Ανάλυση σφαλμάτων συστήματος φωτοανιχνευτή

Ανάλυση σφαλμάτων συστήματος φωτοανιχνευτή

I. Εισαγωγή στους παράγοντες που επηρεάζουν τα σφάλματα συστήματοςΦωτοανιχνευτής

Οι συγκεκριμένες σκέψεις για το συστηματικό σφάλμα περιλαμβάνουν: 1. Επιλογή εξαρτημάτων:φωτοδιόδους, λειτουργικοί ενισχυτές, αντιστάσεις, πυκνωτές, μετατροπείς μεταβλητότητας (ADC), ολοκληρωμένα κυκλώματα τροφοδοσίας και πηγές τάσης αναφοράς. 2. Περιβάλλον εργασίας: Η επίδραση της θερμοκρασίας και της υγρασίας, κ.λπ. 3. Αξιοπιστία συστήματος: Σταθερότητα συστήματος, απόδοση ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας.

Ii. Ανάλυση σφαλμάτων συστήματος φωτοανιχνευτών

1. Φωτοδίοδος: Σε έναφωτοηλεκτρική ανίχνευσησύστημα, η επίδραση των φωτοδιόδων στα σφάλματα τουφωτοηλεκτρικό σύστημαεκδηλώνεται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:

(1) Ευαισθησία (S)/Ανάλυση: Ο λόγος της αύξησης του σήματος εξόδου (τάση/ρεύμα) △y προς την αύξηση εισόδου △x που προκαλεί την αύξηση εξόδου △y. Δηλαδή, s=△y/△x. Η ευαισθησία/ανάλυση είναι η κύρια συνθήκη για την επιλογή αισθητήρα. Αυτή η παράμετρος εκδηλώνεται συγκεκριμένα στην άμεση συσχέτιση των φωτοδιόδων ως σκοτεινό ρεύμα και στην ειδική εκδήλωση των φωτοανιχνευτών ως ισοδύναμη ισχύς θορύβου (NEP). Επομένως, η πιο θεμελιώδης ανάλυση του συστηματικού σφάλματος απαιτεί η ευαισθησία (S)/ανάλυση να είναι υψηλότερη από την πραγματική απαίτηση σφάλματος, προκειμένου να πληρούνται οι απαιτήσεις σφάλματος ολόκληρου του φωτοηλεκτρικού συστήματος, καθώς πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση του σφάλματος που προκαλείται από τους παράγοντες που αναφέρονται αργότερα.

(2) Γραμμικότητα (δL): Ο βαθμός γραμμικότητας της ποσοτικής σχέσης μεταξύ της εξόδου και της εισόδου του φωτοανιχνευτή. yfs είναι η έξοδος πλήρους κλίμακας και △Lm είναι η μέγιστη απόκλιση της γραμμικότητας. Αυτό εκδηλώνεται συγκεκριμένα στη γραμμικότητα και τον γραμμικό κορεσμό της φωτεινής ισχύος του φωτοανιχνευτή.

(3) Σταθερότητα/Επαναληψιμότητα: Ο φωτοανιχνευτής έχει ασυνέπεια εξόδου για την ίδια τυχαία είσοδο, η οποία αποτελεί τυχαίο σφάλμα. Λαμβάνεται υπόψη η μέγιστη απόκλιση των εμπρόσθιων και οπίσθιων κινήσεων.

(4) Υστέρηση: Το φαινόμενο όπου οι χαρακτηριστικές καμπύλες εισόδου-εξόδου ενός φωτοανιχνευτή δεν επικαλύπτονται κατά την εμπρόσθια και οπίσθια κίνηση του.

(5) Μετατόπιση θερμοκρασίας: Η επίδραση κάθε μεταβολής της θερμοκρασίας κατά 1℃ στην μεταβολή εξόδου του φωτοανιχνευτή. Η απόκλιση της μετατόπισης θερμοκρασίας △Tm που προκαλείται από τη μετατόπιση θερμοκρασίας υπολογίζεται μέσω του υπολογισμού της μετατόπισης θερμοκρασίας του εύρους θερμοκρασίας περιβάλλοντος εργασίας △T.

