การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของระบบเครื่องตรวจจับภาพ

การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของระบบเครื่องตรวจจับภาพ

I. บทนำเกี่ยวกับปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อข้อผิดพลาดของระบบในเครื่องตรวจจับภาพ

ข้อควรพิจารณาที่เฉพาะเจาะจงสำหรับข้อผิดพลาดเชิงระบบ ได้แก่: 1. การเลือกส่วนประกอบ:โฟโตไดโอด, เครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ADC ไอซีแหล่งจ่ายไฟ และแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง 2. สภาพแวดล้อมการทำงาน: อิทธิพลของอุณหภูมิและความชื้น ฯลฯ 3. ความน่าเชื่อถือของระบบ: เสถียรภาพของระบบ ประสิทธิภาพของ EMC

Ii. การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของระบบเครื่องตรวจจับภาพ

1. โฟโตไดโอด: ในการตรวจจับด้วยแสงระบบอิทธิพลของโฟโตไดโอดต่อความผิดพลาดของระบบโฟโตอิเล็กทริกมีการแสดงออกเป็นหลักในด้านต่อไปนี้:

(1) ความไว (S)/ความละเอียด: อัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของสัญญาณเอาต์พุต (แรงดัน/กระแส) △y ต่อการเพิ่มขึ้นของสัญญาณอินพุต △x ที่ทำให้การเพิ่มขึ้นของสัญญาณเอาต์พุต △y กล่าวคือ s = △y/△x ความไว/ความละเอียดเป็นเงื่อนไขหลักในการเลือกเซ็นเซอร์ พารามิเตอร์นี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในความสัมพันธ์โดยตรงของโฟโตไดโอดในฐานะกระแสมืด และในการแสดงออกเฉพาะของโฟโตดีเทคเตอร์ในฐานะกำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NEP) ดังนั้น การวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนเชิงระบบขั้นพื้นฐานที่สุดจึงกำหนดให้ความไว (S)/ความละเอียดสูงกว่าข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนจริง เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนของระบบโฟโตอิเล็กทริกทั้งหมด เนื่องจากต้องพิจารณาผลกระทบของความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากปัจจัยต่างๆ ที่กล่าวถึงในภายหลังด้วย

(2) ความเป็นเส้นตรง (δL): ระดับความเป็นเส้นตรงของความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างเอาต์พุตและอินพุตของเครื่องตรวจจับแสง โดย yfs คือเอาต์พุตเต็มสเกล และ △Lm คือค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของความเป็นเส้นตรง ซึ่งเห็นได้ชัดเจนในความเป็นเส้นตรงและกำลังแสงอิ่มตัวเชิงเส้นของเครื่องตรวจจับแสง

(3) ความเสถียร/ความสามารถในการทำซ้ำ: โฟโตดีเทกเตอร์มีเอาต์พุตที่ไม่สอดคล้องกันสำหรับอินพุตสุ่มเดียวกัน ซึ่งถือเป็นข้อผิดพลาดแบบสุ่ม พิจารณาค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของจังหวะเดินหน้าและถอยหลัง

(4) ฮิสเทรีซิส: ปรากฏการณ์ที่เส้นโค้งลักษณะอินพุต-เอาต์พุตของเครื่องตรวจจับแสงไม่ทับซ้อนกันในระหว่างการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและถอยหลัง

(5) การดริฟท์ของอุณหภูมิ: อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทุกๆ 1 องศาเซลเซียสต่อการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของเครื่องตรวจจับแสง การเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ △Tm ที่เกิดจากดริฟท์ของอุณหภูมิคำนวณได้จากการคำนวณดริฟท์ของอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิสภาพแวดล้อมการทำงาน △T

(6) การดริฟต์ของเวลา: ปรากฏการณ์ที่ผลลัพธ์ของโฟโตดีเทกเตอร์เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ในขณะที่ตัวแปรอินพุตยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างองค์ประกอบของโฟโตดีเทกเตอร์เอง) อิทธิพลของการเบี่ยงเบนโดยรวมของโฟโตดีเทกเตอร์ที่มีต่อระบบคำนวณได้จากผลรวมเวกเตอร์

2. เครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ: พารามิเตอร์หลักที่มีผลต่อข้อผิดพลาดของระบบ เครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ แรงดันออฟเซ็ต Vos, Vos ความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิ, กระแสออฟเซ็ตอินพุต Ios, ความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิ Ios, กระแสไบอัสอินพุต Ib, อิมพีแดนซ์อินพุต, ความจุอินพุต, สัญญาณรบกวน (สัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าอินพุต, สัญญาณรบกวนกระแสไฟฟ้าอินพุต) อัตราขยายการออกแบบ สัญญาณรบกวนความร้อน อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR) อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป (CMR) อัตราขยายแบบวงเปิด (AoL) ผลคูณแบนด์วิดท์ของอัตราขยาย (GBW) อัตราการเปลี่ยนแปลง (SR) เวลาในการสร้าง ความเพี้ยนฮาร์มอนิกทั้งหมด

แม้ว่าพารามิเตอร์ของออปแอมป์จะมีความสำคัญต่อระบบพอๆ กับการเลือกโฟโตไดโอด แต่เนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่ คำจำกัดความและคำอธิบายพารามิเตอร์เฉพาะจึงไม่ได้อธิบายไว้ในที่นี้ ในการออกแบบโฟโตดีเทกเตอร์จริง ควรประเมินอิทธิพลของพารามิเตอร์เหล่านี้ต่อความคลาดเคลื่อนเชิงระบบทั้งหมด แม้ว่าพารามิเตอร์ทั้งหมดอาจไม่ได้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อข้อกำหนดของโครงการของคุณ แต่พารามิเตอร์ข้างต้นจะมีผลต่อความคลาดเคลื่อนเชิงระบบแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับสถานการณ์การใช้งานจริงและความต้องการที่แตกต่างกัน

แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการมีพารามิเตอร์มากมาย สำหรับสัญญาณประเภทต่างๆ พารามิเตอร์หลักที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดเชิงระบบสามารถมุ่งเน้นไปที่สัญญาณ DC และ AC ได้แก่ สัญญาณ DC แปรผัน แรงดันออฟเซ็ตอินพุต Vos, ค่าความคลาดเคลื่อนของอุณหภูมิ Vos, กระแสออฟเซ็ตอินพุต Ios, กระแสไบอัสอินพุต Ib, อิมพีแดนซ์อินพุต, สัญญาณรบกวน (สัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าอินพุต, สัญญาณรบกวนกระแสอินพุต, สัญญาณรบกวนความร้อนจากเกนออกแบบ), อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR), อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดร่วม (CMRR) สัญญาณแปรผัน AC: นอกจากพารามิเตอร์ข้างต้นแล้ว ยังต้องพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้ด้วย: ความจุอินพุต, อัตราขยายแบบวงเปิด (AoL), ผลคูณของอัตราขยายต่อแบนด์วิดท์ (GBW), อัตราสลูว์เรต (SR), เวลาที่ใช้ในการติดตั้ง และความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม