Разработка электроники. Субъективный обзор наиболее полезных интегральных датчиков



    Того датчика, что слева я уже касался на страницах Хабра, поэтому сегодня поговорим о его младших собратьях.

    Когда задумываешь новый стартап, порой кажется, что в области электронных приборов всё уже придумали до нас и рамки простора для творчества сегодня сильно сузились. На самом деле, это далеко не так. За последние несколько лет в мире электронных компонентов произошли революционные изменения, которые продолжаются и по сей день. Изображённые на фоне монеты чипы, немыслимы были ещё 5 лет назад, но в течение только этого года их семейство получило несколько пополнений.

    Современные электронные компоненты позволяют не только создавать новые, но и расширять функциональность давно существующих устройств. Разработанные с их применением приборы становятся меньше, дешевле, функциональнее и проще в использовании, чем их предшественники. Но главное — они проще интегрируются в наш цифровой мир, а значит хорошо масштабируются. Это одна из основных причин, по которой технологичные стартапы набирают сегодня популярность у инвесторов.

    О современных микроконтроллерах и методиках, упрощающих процесс «изобретения» новых продуктов, можно прочитать в моих предыдущих статьях. Сегодня же очередь дошла до датчиков. Невозможно объять необъятное, поэтому я сделал краткий и чисто субъективный обзор интегральных датчиков, которые, по моему личному опыту, могут быть наиболее полезны, как при проектировании совершенно новых приборов, так и в ходе модификаций, с целью придать новые качества давно выпускаемым устройствам, чтобы выделить их из ряда конкурентов. Преимущества отдавал тем, достоинства которых успел оценить в своих проектах.

    Общие тенденции


    Для того, чтобы функционировать, ваше устройство должно общаться с внешним миром, получая информацию. Человек использует для этого органы чувств, а устройство под управлением микроконтроллера — датчики. С годами датчики становятся всё меньше по размерам, всё умнее и, что немаловажно, дешевле. Аналоговые интерфейсы уступают место цифровым. Датчики научились производить последовательность измерений автономно и помещать их в собственную буферную память. В них встраиваются препроцессоры для первичной обработки и анализа результатов измерений. Количество регистров для настройки режимов работы и обработки данных порой переваливает за сотню. Наличие процедур самокалибровки и табличные функции позволяют приближать результат к линейной зависимости в широком диапазоне внешних условий (температуры, влажности и т.п.). В датчиках всё шире используются MEMS (микроэлектромеханические) технологии. Они научились самостоятельно проводить длительные процессы измерений и подавать сигналы при выходе параметров за допустимый диапазон. Современные технологии снизили энергопотребление многих типов датчиков до такого уровня, что они годами могут работать от одной маленькой батарейки.

    Инерциальные датчики


    Самыми полезными для расширения функциональности прибора безусловно являются “инерциальные датчики”, выполненные по технологии MEMS. Сегодня наиболее популярны шестиосевые датчики, содержащие трёхосевые акселерометр и гироскоп. К услугам тех, кто хочет получить ещё больше информации об ориентации в пространстве 9 осевые датчики, в которые добавлен магнитометр. Инерциальные датчики предоставляют огромные возможности для усовершенствования старых и создания новых приборов благодаря тому, что имеют сотни не вполне очевидных с первого взгляда применений.

    Среди этой триады акселерометр безусловно играет главную роль. При работе на частотах опроса порядка нескольких десятков герц, он имеет исключительно низкий ток потребления — десятки микроампер. Современные чипы инерциальных датчиков включают в себя препроцессоры обработки данных. Они способны в автономном режиме производить весьма сложную первичную обработку полученных данных с помощью аналоговых и цифровых фильтров, имеющих программно настраиваемые параметры. Благодаря наличию буфера памяти FIFО они могут накапливать полученные результаты, производить их анализ и посылать сигнал на пробуждение микроконтроллеру только после того, как будут достигнуты записанные в память граничные условия. В качестве граничных условий могут выступать не только такие простые, как превышение уровня ускорения, а, например, смена ритма ходьбы. Да, да, основываясь на показания акселерометра датчики научились самостоятельно распознавать характер движения и даже отдельные его параметры. В нужный момент датчик пробуждает микроконтроллер и передаёт в него накопленные данные из FIFO буфера. Микроконтроллер проводит более серьёзный анализ, при необходимости выполняет ответные действия и снова погружается в сон. Такой алгоритм наилучшим образом подходит для высокопроизводительных ARM MCU с пониженным энергопотреблением.

