センサーキャリブレーションとは-定義とその応用
さまざまな物理量を測定するために、さまざまなシステムとタイプの機器を使用しています。測定の精度は、さまざまな要因によって異なります。測定に使用する機器は、高温多湿の条件で使用したり、劣化したり、外部からの衝撃を受けたりすると、精度が低下する可能性があります。これは、測定の誤差として観察できます。このエラーに対処し、機器の校正方法に必要な変更を加えるために使用されます。現在、センサーはさまざまな測定に使用されています。温度、色、湿度などを測定するセンサーがあります…センサーのキャリブレーションは、センサー測定のエラーを取り除くのに重要な役割を果たします。
センサーキャリブレーションとは
センサーは電子機器です。彼らは彼らの労働環境の変化に敏感です。センサーの動作環境の望ましくない突然の変化は、望ましくない出力値をもたらします。したがって、期待される出力は測定された出力とは異なります。期待される出力と測定された出力のこの比較は、センサーキャリブレーションと呼ばれます。
センサーのキャリブレーションは、センサーのパフォーマンスを向上させる上で重要な役割を果たします。センサーによって引き起こされる構造誤差を測定するために使用されます。センサーの期待値と測定値の差は、構造誤差として知られています。
動作原理
センサーのキャリブレーションは、センサーのパフォーマンスと精度を向上させるのに役立ちます。センサーのキャリブレーションが業界によって行われる2つのよく知られたプロセスがあります。最初の方法では、企業は自社の製造ユニットに社内校正プロセスを追加して、センサーの個別の校正を実行します。ここで、同社はセンサー出力補正のために必要なハードウェアを設計に追加しています。このプロセスにより、アプリケーション固有の要件に一致するようにセンサーのキャリブレーションを変更できます。ただし、このプロセスにより、市場投入までの時間が長くなります。
この社内キャリブレーションプロセスの代替手段として、いくつかの製造会社が、完全なシステムレベルのキャリブレーションとともに高品質の自動車グレードのMEMSセンサーを備えたセンサーパッケージを提供しています。このプロセスでは、企業は、設計者がセンサーの機能とパフォーマンスを向上させるのに役立つオンボードデジタル回路とソフトウェアを組み込んでいます。製品の設計時間と部品点数を削減するために、電圧調整やアナログ信号フィルタリング技術などのデジタル回路が含まれています。全体的なパフォーマンスと機能を向上させるために、オンボードプロセッサには高度なセンサーフュージョンアルゴリズムが搭載されています。高度なオンボード信号処理アルゴリズムのいくつかは、製造時間を短縮し、市場投入までの時間を短縮するのにも役立ちます。
標準参照法
ここでは、センサー出力を標準の物理参照と比較して、一部のセンサーのエラーを確認します。 センサーキャリブレーションの例 は定規とメータースティックです。温度センサーの場合-100°Cの沸騰水、三重点の水、加速度計の場合-「重力は地表で一定の1Gです」。
キャリブレーション方法
センサーに使用される標準のキャリブレーション方法は3つあります。彼らは-
- ワンポイントキャリブレーション。
- 2点キャリブレーション。
- マルチポイントカーブフィッティング。
これらのメソッドを理解する前に、特性曲線の概念を理解する必要があります。すべてのセンサーには、指定された入力値に対するセンサーの応答を示す特性曲線があります。キャリブレーションプロセスでは、センサーのこの特性曲線が理想的な線形応答と比較されます。
特性曲線で使用される用語のいくつかは-
- オフセット–この値は、センサー出力が理想的な線形応答よりも高いか低いかを示します。
- 感度または勾配–これはセンサー出力の変化率を示します。傾きの違いは、センサー出力が理想的な応答とは異なる速度で変化することを示しています。
- 直線性–すべてのセンサーが特定の測定範囲にわたって線形の特性曲線を持っているわけではありません。
1点キャリブレーションは、単一レベルのみの正確な測定が必要で、センサーが線形である場合に、センサーオフセットエラーを修正するために使用されます。温度センサーは通常、1点校正されています。
2点キャリブレーションは、傾きとオフセットの両方のエラーを修正するために使用されます。このキャリブレーションは、センサー出力が測定範囲にわたって適度に線形であることがわかっているセンサーの場合に使用されます。ここでは、2つの参照値が必要です-参照高、参照低。
マルチポイントカーブフィッティングは、測定範囲にわたって線形ではなく、正確な測定値を取得するためにカーブフィッティングが必要なセンサーに使用されます。極度に高温または極度に低温の条件で使用される場合、通常、熱電対に対してマルチポイントカーブフィッティングが行われます。
上記のすべてのキャリブレーションプロセスについて、センサーの特性曲線が描かれ、線形応答と比較され、誤差がわかります。
センサーキャリブレーションのアプリケーション
簡単な用語でのセンサーキャリブレーションは、目的の出力と測定された出力の比較として定義できます。これらのエラーは、さまざまな理由で発生する可能性があります。センサーに見られるエラーには、不適切なゼロ基準によるエラー、センサー範囲のシフトによるエラー、機械的損傷によるエラーなどがあります。キャリブレーションは調整とは異なります。
キャリブレーションプロセスには、DUT-「テスト対象デバイス」を、センサーの慣性入力刺激がわかっている構成に配置することが含まれます。これにより、測定の実際のエラーを特定できます。
キャリブレーションプロセスは、次の結果を判断するのに役立ちます-
- DUTにエラーは記録されていません。
- エラーが記録され、調整は行われません。
- エラーを削除するための調整が行われ、エラーが目的のレベルに修正されます。
センサーのキャリブレーションには、センサーモデルが使用されます。センサーキャリブレーションは、制御プロセスを監視および調整するために制御システムに適用されます。自動システムは、エラーのない結果を得るためにセンサーキャリブレーションも適用します。
センサーキャリブレーションの使用
キャリブレーションプロセスは、システムのパフォーマンスと機能を向上させるために使用されます。システムのエラーを減らすのに役立ちます。校正されたセンサーは正確な結果を提供し、比較のための参照読み取り値として使用できます。
組み込み技術の増加とセンサーのサイズの縮小により、多くのセンサーが1つのチップに統合されています。 1つのセンサーで検出されないエラーが発生すると、システム全体が劣化する可能性があります。自動システムの正確なパフォーマンスを得るには、センサーをキャリブレーションすることが重要です。温度センサーの校正に使用される標準的な基準は何ですか？
センサー