- Од страна на WF сензори
Барометриски сензор ги претвора отчитувањата на амбиенталниот притисок во податоци за висината. Тоа е едноставно: притисокот паѓа со надморска височина, сензорот го мери локалниот притисок и потоа ја претвора таа вредност во релативна или апсолутна надморска височина. Дигитални сензори за притисок доминираат во современите системи - тие нудат висока чувствителност, дигитални излези и лесна интеграција во системи за надморска височина или надморска височина. Инженерскиот предизвик е изборот на вистинскиот сензор, справувањето со пречки во околината (температура и временски услови) и спојување на барометарот со други системи за позиционирање (како GNSS) за да се подобри употребливата точност.
Каталог
1. Како барометарот ја следи висината?
Принцип и односот воздух-притисок
Барометарот ја мери надморската височина врз основа на физичката врска помеѓу притисокот и висината: на повисоки височини воздушната колона над вас е пократка, па притисокот е помал. Во инженерската пракса, практично правило близу до нивото на морето е дека притисокот паѓа за приближно 1 hPa на секои 8-9 метри зголемени во висина. Сензорот го чита тековниот притисок и користи формула за конверзија за да произведе вредност на висината; за да добиете апсолутна надморска височина, потребна ви е референтна основна линија (на пример, локална вредност на притисокот на нивото на морето). Забелешка: моменталните отчитувања се одлични за прикажување на краткорочни релативни промени во надморската височина, но за точна долгорочна апсолутна надморска височина ви треба надворешна референца или периодична рекалибрација.
Референца за притисок-височина и притисок на нивото на морето
Самото отчитување на притисокот не е исто како и надморската височина - зависи од референтниот притисок. Уредите обично складираат референтна вредност или добиваат од мрежата/GNSS, а потоа ја применуваат врската притисок-висина на пресметаната надморска височина. Кај фирмверот инженерите вообичаено спроведуваат две конверзии: брза за релативна висина (брз одговор, висока чувствителност) и референтна за апсолутна надморска височина (која користи рутина за основна линија и калибрација).
2. Клучни компоненти
MEMS и дигитални сензори за притисок
Модерното мерење на надморска височина обично се потпира на барометриските сензори MEMS. MEMS чиповите се мали, со мала моќност и се произведуваат во обем. Дигитален барометар го конвертира аналогниот сигнал за притисок со ADC на чипот и кола за корекција, емитувајќи готови за употреба дигитални податоци (I²C/SPI), што го олеснува читањето и стартувањето на филтрите или алгоритмите за фузија на MCU. Важните спецификации вклучуваат резолуција (најмалата промена на височината што можете да ја откриете), точност и линеарност, долгорочно поместување и време на одговор. Сензорите со висока чувствителност можат да забележат мали промени на надморската височина во милисекунди, идеални за дронови или откривање на ниво на подот.
Пакет, резолуција и стапка на примерок (калибрација & чувствителност)
Стилот на пакетот (LGA со изложени порти или типови на горниот прозорец) влијае на тоа каде се наоѓа приклучокот за притисок и како е заштитен сензорот; резолуцијата обично се изразува во Pa или hPa и одговара на делта на висината. Стапката на примерок одредува колку добро сензорот ги следи динамичките промени: повисоките стапки плус соодветното филтрирање ви овозможуваат да снимате движење без губење на стабилноста. Инженерите мора да ја балансираат чувствителноста, бучавата и потрошувачката на енергија и да имплементираат периодично ресетирање на основната линија во системот за да се спротивстави на наносот.
3. Од читање до надморска височина: методи и модели на пресметка
Конвертирањето на притисокот во надморска височина користи два вообичаени пристапи: поедноставени емпириски формули и модел на меѓународна стандардна атмосфера (ISA). Поедноставените формули се евтини и пресметковно лесни, добри за вградена употреба во реално време и релативни промени на надморската височина; стандардниот модел на атмосфера е попрецизен и подобар каде апсолутната прецизност е важна. Инженерската практика најпрво го линеаризира и температурно го корегира излезот на сензорот, а потоа го приклучува дигиталниот притисок во рутината за конверзија за да произведе надморска височина. За вистинска апсолутна надморска височина, системите периодично добиваат или поставуваат референтен притисок за да ги поправат поместувањата.
Поедноставени формули, стандарден модел на атмосфера и конверзија на надморска височина
Поедноставените формули обично претпоставуваат речиси константна температура и користат емпириски константи - совршени за краткорочна или релативна употреба. Стандардниот модел опфаќа температурни профили, константи на гас и варијации на гравитацијата, прилагодени за прецизни мерења. Инженерите го избираат методот за да одговара на апликацијата и често го прават алгоритмот да се префрли во фирмверот за да се замени помеѓу мала моќност и висока точност.
4. Извори и стратегии за грешки од реалниот свет за подобрување на точноста
Барометриската надморска височина е ранлива на промените на притисокот предизвикани од временските услови, кои ги искривуваат апсолутните отчитувања на надморската височина. Температурата, исто така, влијае на чувствителноста на сензорот и нултата поместување. За да се намали грешката, инженерите најчесто спојуваат повеќе сензори (користете GNSS или IMU за основна линија), применуваат компензација на температурата во фирмверот и закажуваат чести ресетирање на основната линија или калибрации. Стратегиите за филтрирање (Калман или комплементарни филтри) го одвојуваат краткорочниот шум од долгорочниот дрифт, подобрувајќи ја стабилноста.
Временски ефекти, влијание на температурата и фузија со повеќе сензори
Краткорочните временски промени го менуваат локалниот притисок и можат да ја пристраснат апсолутната надморска височина, но барометрите се одлични во откривањето на релативните висински поместувања поради нивната чувствителност - затоа се вредни за вертикална брзина или промени на подот. Комбинирањето на барометар со GNSS дава апсолутна референца од GNSS и релативни промени со висока резолуција од барометарот; двете се надополнуваат и се справуваат со апсолутна грешка и временска резолуција.
5. Сценарија за примена
Барометриските сензори се широко користени во контролата на надморска височина со беспилотни летала, уреди на отворено и планинарење и позиционирање на ниво на подот во затворен простор. Секоја апликација има различни инженерски приоритети: на беспилотните летала им е потребна мала латентност, мала тежина и толеранција на вибрации; часовниците и рачните уреди имаат приоритет на мала моќност и стабилност; позиционирањето во затворен простор мора да се справи со мали разлики во притисокот меѓу подот и да користи основни податоци за градбата. Во дизајнот, внимавајте на поставувањето и запечатувањето на пристаништето и дали системот има сигурен излез при промена на температурата и времето.
Задржување на надморска височина од дрон, следење на височина на планинарење и мерење на подот во затворен простор
Беспилотните летала обично го користат барометарот во рамките на краткорочна контролна јамка, во комбинација со IMU за непречена контрола; уредите за планинарење следат континуирани промени на релативната височина; Внатрешните системи бараат внимателно снимање на основната линија и алгоритми за да се решат малите делта на притисок помеѓу подовите.
Заклучок
За ефикасно следење на надморската височина со барометар, потребна ви е физика на притисок наспроти висина, правилен дигитален барометриски сензор и справување со пречки во животната средина на ниво на системот. Практични совети: изберете сензор со висока чувствителност за фаќање мали промени, претпочитајте дигитални излези за поедноставна обработка, имплементирајте компензација на температурата и периодични ажурирања на основната линија во фирмверот и спојте податоци со GNSS/IMU. Овие чекори постигнуваат практична рамнотежа помеѓу трошоците, одговорноста и употребливата точност.
Горенаведениот вовед само ја гребе површината на апликациите на технологијата на сензорот за притисок. Ќе продолжиме да ги истражуваме различните типови на сензорски елементи што се користат во различни производи, како тие функционираат и нивните предности и недостатоци. Ако сакате повеќе детали за она што се дискутира овде, можете да ја проверите поврзаната содржина подоцна во ова упатство. Ако сте притиснати за време, можете исто така да кликнете овде за да ги преземете деталите за овој водич Податоци за производ на сензорот за притисок на воздухот PDF.
За повеќе информации за други технологии на сензори, ве молиме Посетете ја страницата на нашите сензори.