    Обладая размерами в несколько миллиметров, такие датчики как нельзя лучше подходят для охранных приложений, датчиков вскрытия, выключателей питания герметичных устройств. На их основе удобно реализовывать бескнопочные элементы управления для устройств в антивандальном исполнении и/или тяжёлых условиях эксплуатации. Возможно отслеживать взаимное положение частей тела человека или сложной конструкции, определять характер движения (отличать ходьбу от бега или поднятия по лестнице, фиксировать моменты неподвижности, поворота или “трогания с места” автомобиля и т.п.), определить момент возникновения опасной вибрации двигателя или турбины, подать сигнал о том, что наклон вышел за допустимые пределы и много чего ещё!

    Как это не удивительно, даже 9 канальные датчики так и не научились толком решать задачу, для которой казалось бы и были предназначены изначально. Отслеживать траекторию движения с приемлемой точностью они способны только в пределах перемещений на короткие дистанции и малых промежутков времени. Использование их для замены GPS навигацию внутри закрытых помещений невозможно — слишком быстро накапливают ошибки измерений. Кроме того, в зависимости от времени и температуры, “плывут” показания гироскопа, а магнитометр требует предварительной калибровки. Помните эти надоедливые требования описать восьмёрку вашим телефоном для ориентации в пространстве? Это именно из той оперы…

    Датчики для измерения перемещений и расстояний


    Чрезвычайно большая плеяда устройств с разными принципами действия и размерами.
    Одно из наиболее востребованных применений — определение малых перемещений.
    Оптимальное решение задачи измерения зависит от материала движущихся объектов. Герконы являются наиболее дешёвыми и простыми для грубого определения положения намагниченных предметов, но существуют гораздо более продвинутые интегральные решения на основе эффекта Холла. Индукционные датчики имеют весьма ограниченное применение, а вот ёмкостные используются гораздо чаще, ввиду простоты микроминиатюризации.
    Свои преимущества имеют датчики на основе оптопар, они используются давно и широко. На ультразвуковых датчиках расстояния, чрезвычайно популярных благодаря повсеместному использованию в качестве модулей для Arduino, останавливаться не буду.

    Незаслуженно редко, в разрабатываемых приборах, используют датчики на основе “миниатюрных фотокамер” и лазеров. По моему мнению зря, ведь благодаря повсеместному применению в манипуляторах типа “мышь”, цена на эти устройства находится на весьма низком уровне.
    Так датчик PAN3101 на основе камеры с разрешением до 800 точек на дюйм, у китайцев можно купить дешевле полутора долларов за штуку.
    Самому мне приходилось использовать лазерный сенсор VL6180XV0. Он стоит в районе двух с половиной долларов и подходит для измерения расстояний до 10 см. Я пытался заменить им ультразвуковой датчик, чтобы увеличить точность определения расстояния в пушере, выталкивающем сигаретные пачки, но для этого мне требовалась несколько большая дальность. Помогло тщательное изучение даташитов, в которых удалось найти упоминание о слабодокументированной особенности -возможности переключения диапазона измеряемых расстояний. В результате, я смог увеличить его до 30 см. К сожалению, это отрицательным образом сказалось на точности измерений. Потерю пришлось компенсировать введением цифровой фильтрации и сложным алгоритмом определения положения с учётом предыдущих состояний.


    Не могу не сказать хотя бы пару слов о лидарах — твёрдотельных устройствах на основе лазеров, часто содержащих в себе систему подвижных зеркал, используемых для измерения расстояний до объекта.
    Они находят самое широкое применение в беспилотных автомобилях, 3D-картографии, системах управления дронами… Новейшие разработки представляют собой монолитные микросхемы на основе нитрида галлия (GaN) и занимают площадь на плате менее четырёх квадратных миллиметров!

