通過工廠校準(zhǔn)提高傳感器的測量精度

不久之前，工廠傳感器校準(zhǔn)和自校準(zhǔn)傳感器要么不存在，要么很少見。產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)步改變了這一切，為設(shè)計人員在傳感器成本，精度，可靠性以及易用性等方面帶來了福音。

現(xiàn)在，許多單獨的傳感器在部署之前或之后進(jìn)行校準(zhǔn)。預(yù)部署校準(zhǔn)的一個優(yōu)點是制造商可以一次校準(zhǔn)許多傳感器而不是單獨校準(zhǔn)，從而大大節(jié)省了成本。另一方面，就地校準(zhǔn)在安裝傳感器后發(fā)生，更耗時，并且傳感器可能暴露于可能影響校準(zhǔn)精度的環(huán)境因素。

過去，校準(zhǔn)工作坦率地說對設(shè)計師來說是一場噩夢。第一次校準(zhǔn)后，挑戰(zhàn)并未停止，因為保持傳感器準(zhǔn)確性存在許多障礙。預(yù)校準(zhǔn)或自校準(zhǔn)提供：

消除測量不確定度

數(shù)據(jù)隨時間的可靠性

消除或?qū)S護(hù)頻率產(chǎn)生重大影響

對傳感器功能的干擾最小

降低成本

特別是在傳感器融合的情況下，環(huán)境中的每個傳感器都有不同的誤差特性，每個傳感器的校準(zhǔn)都是隨著越來越多的傳感器依賴于執(zhí)行校正計算和處理特定應(yīng)用算法，監(jiān)控自身以及通過接口進(jìn)行通信，傳感器的復(fù)雜性正在急劇增加。盡管如此 - 并且在很大程度上是因為通過將傳感器特定的校正信息存儲在非易失性存儲器中來幫助維護(hù)傳感器系統(tǒng)的任務(wù)，允許更換單個傳感器而無需重新校準(zhǔn) - 傳感器變得更容易使用。使用與參考的比較，傳感器可以自我監(jiān)控，當(dāng)參考可用作輸入時，傳感器可以自我重新校準(zhǔn)。

各種傳感器類型可以在工廠校準(zhǔn)。下面是溫度/濕度，慣性傳感器和CO2傳感器模塊，它們都提供工廠校準(zhǔn)。

一個預(yù)先校準(zhǔn)的傳感器設(shè)備是Silicon Labs的Si702x/2x數(shù)字I2C濕度和溫度傳感器（圖1） 。完整的器件系列提供完全出廠校準(zhǔn)的濕度和溫度傳感器元件，帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，信號處理和I2C主機接口。這是一款基于CMOS的器件，功耗低。

圖1：Si701x/2x器件是Silicon Labs的第二代相對濕度和溫度傳感器系列。該器件系列的所有成員將完全出廠校準(zhǔn)的濕度和溫度傳感器元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換器，信號處理和I2C主機接口相結(jié)合。

精密相對濕度傳感器的特點包括：（適用于Si7013/Si7021）在0-80％RH下±3％RH（最大值），而Si7020在0-80％RH下提供：±4％RH（最大值）。溫度傳感器在-10至+ 85°C時具有±0.4°C精度（最大值），輔助第二區(qū)傳感器輸入（Si7013），0至100％RH工作范圍和高達(dá)-40至+ 125°C工作范圍。功耗為3.3 V時平均功率為1.9μW，每秒采樣1次。有一個集成的片上加熱器，該器件采用3 mm x 3 mm DFN封裝該傳感器的工廠校準(zhǔn)可在回流和運行期間提供出色的長期穩(wěn)定性和壽命保護(hù)?？蛇x的工廠安裝過濾器/蓋板可防止灰塵，污垢，家用化學(xué)品和其他液體污染。

