雖然通常不可能提高傳感器的實(shí)際性能，但通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成，在系統(tǒng)級(jí)別提高傳感器性能是非?？赡艿?。可用于傳感器性能優(yōu)化的工具包括選擇、放置、作和信號(hào)調(diào)節(jié)/處理。

首先選擇具有適當(dāng)范圍、分辨率、靈敏度、精度、響應(yīng)時(shí)間和其他性能規(guī)格的傳感器。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量減少/管理噪聲和干擾源。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，定期校準(zhǔn)可能很重要。

傳感器性能支柱

與優(yōu)化傳感器系統(tǒng)作相關(guān)的挑戰(zhàn)可能很復(fù)雜，但可以分為四個(gè)主要考慮因素：選擇、放置、作和數(shù)據(jù)處理（圖 1）。優(yōu)化每個(gè)性能支柱可以通過(guò)回答一系列五個(gè)問(wèn)題來(lái)設(shè)想：目標(biāo)是什么？為什么測(cè)量很重要？系統(tǒng)在哪里運(yùn)行？設(shè)計(jì)的生命周期階段是什么時(shí)候？如何使用這些數(shù)據(jù)？

圖 1.用于傳感器系統(tǒng)優(yōu)化的分析框架。（圖片：MDPI 傳感器)

選擇正確的傳感器是一個(gè)重要的起點(diǎn)。設(shè)備必須適合作環(huán)境，并指定以提供所需的精度、分辨率、范圍和其他性能標(biāo)準(zhǔn)。

例如，線性度和漂移是許多傳感應(yīng)用中的重要考慮因素。一些傳感器（如熱敏電阻）是高度非線性的，可以在軟件中提供補(bǔ)償。其他傳感器技術(shù)（如霍爾效應(yīng)傳感器）在測(cè)量范圍內(nèi)具有更多的線性輸出。

傳感器放置注意事項(xiàng)包括要在系統(tǒng)中部署的傳感器的最佳數(shù)量和位置。傳感器應(yīng)放置在最佳位置以進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)考慮可訪問(wèn)性、作環(huán)境和潛在干擾源等因素。

校準(zhǔn)以獲得更好的性能

到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，定期校準(zhǔn)對(duì)于保持傳感器輸出的準(zhǔn)確性和精密度非常重要。根據(jù)傳感技術(shù)的不同，必須保護(hù)傳感器免受溫度、濕度、電磁干擾、振動(dòng)和其他因素的外部干擾。

一些工業(yè)過(guò)程需要檢測(cè)各種材料的接近程度。這可以通過(guò)使用電感式接近傳感器并應(yīng)用所需的校正系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，基本上是根據(jù)材料特性重新校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)。例如，如果傳感器的額定工作距離為 4 mm，用于檢測(cè)鋼，而新目標(biāo)物是鋁，則可以計(jì)算（校準(zhǔn)）到 1.2 至 1.8 mm 的工作距離的 0.30 至 0.45 的校正系數(shù)（表 1）。

表 1.感應(yīng)式接近感應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)。（表：巴魯夫自動(dòng)化)

傳感器作注意事項(xiàng)很廣泛。它們包括傳感器的供電方式、數(shù)據(jù)的訪問(wèn)方式以及校準(zhǔn)等維護(hù)需求。定期維護(hù)和監(jiān)測(cè)傳感器可以確保它們正常工作。這包括根據(jù)需要清潔、修理或更換傳感器。對(duì)于某些傳感器和應(yīng)用，如醫(yī)療設(shè)備，定期校準(zhǔn)是強(qiáng)制性的，并且校準(zhǔn)鏈必須可追溯到最終參考。

過(guò)濾和融合

有效的數(shù)據(jù)處理是最大限度地提高傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量的一項(xiàng)重要活動(dòng)。有幾種技術(shù)可以提高傳感器性能，首先是濾波以消除噪聲并提高輸出信號(hào)的質(zhì)量。例如，MEMS 傾斜傳感器在環(huán)境溫度下的精度可以?xún)?yōu)于 ±0.15°。但是，加速度可能會(huì)導(dǎo)致高達(dá)幾度的誤差。穩(wěn)定輸出的一種簡(jiǎn)單方法是添加一個(gè)低通濾波器（圖 2）。

圖 2.低通濾波器如何平滑傾斜傳感器數(shù)據(jù)。（圖片：TE Connectivity）)

在更復(fù)雜的應(yīng)用中，傳感器融合可以組合來(lái)自多種傳感器技術(shù)的數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償單個(gè)傳感器的限制。結(jié)合來(lái)自攝像頭、LiDAR 和雷達(dá)的數(shù)據(jù)，利用每個(gè)傳感器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，提高自動(dòng)駕駛汽車(chē)態(tài)勢(shì)感知的準(zhǔn)確性和穩(wěn)健性。

在慣性測(cè)量單元 （IMU） 中，每個(gè)傳感器都有自己的限制和潛在誤差。例如，陀螺儀可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)漂移，而加速度計(jì)則更容易受到噪聲的影響。傳感器融合通過(guò)結(jié)合每個(gè)傳感器的優(yōu)勢(shì)并補(bǔ)償其弱點(diǎn)來(lái)幫助減少這些誤差。

總結(jié)

有多種方法可用于提高傳感器系統(tǒng)性能。通過(guò)基于四個(gè)傳感器系統(tǒng)性能支柱，全面了解系統(tǒng)要求和傳感器功能，可以提高性能。