    Сенсорные датчики


    Наиболее широко сегодня используются ёмкостные сенсоры, которые находят применение в разнообразных элементах управления, вытесняя оттуда решения на основе механики. Ёмкостные сенсоры сегодня успешно заменяют кнопки. Их разнообразие огромно. Существуют готовые панели с контроллерами, которые работают подобно тачскрину ноутбука. Сформировать чувствительные к прикосновению пальцев элементы — кнопки и полосы прокрутки, возможно на плате из фольгированного текстолита, а для их обслуживания использовать либо специализированные микросхемы, либо встроенные в некоторые микроконтроллеры интегрированные решения. Цена решения зачастую меньше чем у механического варианта, так контроллеры сенсорных кнопок TTP223 можно купить по пять центов за штуку
    В случаях, когда требуется герметичность и антивандальное исполнение, стоит рассмотреть вариант применения пьезокнопок. Как нетрудно догадаться, принцип их работы основан на пьезоэффекте. Дополнительным преимуществом этой разновидности кнопок является надёжная и длительная работа в широком диапазоне температур и влажности.
    Зачастую в кнопку интегрируют ключи на полевых транзисторах, а также элементы защиты от перегрузки по току, напряжению и неправильному подключению полярности.

    МЕМS микрофоны


    Это малогабаритные изделия с низким энергопотреблением. На фото изображён сверхминиатюрный микрофон в корпусе 1 х 1 мм со своими “старшими” братьями. Кроме микрофонов с аналоговым выходом существуют и цифровые. Они имеют в своём составе аналоговый усилительный тракт сигнала и АЦП. Их применение позволяет упростить и удешевить схему согласования с микроконтроллером, понизить энергопотребление, уровень помех, а в отдельных случаях и нелинейные искажения.
    В моём проекте универсального медицинского прибора потребовался микрофон, способный воспринимать низкочастотные звуки человеческих органов. Большинство МЕМS микрофонов имеют достаточно высокую нижнюю граничную частоту, тем не менее, после довольно долгих поисков удалось найти хороший вариант, правда с аналоговым выходом. Малышка с труднопроизносимым названием SPW0442HR5H-1 производства Knowles размером 3.1 mm x 2.5 mm x 1 mm умеет работать в диапазоне от 10 Гц до 10 КГц и стоит в районе половины евро.

    Датчики давления, влажности и температуры


    Датчиками давления, влажности и температуры давно никого не удивишь. В зависимости от решаемых задач и бюджета проекта можно подобрать компоненты способные производить прецизионные измерения, либо имеющие чрезвычайно низкую стоимость — совмещённый китайский датчик влажности и температуры можно найти за пол доллара.
    В одной из своих статей, я уже рассказывал об опыте написания драйверов для совмещённого датчика температуры и давления HTS221. В заключении хочется лишь отметить одну особенность, на которую часто обращают внимание слишком поздно — для получения релевантных значений таких параметров, как влажность и температура, необходима правильная их установка. В противном случае возникнет ситуация, когда вы измеряете совсем не то, что требуется.
    Ну и конечно, если нужно передавать результаты измерений в аналоговом виде на сравнительно большие расстояния (например при измерении высоких температур с помощью термопар), особое внимание следует уделить линиям передачи и согласования сигнала.

    Специализированные датчики для медицинских применений


    В последнее время, как стартапы, так и ведущие производители электронных компонентов, работающих в этой области, уделяют самое непосредственное внимание разработке и производству высокоинтегрированных микросхем, совмещающих в себе датчики и сложные цепи обработки сигналов.

    Интегральные компоненты и приборы для телемедицины — большая и интересная тема, но ввиду ограничения по месту и времени, в завершении статьи, я кратко упомяну только об одном подобном сенсоре, c которым непосредственно имею дело сейчас, в ходе проекта по разработке универсального медицинского прибора.

    Это микросхема производства Maxim Integrated MAX86150, именно её корпус изображён на заставке поста с сохранением пропорций рядом с монетой. Она умеет измерять частоту сердечного ритма, уровень кислородного насыщения мышц, а главное, снимать одноканальную электрокардиограмму.


    Внутри корпуса размером всего лишь 3.3 Х 5.6 Х 1.3 мм скрывается 19 битное АЦП, красный и зелёный светодиоды со встроенными драйверами, фотодиод и канал обработки данных — узлы для подавления шума, удаления внешних засветов фотодиодов, буфер FIFO, цифровые и аналоговые фильтры. Напряжение питания микросхемы составляет всего 1.8 вольт, а энергопотребление при неиспользуемых светодиодных драйверах меньше 100 микроампер в активном режиме и порядка микроампера в режиме сна.

    Такие впечатляющие функции при цене существенно ниже 10 долларов в розницу, позволяют разрабатывать на её основе, например, малогабаритное медицинское оборудование для обнаружения отклонения сердечной деятельности на ранних стадиях болезни. Возможно создание чрезвычайно компактных полностью автономных приборов для длительного контроля состояния пациента в домашних условиях и в моменты физической нагрузки.

    Данное семейство микросхем постоянно расширяется, буквально по несколько раз в год появляются его новые представители. Большинство ведущих производителей электронных компонентов также развивают разработки по многим направлениям в области медицины — от сверхминиатюрных видеокамер до интегральных датчиков для УЗИ.

    Огромные перспективы в этой области открывает совместное использование приборов на новейшей элементной базе и искусственного интеллекта для диагностики заболеваний. Но об этом в следующий раз…

    Средняя зарплата в IT

    120 000 ₽/мес.
    Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 7 453 анкет, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 63

      +2
      Спасибо за статью! Подскажите пожалуйста как с чувствительностью у MEMS микрофонов по отношению к обычным конденсаторным?
        0
        К сожалению с ходу не могу ответить на ваш вопрос. Мне не так много приходилось работать с микрофонами. Был один проект домофона с электретным, а вот сейчас «слушаю» дыхание с помощью MEMS и критерий чувствительности стоял далеко не на первом месте. Долго пришлось искать микрофон с приличной линейностью в области низких частот.
        Судя по тому, что сегодня в смартфоны ставят сплошь МЕМS, чувствительность у них должна быть недурственная для того, чтобы работать в режиме «свободных рук», но вряд ли выдающаяся, хотя бы из соображений тех же малых габаритов.
          +1
          почти одинаковая но выход сильнее, например SPU0410LR5H подключенный к SSM2167 выключает «Noise gate». Меня всегда интересовало почему в хороших видеокамерах например линейка CX Sony нет MEMS-ов
            +1

            Потому что отбором из партии электретов можно получить отличные экземпляры, звучащие сильно лучше мемс.

            +1

            Всё зависит от диапазона частот, электреты и кондюки бывают с большой диафрагмой со всеми вытекающими полюсами и минусами.
            МемсЫ более стабильны по характеристикам в пределах партии, плюс ацп о обработка там где качество не критично.

            +1
            До чего дошёл прогресс!
            До невиданных чудес!
            Опустился на глубины
            и поднялся до небес!
            Эх, вот эти бы пьезокнопки, да тридцать лет назад, в один проект.
            Познавательно, спасибо.
              0
              Спасибо за отзыв.
              Пьезо кнопки появились может не 30 но лет 15 назад точно. Только сейчас они стали умнее. Само по себе нажатие на такую кнопку просто вызывает короткий и достаточно высоковольтный разряд. Для того чтобы появился переключающий эффект паралельно контактам ставится кондюк, ограничивающий напряжение супрессор. Таким образом сформированное напряжение подаётся на затвор полевого транзистора, поскольку энергия импульса очень мала. Ну а дальше уже всё зависит от фантазии, можно поставить одновибратор, можно триггер. Раньше все эти дополнительные элементы размещались на плате прибора и это было проблемой, поскольку высокоомная цепь не подверженна наводкам и даже из за повышенной влажности могут пойти ложные срабатывания.
              Сейчас всю дополнительную обвязку помещают внутри кнопок, правда такие кнопки требуют ещё и напряжение питания подводить!
              P.S. я кстати тоже первые программы писал на фортране и турбопаскале:) Но быстро на Delphy мигрировал.
                +1
                У меня сначала был ассемблер, писалось все на такой замечательной машине как БЭСМ-4М.
                Потом ЕС-1033 поставили, охренеть целый магабайт памяти, и сменные диски ЕС-5061 на 29 Мб! Вот тут и фортран и PL/1, и макроассемблер IBMовский в ход пошли. Турбопаскаль пришел к нам значительно позднее, вместе с ЕС-1840.
                  0
                  А нет ли пьезо кнопок в тонком исполнении или даже с монтажом на плату?
                  Поиск пока результатов не дал, но может кто сталкивался…
                    0
                    Я почему то не видел, хотя казалось бы сам бог велел, вернее технология их изготовления подходит для этого идеально.
                      0
                      Не то что бы у самих кнопок, а у пьезо вцелом — как обстоят дела с «долгим» нажатием? могут опознавать, или технология годится только для тактовых кнопок?
                        0
                        Никак не обстоят.
                        Как я упомянул с статье — физически генерируется короткий импульс в момент нажатия. Теоретически, видимо можно «поймать» импульс во время отпускания и таким образом таки обработать «долгое» нажатие.
                  +1

                  Ну не знаю, юным радиолудителем делал миди клавиши с фортепианной механикой, точнее механику тупо заимствовал от фортепьянов, молоточки били тупо по обрезкам ЗПшек. А барабаны вообще, зпшки в резинках, можно было ставить по две три и кроме ускорения центра и края ещё какой-нибудь контрл посылать. Получалось сильно лучше чем можно купить за деньги. Но и в серийных советских электо барабанах принцип был тот же.

                  +2
                  Так датчик PAN3101 на основе камеры с разрешением до 800 точек на дюйм у китайцев можно купить дешевле полутора долларов за штуку.


                  Но ведь ему нужна подсветка с оптикой, как от мышки. Сам датчик ну очень нечувствительный, так как вместо линзы диафрагма (и корпус совсем не герметичный — прямо за диафрагмой уже кристалл- даже стекла/поликарбоната не поставлено.).
                    +1
                    Об оптике то я и не подумал. Вот так часто бываешь, пока сам не попробуешь не узнаешь нюансов…
                      +2
                      Я хотел на базе такого сделать видеокамеру к вездеходу (с этих датчиков можно получить картинку. Тут была статья когда-то.). Не вышло. Нужна линзовая система.
                      А так, в составе мышки работает всё вот так:

                        +1
                        Зачётно.
                        Интересно было посмотреть на мир глазами оптической мышки!
                        Очень необычное у вас устройство для тестирования однако получилось. Использовать такую камеру для машинного зрения будет сложно, но для отслеживания малых перемещений по идее должна быть эффективна.
                          +1
                          Кто-то на подобном датчике делал систему распознавания букв. :) Я такую статью встречал в статьях про нейросети.
                          но для отслеживания малых перемещений по идее должна быть эффективна.


                          А перемещения сам датчик выдаёт — он же датчик перемещений. Это наружу у него картинка с небольшой частотой; внутри же частота обработки гораздо выше.
                            0
                            А вам удалось для чего нибудь полезного его приспособить или вы ради любви к искусству в нём копались?
                              +1
                              Нет, не удалось. Нет идей. :) Так что, получилось просто ради «попробовать».
                              0
                              Кстати, с квадратурным детектором много игрались? сколько там примерно разрешение и СКО?
                                0
                                Нет, я эти контакты не подключал и не использовал. Но в даташите, может быть, написано.
                        +1
                        Вот тот же вопрос: они не пишут оптические характеристики. Если знать диаметр диафрагмы, расстояние от корпуса до сенсора, линейный размер пикселей и расстояние между центрами пикселей. Если бы всё было, можно было бы собрать классную камеру-обскуру.
                        Хинт: в салонах оптики обычно можно заказать не только линзу для очков, но почти любой оптический элемент, если из пластика и без оправки устраивают. Ну и цена завышенная.
                          0
                          Это какой то очень интересный лайфхак.
                          Они по вашему чертежу изготавливают или как?
                          И в каким именно аптеках это можно сделать, вдруг вы в какой то сетевой заказывали?
                            +1
                            Я в «Очкарике» заказывал. Нужен полный чертёж, у меня 4 года тому попросили в Zemax'е.
                              0
                              Ну что в некоторых мастерских по ремонту телефонов могут BGA чип на плату запаять это почти логично, но заказывать кастомную линзу в очкарике я бы никогда не догадался!
                              Спасибо за наводку, у меня были моменты, когда линза бы не помешала.
                                +1
                                Советую заказывать только то, что не получается отлить или откуда-то скрутить. Я пытался конденсер кастомный собрать, получилось почти вдвое дороже фирменного олимпусовского.
                                  0
                                  Поскольку у меня потребность ограничивается прототипами, то там на фоне стоимости разработки цена решающего значения не имеет. До определённых пределов конечно.
                                    0
                                    Можете сказать, какие линейные размеры, погрешности и требования к светопропусканию? Простые, в первую очередь выпуклые, линзы сейчас достаточно несложно напечатать или сделать на станке с ЧПУ, а потом отшлифовать. Завтра скину ссылку на подробный пример.
                                    Второй вариант — литье в подготовленную форму по рецепту Левенгука
                                    Третий вариант — обойтись зеркалом, его проще сделать, чем линзу соответствующих характеристик.
                                      0
                                      Спасибо! В настоящий момент у меня нет проекта, связанные с линзами, но в своё время были задачи.
                                      Если вышлите пример чертежа / технического задания на изготовления линз буду благодарен.
                                      Почта есть в моём профиле.
                                      Возникнет потребность буду обращаться к вам за советом!
                                        +1
                                        Простые линзы сейчас проще купить в Китае или у какого-нибудь Thorlabs, Altechna, Standa.
                                          +1
                                          Простые — да, но если нужен какой-то совсем кастом, то с заказом даже у Altechna могут быть проблемы. И это я не говорю, что они не всегда охотно берут заказы у физлиц, да и родная таможня может внезапно порадовать. Standa в отношении скорости получше: голова сидит в Литве, филиалы в Москве и Питере, товар в Питер едет недели две, ещё неделю в Москву. Если очень срочно и очень не хочется думать за таможню, можно съездить в Литву на поезде, они с пониманием мелочь отгружают в руки.
                          +1
                          Грех не упомянуть о product longevity program (на фоне второй картинки с IMU). Для включённых в неё компонентов производитель гарантирует долговременный выпуск. ЕМНИП, и уведомления о снятии с производства рассылаются более, чем за год (у «обычных» компонентов).
                          Программа замечена у ST microelectronics (SGS Thomson) и Micron.
                            0
                            Тема вами затронутая действительно важная, поколения чипов сменяются с какой то адской скоростью. Но как правило, стараются сохранять приемственность в распиновке, да и повышение цен на устаревшие продукты толкает к тому, что с определённого времени дешевле заменить чип переделав плату, чем покупать устаревшие приборы. Главное чтобы на ЗИП хватило.
                            В отдельных применениях, типа милитари этот вопрос очень остро стоит. Вот сейчас в очередной раз встал Ангстрем-Т и непонятно откуда брать микросхемы для Африки, спрос которой на устаревшую технику советской разработки резко растёт, подстёгнутый новыми кредитами, которые пришли на смену свежесписанным 20 миллиардам долларов. Правда Ангстрему уже пообещали очередные 21 миллиарда но уже рублей инъекций, но пока многие товарищи в вынужденных отпусках. Ждут манны небесной.
                            +2
                            А как дела с газоанализаторами? Нет прорыва, чтоб не за десятки долларов, а подешевле СО2 мерять?
                              +2
                              Хороший вопрос. Там ценообразование достаточно мутное.
                              Очень хотелось написать и про них, но…
                              Поскольку два года проработал поднимая новый статап в этой области, коротко написать не получается. Слишком много информации, не удаётся в два десятка строк уложить. Если выкрою время — напишу отдельную статью.
                                +1
                                Было бы интересно, напишите!
                                  0
                                  Постараюсь.
                              0

                              Афтар — пешы исчо!!!… извнините. вырвалось. Статья годная. Насчет MAX81650 — где можно найти в рознице? Очень интересный чип.

