء أجهزة الاستشعار. لتقليل وقت تصميم المنتج وعدد المكونات ، يتم تضمين الدوائر الرقمية مثل تنظيم الجهد وتقنيات تصفية الإشارة التناظرية. لتحسين الأداء العام والوظائف ، يتم تزويد المعالج المدمج بخوارزميات دمج حساس متطورة. تساعد بعض خوارزميات معالجة الإشارات المتطورة على متن الطائرة أيضًا في تقليل وقت التصنيع مما يتيح وقتًا أسرع للتسويق.
الطريقة المرجعية القياسية
هنا تتم مقارنة خرج المستشعر بمرجع مادي قياسي لمعرفة الخطأ في بعض أجهزة الاستشعار. أمثلة على معايرة المستشعر هي مساطر وعصي متر ، لأجهزة استشعار درجة الحرارة - الماء المغلي عند 100 درجة مئوية ، نقطة ثلاثية من الماء ، لمقاييس التسارع- 'الجاذبية ثابتة 1G على سطح الأرض'.
طرق المعايرة
هناك ثلاث طرق معايرة قياسية مستخدمة لأجهزة الاستشعار. هم انهم-
- معايرة نقطة واحدة.
- معايرة نقطتين.
- تركيب منحنى متعدد النقاط.
قبل معرفة هذه الطرق علينا أن نعرف مفهوم منحنى الخصائص. كل مستشعر له منحنى مميز يوضح استجابة السينور لقيمة الإدخال المحددة. في عملية المعايرة ، تتم مقارنة هذا المنحنى المميز لجهاز الاستشعار باستجابته الخطية المثالية.
بعض المصطلحات المستخدمة مع المنحنى المميز هي-
- Offset - تخبرنا هذه القيمة ما إذا كان ناتج المستشعر أعلى أو أقل من الاستجابة الخطية المثالية.
- الحساسية أو المنحدر - وهذا يعطي معدل تغيير خرج المستشعر. يظهر اختلاف في المنحدر أن خرج المستشعر يتغير بمعدل مختلف عن الاستجابة المثالية.
- الخطية - ليست كل المستشعرات لها منحنى مميز خطي على مدى القياس المحدد.
تُستخدم معايرة النقطة الواحدة لتصحيح أخطاء إزاحة المستشعر عندما يكون القياس الدقيق لمستوى واحد فقط مطلوبًا ويكون المستشعر خطيًا. عادة ما يتم معايرة أجهزة استشعار درجة الحرارة نقطة واحدة.
معايرة من نقطة واحدة
تُستخدم المعايرة ثنائية النقط لتصحيح أخطاء الانحدار والتعويض. تُستخدم هذه المعايرة في الحالات التي نعلم فيها أن ناتج المستشعر خطي بشكل معقول عبر نطاق قياس. هنا يلزم وجود قيمتين مرجعيتين - مرجع مرتفع ، مرجع منخفض.
معايرة نقطتين
يتم استخدام تركيب المنحنى متعدد النقاط لأجهزة الاستشعار التي ليست خطية على مدى القياس وتتطلب بعض ملاءمة المنحنى للحصول على قياسات دقيقة. عادةً ما يتم إجراء تركيب المنحنى متعدد النقاط للمزدوجات الحرارية عند استخدامها في ظروف شديدة الحرارة أو شديدة البرودة.
بالنسبة لجميع عمليات المعايرة المذكورة أعلاه ، يتم رسم المنحنيات المميزة لأجهزة الاستشعار ومقارنتها بالاستجابة الخطية ويُعرف الخطأ.
تطبيقات معايرة المستشعر
يمكن تعريف معايرة المستشعر بعبارات بسيطة على أنها المقارنة بين المخرجات المرغوبة والمخرجات المقاسة. يمكن أن تحدث هذه الأخطاء لأسباب مختلفة. بعض الأخطاء التي تظهر في المستشعرات هي أخطاء ناتجة عن مرجع صفري غير صحيح ، وأخطاء ناتجة عن التحول في نطاق المستشعر ، وخطأ بسبب التلف الميكانيكي ، وما إلى ذلك ... المعايرة لا تشبه الضبط.
تتضمن عملية المعايرة وضع DUT- 'الجهاز قيد الاختبار' في التكوينات التي تُعرف محفزات الإدخال بالقصور الذاتي الخاصة بالمستشعر ، مما يساعدنا على تحديد الأخطاء الفعلية في القياسات.
تساعدنا عملية المعايرة في تحديد النتائج التالية-
- لم يلاحظ أي خطأ في DUT.
- لوحظ خطأ ولم يتم إجراء أي تعديل.
- يتم إجراء تعديل لإزالة الخطأ وتصحيح الخطأ إلى المستوى المطلوب.
تستخدم نماذج مستشعر معايرة المستشعر. يتم تطبيق معايرة المستشعر في أنظمة التحكم لمراقبة وضبط عمليات التحكم. تطبق الأنظمة التلقائية أيضًا معايرة مستشعر te للحصول على نتائج خالية من الأخطاء.
استخدام معايرة المستشعر
تُستخدم عملية المعايرة لزيادة أداء ووظائف النظام. يساعد في تقليل الأخطاء في النظام. يوفر المستشعر المُعاير نتائج دقيقة ويمكن استخدامه كقراءة مرجعية للمقارنة.
مع زيادة التكنولوجيا المضمنة والحجم المنخفض لأجهزة الاستشعار ، تم دمج العديد من أجهزة الاستشعار في شريحة واحدة. يمكن أن تؤدي الأخطاء غير المكتشفة في أحد أجهزة الاستشعار إلى تدهور النظام بأكمله. من المهم معايرة ملف المستشعر للحصول على الأداء الدقيق للأنظمة الآلية. ما هي المراجع القياسية المستخدمة لمعايرة مجسات درجة الحرارة ؟
