การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของระบบตรวจจับแสง

การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของระบบตรวจจับแสง

บทนำเกี่ยวกับปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อข้อผิดพลาดของระบบโฟโตดีเทคเตอร์

ปัจจัยเฉพาะที่ต้องพิจารณาเกี่ยวกับข้อผิดพลาดที่เป็นระบบ ได้แก่: 1. การเลือกส่วนประกอบ:โฟโตไดโอด1. ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์: ตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการ, ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ, ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC), ไอซีแหล่งจ่ายไฟ และแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง 2. สภาพแวดล้อมการทำงาน: อิทธิพลของอุณหภูมิและความชื้น เป็นต้น 3. ความน่าเชื่อถือของระบบ: เสถียรภาพของระบบ ประสิทธิภาพ EMC

การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของระบบของโฟโตดีเทคเตอร์

1. โฟโตไดโอด: ในการตรวจจับด้วยแสงระบบ อิทธิพลของโฟโตไดโอดต่อข้อผิดพลาดของระบบระบบโฟโตอิเล็กทริกโดยส่วนใหญ่จะปรากฏให้เห็นในแง่มุมต่อไปนี้:

(1) ความไว (S)/ความละเอียด: อัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของสัญญาณเอาต์พุต (แรงดัน/กระแส) △y ต่อการเพิ่มขึ้นของอินพุต △x ที่ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของเอาต์พุต △y นั่นคือ s = △y/△x ความไว/ความละเอียดเป็นเงื่อนไขหลักในการเลือกเซนเซอร์ พารามิเตอร์นี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในความสัมพันธ์โดยตรงของโฟโตไดโอดในรูปของกระแสไฟฟ้ามืด และในการแสดงออกเฉพาะของโฟโตดีเทคเตอร์ในรูปของกำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) ดังนั้น การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดที่เป็นระบบขั้นพื้นฐานที่สุดจึงต้องการให้ความไว (S)/ความละเอียดสูงกว่าข้อกำหนดข้อผิดพลาดจริง เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดข้อผิดพลาดของระบบโฟโตอิเล็กทริกทั้งหมด เนื่องจากต้องพิจารณาผลกระทบของข้อผิดพลาดที่เกิดจากปัจจัยที่กล่าวถึงในภายหลังด้วย

(2) ความเป็นเส้นตรง (δL) : ระดับความเป็นเส้นตรงของความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างเอาต์พุตและอินพุตของโฟโตดีเทคเตอร์ yfs คือเอาต์พุตเต็มสเกล และ △Lm คือค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของความเป็นเส้นตรง ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในความเป็นเส้นตรงและกำลังแสงอิ่มตัวเชิงเส้นของโฟโตดีเทคเตอร์

(3) ความเสถียร/ความสามารถในการทำซ้ำ: โฟโตดีเทคเตอร์มีเอาต์พุตที่ไม่สอดคล้องกันสำหรับอินพุตแบบสุ่มเดียวกัน ซึ่งถือเป็นข้อผิดพลาดแบบสุ่ม โดยพิจารณาค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและถอยหลัง

(4) ฮิสเทอรีซิส: ปรากฏการณ์ที่เส้นโค้งลักษณะอินพุต-เอาต์พุตของโฟโตดีเทคเตอร์ไม่ทับซ้อนกันระหว่างการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและย้อนกลับ

(5) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ: อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทุกๆ 1℃ ต่อการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของโฟโตดีเทคเตอร์ ค่าเบี่ยงเบนจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ △Tm ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะคำนวณผ่านการคำนวณการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของช่วงอุณหภูมิสภาพแวดล้อมการทำงาน △T

(6) การเลื่อนตามเวลา: ปรากฏการณ์ที่เอาต์พุตของโฟโตดีเทคเตอร์เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ในขณะที่ตัวแปรอินพุตยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างองค์ประกอบของตัวมันเอง) อิทธิพลของการเบี่ยงเบนโดยรวมของโฟโตดีเทคเตอร์ต่อระบบจะคำนวณผ่านผลรวมเวกเตอร์

2. วงจรขยายสัญญาณปฏิบัติการ: พารามิเตอร์สำคัญที่มีผลต่อข้อผิดพลาดของระบบ พารามิเตอร์ที่มีผลต่อวงจรขยายสัญญาณปฏิบัติการ ได้แก่ แรงดันออฟเซ็ต Vos, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของ Vos, กระแสออฟเซ็ตอินพุต Ios, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของ Ios, กระแสไบแอสอินพุต Ib, อิมพีแดนซ์อินพุต, ความจุอินพุต, สัญญาณรบกวน (สัญญาณรบกวนแรงดันอินพุต, สัญญาณรบกวนกระแสอินพุต) พารามิเตอร์ที่มีผลต่ออัตราขยายในการออกแบบ ได้แก่ สัญญาณรบกวนจากความร้อน, อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR), อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดร่วม (CMR), อัตราขยายแบบวงเปิด (AoL), ผลคูณอัตราขยาย-แบนด์วิดท์ (GBW), อัตราการเปลี่ยนแปลง (SR), เวลาในการสร้างสัญญาณ, และความผิดเพี้ยนฮาร์มอนิกทั้งหมด

แม้ว่าพารามิเตอร์ของตัวขยายสัญญาณปฏิบัติการจะเป็นส่วนประกอบของระบบที่สำคัญไม่แพ้การเลือกใช้โฟโตไดโอด แต่เนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่ จึงจะไม่กล่าวถึงคำจำกัดความและคำอธิบายเฉพาะของพารามิเตอร์เหล่านั้นในที่นี้ ในการออกแบบโฟโตดีเทคเตอร์จริง ควรประเมินอิทธิพลของพารามิเตอร์เหล่านี้ต่อข้อผิดพลาดเชิงระบบทั้งหมด แม้ว่าพารามิเตอร์บางตัวอาจไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อข้อกำหนดของโครงการของคุณ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์การใช้งานจริงและความต้องการที่แตกต่างกัน พารามิเตอร์ข้างต้นจะมีผลกระทบต่อข้อผิดพลาดเชิงระบบที่แตกต่างกัน

มีพารามิเตอร์มากมายสำหรับแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ สำหรับสัญญาณประเภทต่างๆ พารามิเตอร์หลักที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบสามารถเน้นไปที่สัญญาณ DC และ AC ได้ดังนี้: สัญญาณ DC ที่เปลี่ยนแปลงได้ ได้แก่ แรงดันออฟเซ็ตอินพุต Vos, การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของ Vos, กระแสออฟเซ็ตอินพุต Ios, กระแสไบแอสอินพุต Ib, อิมพีแดนซ์อินพุต, สัญญาณรบกวน (สัญญาณรบกวนแรงดันอินพุต, สัญญาณรบกวนกระแสอินพุต, สัญญาณรบกวนความร้อนของอัตราขยายที่ออกแบบ), อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR), อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดร่วม (CMRR) สัญญาณ AC ที่เปลี่ยนแปลงได้: นอกเหนือจากพารามิเตอร์ข้างต้นแล้ว ยังต้องพิจารณาพารามิเตอร์ต่อไปนี้ด้วย: ความจุอินพุต, อัตราขยายแบบวงเปิด (AoL), ผลคูณอัตราขยาย-แบนด์วิดท์ (GBW), อัตราการเปลี่ยนแปลง (SR), เวลาในการสร้าง และการบิดเบือนฮาร์มอนิกทั้งหมด