                                0
                                Я на маусере покупал без проблем, правда за бугром. У нас их рекламирует компел. Значит можно попробовать заказать в Терраэлектронике.
                                Но сразу предупреждаю — чтобы с помощью лазерно-утюжной технологии его припаять надо быть левшой. Так что для экспериментов либо плату надо в Резоните заказывать, желательно с монтажом, либо демоборд покупать.
                                  0
                                  Думаю, что нигде. Потому что автор вольно обращается со всем тем, о чем пишет. Скорее всего, имелся в виду MAX86150. Если же нужен только пульс и уровень кислорода, посмотрите на MAX30102, его и паять легче, и китайцы продают модули за две копейки практически.
                                    0
                                    Да, действительно MAX86150, вы совершенно правы, это моя ошибка, сейчас исправлю.
                                  0
                                  У любого датчика есть куча параметров, и наверное главный из них — отношение сигнал/шум.
                                  Документация для микрофонов, датчиков расстояния, (магнитных, звуковых, радио, и лазерных) — параметр сигнал/шум, вполне вменяемо описан, и почти всегда совпадает с реальным применением.
                                  А вот для гироскопов, акселей, магнитометров, датчиков давления, и всего остального на технологии МЕМS — данные из документации очень часто имеют цифры для своего уникального режима работы датчика. Того самого, в котором его никогда в жизни использовать не будут. То-есть по документации датчик почти идеальный, а в реальности шумит как целый табор цыган.
                                  Наверное трудно удивить инженера показом современных датчиков, разве что это будет самый отмороженный олдскульщик.
                                  А вот чем я могу вас удивить — так это утверждением что даже самые крутые инженеры слабо разбираются в документации на современные МЕМS датчики.
                                  В том самом главном вопросе — какой датчик лучше!!!
                                    0
                                    В том самом главном вопросе — какой датчик лучше!!!


                                    Я не религиозный человек, но относительно выбора идеала приходят слова из Библии.

                                    НЕ СОТВОРИ СЕБЕ КУМИРА.

                                    Не претендую на звание самого крутого инженера, но точно знаю что далеко не самый крутой инженер должен понимать, что ответ на вопрос какой датчик САМЫЙ ЛУЧШИЙ не имеет ни малейшего смысла в отрыве от проекта.
                                    В одном проекте лучше тот, который самый дешёвый, в другом нужен тот, который отличается наименьшем потреблением, в третьем на первый план выходит возможность выдерживать высокие ускорения.
                                    И только малая толика приложений требует датчиков с лучшим соотношением сигнал/ шум. Тем более, что к примеру акселерометр, а тем более гироскоп могут иметь отличное соотношение сигнал/шум, но их показания могут «плыть» из-за температурного дрейфа.
                                    Датчики по единственному параметру выбирают только абсолютные нубы, и умение читать англиЦкие буквы в проектировании им не помогает.
                                      +1

                                      В точку, не так важен шум как спектр оного и природа.

                                        –1
                                        Остаётся только позавидовать изяществу и точности ваших формулировок :)
                                    0
                                    «Не могу не сказать хотя бы пару слов о лидарах — твёрдотельных устройствах на основе лазеров, часто содержащих в себе систему подвижных зеркал, используемых для измерения расстояний до объекта.»
                                    Не раскрыта тема — если не сложно, напишите название датчиков, хочется попробовать
                                      0
                                      Согласен, что не раскрыта, но я честно написал что только упоминаю. Сам никогда не работал с ними. Лет 10 назад мой знакомый делал бинокль с измерителем расстояния, но из рассыпухи. Тогда у него возникли большие проблемы с покупкой светодиодов. Я даже не знаю существуют ли сейчас доступные для покупки в розницу приборы по приемлемой цене, особенно в России.
                                        +1
                                        содержащих в себе систему подвижных зеркал, используемых для измерения расстояний до объекта

                                        Тут не совсем корректно написано, в основе лидара зачастую все тот же время-пролетный (Time of Flight ) способ изменения расстояния, что и в упомянутом вами датчике VL6180XV0.
                                        Подвижные зеркала же ипользуются для формирования растра, например при лазерном сканировании.
                                        Можно конечно, использовать подвижное зеркало что бы определить угол между отправленным и полученным лучом, а потом простейшей математикой определить расстояние. Но такой способ довольно ограничен в точности и дальности, да и для него можно и вовсе без электроники обойтись.
                                          0
                                          Возможно вы лучше погружены в тему и правы, но я как-то читал очень интересную статью, в которой описывалась очень интересная технология в которой фигурировала матрица подвижных зеркал. Честно говоря не помню был там один излучающий элемент или несколько. Похоже речь шла не о готовом приборе, а лишь о научном стартапе.
                                          Сам же я выше 12 ГГц не поднимался — пришлось как то для НИИДАР делать LFM дальномер, а потом мы пытались его для американского стартапа доработать.
                                          P.S. К сожалению, многие хорошие люди с большим опытом, не находят времени для написания статей, в результате им даже карму не поднимешь, хотя зачастую хочется.
                                            +1