(6) Χρονική μετατόπιση: Το φαινόμενο όπου η έξοδος ενός φωτοανιχνευτή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου όταν η μεταβλητή εισόδου παραμένει αμετάβλητη (οι αιτίες οφείλονται κυρίως σε αλλαγές στη δομή της σύνθεσής του). Η συνολική επίδραση της απόκλισης του φωτοανιχνευτή στο σύστημα υπολογίζεται μέσω του διανυσματικού αθροίσματος.

2. Τελεστικοί ενισχυτές: Βασικές παράμετροι που επηρεάζουν το σφάλμα συστήματος. Τελεστικοί ενισχυτές Τάση μετατόπισης Vos, μετατόπιση θερμοκρασίας Vos, ρεύμα μετατόπισης εισόδου Ios, μετατόπιση θερμοκρασίας Ios, ρεύμα πόλωσης εισόδου Ib, σύνθετη αντίσταση εισόδου, χωρητικότητα εισόδου, θόρυβος (θόρυβος τάσης εισόδου, θόρυβος ρεύματος εισόδου). Θερμικός θόρυβος κέρδους σχεδιασμού, λόγος απόρριψης τροφοδοτικού (PSRR), λόγος απόρριψης κοινής λειτουργίας (CMR), κέρδος ανοιχτού βρόχου (AoL), γινόμενο κέρδους-εύρους ζώνης (GBW), ρυθμός αλλαγής (SR), χρόνος εγκατάστασης, συνολική αρμονική παραμόρφωση.

Παρόλο που οι παράμετροι των λειτουργικών ενισχυτών είναι εξίσου σημαντικό στοιχείο του συστήματος με την επιλογή των φωτοδιόδων, λόγω περιορισμών χώρου, οι συγκεκριμένοι ορισμοί και οι περιγραφές των παραμέτρων δεν θα αναλυθούν εδώ. Στον πραγματικό σχεδιασμό των φωτοανιχνευτών, θα πρέπει να αξιολογείται η επίδραση αυτών των παραμέτρων στα συστηματικά σφάλματα. Παρόλο που δεν έχουν όλες οι παράμετροι σημαντικό αντίκτυπο στις απαιτήσεις του έργου σας, ανάλογα με τα πραγματικά σενάρια εφαρμογής και τις διαφορετικές απαιτήσεις, οι παραπάνω παράμετροι θα έχουν διαφορετικές επιπτώσεις στα συστηματικά σφάλματα.

Υπάρχουν πολλές παράμετροι για τους λειτουργικούς ενισχυτές. Για διαφορετικούς τύπους σημάτων, οι κύριες παράμετροι που προκαλούν συστηματικά σφάλματα μπορούν να επικεντρωθούν σε σήματα DC και AC: Μεταβλητά σήματα DC Τάση μετατόπισης εισόδου Vos, μετατόπιση θερμοκρασίας Vos, ρεύμα μετατόπισης εισόδου Ios, ρεύμα πόλωσης εισόδου Ib, σύνθετη αντίσταση εισόδου, θόρυβος (θόρυβος τάσης εισόδου, θόρυβος ρεύματος εισόδου, θερμικός θόρυβος κέρδους σχεδιασμού), λόγος απόρριψης τροφοδοτικού (PSRR), λόγος απόρριψης κοινής λειτουργίας (CMRR). Σήμα μεταβολής AC: Εκτός από τις παραπάνω παραμέτρους, πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες: χωρητικότητα εισόδου, κέρδος ανοιχτού βρόχου (AoL), γινόμενο κέρδους-ζώνης ζώνης (GBW), ρυθμός αλλαγής (SR), χρόνος εγκατάστασης και συνολική αρμονική παραμόρφωση.