En este artículo te presentamos los diez factores más importantes a considerar antes de comprar un sensor de medición con precisión de desplazamiento sin contacto.
A continuación te los enumeramos:
- Resolución
- Repetibilidad
- Linealidad / No linealidad
- Estabilidad de la temperatura
- Estabilidad a largo plazo
- Precisión
- Relación Señal / Ruido
- Rango de medición
- Distancia Offset
- Tiempo de Respuesta
A pesar de su uso frecuente, los términos como precisión, resolución, repetibilidad y linealidad son a menudo mal entendidos. Estos factores son críticos en la selección de un sensor de desplazamiento y otros instrumentos de medición. Los ingenieros deben asegurarse que entienden la terminología antes de tomar una decisión de compra.
La terminología aplicada a los sensores puede ser confusa, pero es crítica cuando se trata de seleccionar los instrumentos de medición adecuados para una aplicación, especialmente para sensores de desplazamiento y de distancia. Si los ingenieros entienden mal esta parte, es posible que terminen pagando más por sensores sobreespecificados. Y a la inversa, un sistema o producto de control puede carecer del rendimiento necesario si el sensor de desplazamiento no cumple con las especificaciones requeridas.
1. Resolución
La resolución es a menudo una de las descripciones de rendimiento peor entendidas y peor definidas.
La resolución de un sensor se define como el cambio más pequeño posible que puede detectar el sensor en lo magnitud que está midiendo. La resolución no es la precisión. Un sensor inpreciso puede tener una alta resolución, y un sensor de baja resolución puede ser preciso en algunas aplicaciones.
En la práctica, la resolución está determinada por la relación señal-ruido, teniendo en cuenta el rango de frecuencia adquirido. A menudo, en una pantalla digital, el dígito menos significativo fluctuará, lo que indica que cambios de esa magnitud están resueltos La resolución está relacionada con la precisión con la que se realiza la medición.
El ruido eléctrico en la salida de un sensor es el factor principal que limita su medida más pequeña posible. Por ejemplo, una medición de un desplazamiento de 5 μm se perderá si el sensor tiene 10 μm de ruido en la salida. Por lo tanto, es esencial que la resolución del sensor sea mucho menor que la medida más pequeña que se requiere. La mejor práctica requerirá una resolución de al menos 10 veces mayor que la precisión de medición requerida. Además, la resolución solo tiene sentido dentro del contexto del ancho de banda del sistema, la unidad de medida, la aplicación y el método de medición utilizado por el fabricante del sensor.
Relación entre resolución y distancia
2. Repetibilidad
La repetibilidad es una especificación cuantitativa de la desviación de mediciones independientes que se han realizado en las mismas condiciones. Define cómo de buena es la salida eléctrica para la misma entrada, y nuevamente bajo las mismas condiciones. En términos de sensores de desplazamiento, es una medida de la estabilidad del sensor en el tiempo.
Normalmente, la repetibilidad muestra a muestra será más baja para tasas de muestreo muy rápidas, ya que menos tiempo es utilizado para promediar la medición. A medida que se reduce la frecuencia de muestreo, la repetibilidad mejorará, pero esto no continuará indefinidamente. Más allá de disponer de una frecuencia de muestreo más lenta, la repetibilidad comenzará a empeorar a medida que sea mayor la desviación a largo plazo en los componentes y los cambios de temperatura causen variaciones en la salida del sensor.
Gráfica de repetibilidad
3. Linealidad / No linealidad
La desviación máxima entre la línea ideal de salidas del sensor y la línea de salidas real es lo que se conoce por la no linealidad o linealidad del sensor. Normalmente, la cifra se proporciona como un porcentaje del rango de medición o un porcentaje de la salida a escala completa (% FSO).
En muchas aplicaciones, la no linealidad del sensor desempeñará un papel importante en la precisión de la medición real. Es muy común que los usuarios utilicen el valor de resolución de un dispositivo. Muy a menudo la cifra de linealidad será 10 o 20 veces mayor que la resolución.
Gráfica de Linealidad
4. Estabilidad de la temperatura
Consulte la hoja de datos técnicos y es posible que la mayoría de los proveedores de sensores láser de bajo costo no indiquen la "estabilidad de temperatura" de sus sensores. Entonces, ¿cómo sabe el error de medición real o cómo corregir sus resultados para tenerlo en cuenta? Normalmente, los errores de medición pueden ser tan altos como 400 ppm / K, lo que puede afectar significativamente la precisión de la medición.
Por otro lado, un proveedor de sensores láser de alto rendimiento es mucho más probable que indique la estabilidad de temperatura de un sensor en la hoja de datos. Además, también se pueden proporcionar algoritmos de compensación de temperatura activa para el sensor, reduciendo la estabilidad de la temperatura a tan solo 100 ppm / K o más.
5. Estabilidad a largo plazo
A pesar del uso de componentes de alta calidad, la estabilidad de los sensores o los sistemas de medición pueden cambiar a lo largo del tiempo. Es decir, con la misma señal de entrada y condiciones ambientales sin cambios, pueden aparecer diferencias en la señal de salida después de un cierto período de tiempo. Esta cifra se expresa típicamente en % FSO / mes.
6. Precisión
La precisión de un sensor de desplazamiento describe el máximo error en la medición teniendo en cuenta todos los factores que afectan al valor real de la medida. Estos factores incluyen la linealidad, la resolución, la estabilidad de la temperatura, la estabilidad a largo plazo y un error estadístico (que puede eliminarse mediante cálculo).
Diferencia entre valor nominal y actual
7. Relación Señal / Ruido
La calidad de una señal se puede establecer por su relación señal/ruido (SNR). Con frecuencia la SNR limita la precisión con la que una medición puede ser realizada.
El ruido surge con cualquier transmisión de datos. Cuanto mayor sea la separación entre el ruido y la señal útil, más estables podrán reconstruirse los datos transmitidos a partir de la señal. Si, durante el muestreo digital, la potencia de ruido y la potencia de la señal útil se acercan demasiado, se puede detectar un valor incorrecto y la información se corrompe.
La SNR se calcula dividiendo la media de la energía de la señal útil entre la media de la energía del ruido. Generalmente se entiende que la SNR es la relación de las energías detectadas (no las amplitudes) y, a menudo, se expresa en decibelios. Generalmente, la definición se refiere a las potencias eléctricas en la salida de algún tipo de sensor o detector. En las mediciones ópticas, una situación común es que un haz de luz incide en un fotodetector, como un fotodiodo, que produce una fotocorriente en proporción a la potencia óptica, con algo de ruido electrónico agregado. Dependiendo de la situación, la SNR puede estar limitada por el ruido óptico o por el ruido generado por la electrónica del sensor.
8. Rango de medición
El rango de medición describe el espacio de un sensor en el que el objeto a medir debe situarse de modo que se satisfagan los datos técnicos especificados. Las regiones extremas de este espacio se denominan inicio y final del rango de medición. Algunos sensores exhiben un espacio libre entre la parte frontal del sensor y el rango de medición y el sensor.
Detalle de rango de medición en sensor de distancia
9. Distancia Offset
El offset de un sensor se define de manera diferente dependiendo del proveedor del principio de medida del sensor. El offset corresponde a la distancia entre el borde del sensor y el centro del rango de medición o el inicio del rango de medición.
Distancia offset SMR (retro-reflector esférico) y MR (retro-reflector simple)
10. Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta es el período que transcurre desde el momento que se sucede un evento hasta la salida de la señal. Muchas especificaciones de sensores no indican el tiempo de respuesta y, a menudo, se supone que esto es igual a la velocidad de medición o la frecuencia de medición indicadas. Pero esto es incorrecto. Muy a menudo, el tiempo de respuesta variará dependiendo de la posición del objeto de medición.
Por ejemplo, si el objeto está fuera del rango de medición y luego se mueve al rango de medición, el tiempo de respuesta puede ser significativamente más largo que la velocidad de medición o la frecuencia de medición indicadas.
Además, si el objeto ya está en el rango de medición, pero se mueve rápidamente en un gran porcentaje del rango de medición, por ejemplo, más del 50%, nuevamente, el tiempo de respuesta será más largo que la velocidad de medición indicada. Se debe tener cuidado en este caso, ya que esto puede causar problemas, particularmente en aplicaciones de control de bucle cerrado o en una aplicación donde los componentes individuales en rápido movimiento se mueven a través del rango de medición, por ejemplo, en un proceso de producción.