                                            Да не так что бы сильно, просто когда-то интересовался темой лидаров в универе. Из того запомнилось что есть 3 основных технологии:


                                            • Измерение угла падения луча. Самый простой, но и самый не точный.
                                            • Фазовый — измерение фазовой разности локального и отраженного сигнала.
                                            • Время пролетный — измерение времени путешествия луча от источника к приёмнику. Как по мне самый интересный метод с точки зрения электроники, так-как измерение пикосекундных диапазонов задача непростая.
                                              А насчёт матрицы зеркал, увы не слышал, может действительно что-то новое изобрели, погуглю.
                                              0
                                              Дальномер в бинокле мой товарищ делал по третьему принципу.
                                              К сожалению ссылку не сохранил, а статья была интересная, посвещённая MEMS технологиям. И там проект лидара приводился именно в контексте использования матрицы подвижных зеркал.
                                                +1

                                                Кажись понял спасибо, https://link.springer.com/article/10.1007/s00502-018-0635-2.
                                                Если я правильно статью понял, mems зеркала используют для формирования развертки вместо громоздкой механики. Действительно интересное и перспективное направление.

                                                  0
                                                  Да, именно так. Вы правда нашли гораздо более содержательную статью чем ту, которую я читал.
                                      0

                                      А о твердотельных ФЭУ, что можете сказать? Есть ли тенденция к снижению цен?

                                        0
                                        Твердотельные ФЭУ — это именно ФЭУ, или вы про avalanche photodiodes?
                                          0
                                          Скорее речь о Multi-Pixel Photon Counter (MPPC), оно же silicon photomultiplier (SiPM). Матрицы лавинных фотодиодов для счёта фотонов.
                                        0

                                        Было б интересно послушать больше про принцип работы датчиков)
                                        Но и на этом спасибо)

                                          0
                                          Конечно это интересная тема, но это уже совсем другая статья — обзорная. В своё время я решил написать коротенькую статью про казалось бы простейшей теме — цифровые сопротивления.
                                          В результате пришлось вторую часть писать, чтобы раскрыть тему до более менее приличного уровня.
                                          Та же самая история случилась с ресемплингом аудиосигналов и самовосстанавлисающимися предохранителями. После выхода статьи появляется столько интересных комментариев, что на их основе приходится писать вторую часть.
                                          +1
                                          Самому мне приходилось использовать лазерный сенсор VL6180XV0
                                          Сейчас имеются датчики Time of Flight (например, VL53 от тех же самых STMicro), которые работают до 4-х метров
                                            0
                                            Спасибо за наводку, но проблема заключалась не в максимальной дальности, а в двух других вещах.
                                            • Широкий и очень неудобный диапазон динамический диапазон измеряемых расстояний. От 2 до 30 сантиметров. Есть очень много датчиков на малые расстояния — от миллиметров до 2-5 сантиметров. Есть много датчиков в диапазоне от 5 до 20 — 25 см. Но на тот момент я не нашёл датчиков с диапазоном от 1 до 30 см к примеру.
                                            • Мне была нужна хорошая точность — не хуже +-2мм, поскольку в пушеры могли укладываться достаточно тонкие пачки. Они могли быть слегка помятыми, сдавливались под воздействием пружины пушера со временем и была необходим запас по точности.

                                            На момент выполнения проекта — года три назад это было датчиков с нужными мне параметрами я не нашёл, это не значит что они не появились сегодня.
                                            0

                                            Все-таки "эффекта Холла", в честь первооткрывателя и исследователя.

                                              –1
                                              Спасибо, благодаря вашей внимательности исправил эту несправедливость по отношению к великим людям.

                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                            Самое читаемое