應(yīng)用包括AEC-Q100汽車合格用途，工業(yè)HVAC/R，恒溫器/濕度調(diào)節(jié)器，呼吸治療白色家電，微型環(huán)境和數(shù)據(jù)中心，以及汽車氣候控制和除霧。另一個例子是ADI公司的ADIS16445傳感器設(shè)備，一個完整的慣性系統(tǒng)，包括三軸陀螺儀和三軸加速度計。該設(shè)備中的每個傳感器都將iMEMS技術(shù)與信號調(diào)理相結(jié)合，優(yōu)化了傳感器的動態(tài)性能。工廠校準(zhǔn)表征每個傳感器的靈敏度，偏置，對齊和線性加速度（陀螺儀偏置），以便每個傳感器都有自己的動態(tài)補償公式，以確保準(zhǔn)確的傳感器測量。

ADIS16445（圖2）是一個簡單的成本 - 將精確的多軸慣性傳感集成到工業(yè)系統(tǒng)中的有效方法。所有必需的運動測試和校準(zhǔn)都是工廠生產(chǎn)過程的一部分，因此可以輕松快速地集成到應(yīng)用程序中。在導(dǎo)航系統(tǒng)中使用時，緊密的正交對準(zhǔn)還簡化了慣性框架對準(zhǔn)。

功能包括三軸數(shù)字陀螺儀，數(shù)字范圍縮放，±62°/s，±125°/s，±250°/s設(shè)置和《0.05°軸到軸不對中規(guī)格。三軸數(shù)字加速度計最小值為±5g，傳感器提供自動操作和數(shù)據(jù)采集，無需外部配置命令，啟動時間為175 ms，并具有工廠校準(zhǔn)的靈敏度，偏置和軸對齊，如以及-40°至+ 70°C的校準(zhǔn)溫度范圍。

應(yīng)用包括平臺穩(wěn)定和控制，導(dǎo)航和機器人。

圖2：工作圖ADI公司的ADIS16445慣性傳感器具有工廠校準(zhǔn)功能。另一個工廠校準(zhǔn)的例子是我們看到軟件的重要性，它來自Amphenol Advanced Sensors（以前的GE Sensing）的Telaire 6613 CO2模塊。該模塊旨在滿足OEM數(shù)量，成本和交付要求。所有裝置均經(jīng)過工廠校準(zhǔn)，可測量高達(dá)2，000和5，000 ppm的CO2濃度水平，雙通道傳感器可用于更高濃度。

功能包括靈活的CO2傳感器平臺，旨在與其他微處理器設(shè)備進(jìn)行交互，并消除使用Telaire的專利ABC Logic軟件，在大多數(shù)應(yīng)用中需要校準(zhǔn)ABCLogic軟件使C02傳感器能夠在現(xiàn)場安裝后自動校準(zhǔn)，從而消除了維護(hù)問題。所有帶有ABC Logic的傳感器都具有終身校準(zhǔn)保證，如果發(fā)現(xiàn)傳感器未校準(zhǔn)，供應(yīng)商將為傳感器提供校準(zhǔn)。

氣體傳感器通常漂移，漂移程度取決于組件的質(zhì)量和設(shè)計。然而，即使少量漂移也會導(dǎo)致需要重新校準(zhǔn)，這意味著每個傳感器都需要進(jìn)行維護(hù)，并執(zhí)行需要長達(dá)20分鐘的重新校準(zhǔn)程序。如果經(jīng)常發(fā)生這種情況，它將消除可能來自基于二氧化碳的需求控制通風(fēng)的任何節(jié)能效益。

Telaire自校準(zhǔn)傳感器（圖3）已經(jīng)上市多年，其首批產(chǎn)品仍然準(zhǔn)確地測量CO 2。大多數(shù)從未進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。

圖3：Telaire的CO2模塊配有ABCLogic校準(zhǔn)軟件?？傊?zhǔn)和自校準(zhǔn)為設(shè)計人員和應(yīng)用提供了很多幫助可靠性和準(zhǔn)確性的方式，以及最重要的實施速度。本文介紹了工廠校準(zhǔn)的好處，并檢查了主要供應(yīng)商提供的幾個優(yōu)秀的傳感器示例。