تحليل أخطاء النظام في الكاشف الضوئي

تحليل أخطاء النظام في الكاشف الضوئي

مقدمة عن العوامل المؤثرة في أخطاء النظام فيكاشف ضوئي

تشمل الاعتبارات المحددة للخطأ المنهجي ما يلي: 1. اختيار المكونات:الثنائيات الضوئية1. مكبرات العمليات، والمقاومات، والمكثفات، ومحولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية، ودوائر التغذية الكهربائية، ومصادر الجهد المرجعي. 2. بيئة العمل: تأثير درجة الحرارة والرطوبة، إلخ. 3. موثوقية النظام: استقرار النظام، وأداء التوافق الكهرومغناطيسي.

تحليل أخطاء النظام في أجهزة الكشف الضوئي

1. الثنائي الضوئي: فيالكشف الكهروضوئيتأثير الثنائيات الضوئية على أخطاء النظامنظام كهروضوئيويتجلى ذلك بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

(1) الحساسية (S) / الدقة: هي نسبة الزيادة في إشارة الخرج (الجهد/التيار) Δy إلى الزيادة في إشارة الدخل Δx التي تُسبب هذه الزيادة. أي أن s = Δy / Δx. تُعدّ الحساسية/الدقة شرطًا أساسيًا لاختيار المستشعر. ويتجلى هذا المعيار تحديدًا في الارتباط المباشر بين الثنائيات الضوئية والتيار المظلم، وفي تجليات كاشفات الضوء من خلال القدرة المكافئة للضوضاء (NEP). لذا، يتطلب التحليل الأساسي للخطأ المنهجي أن تكون الحساسية (S) / الدقة أعلى من متطلبات الخطأ الفعلية لتلبية متطلبات الخطأ للنظام الكهروضوئي بأكمله، مع الأخذ في الاعتبار تأثير الخطأ الناتج عن العوامل المذكورة لاحقًا.

(2) الخطية (δL): درجة خطية العلاقة الكمية بين خرج ومدخل الكاشف الضوئي. يمثل yfs خرج النطاق الكامل، وδLm يمثل أقصى انحراف للخطية. ويتجلى ذلك تحديدًا في خطية الكاشف الضوئي وقدرة تشبع الضوء الخطي.

(3) الاستقرار/التكرارية: يُظهر الكاشف الضوئي عدم اتساق في المخرجات لنفس المدخل العشوائي، وهو خطأ عشوائي. ويُؤخذ في الاعتبار أقصى انحراف بين حركتي الإرسال والاستقبال.

(4) التخلف المغناطيسي: الظاهرة التي لا تتداخل فيها منحنيات خصائص الإدخال والإخراج لكاشف ضوئي أثناء حركته الأمامية والعكسية.

(5) الانحراف الحراري: تأثير كل تغير بمقدار درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة على تغير خرج الكاشف الضوئي. يُحسب انحراف درجة الحرارة △Tm الناتج عن الانحراف الحراري من خلال حساب انحراف درجة حرارة بيئة العمل △T.

(6) الانحراف الزمني: ظاهرة يتغير فيها خرج الكاشف الضوئي بمرور الوقت بينما يبقى المتغير المدخل ثابتًا (وتعود الأسباب في الغالب إلى تغيرات في تركيبه). يُحسب تأثير الانحراف الكلي للكاشف الضوئي على النظام من خلال الجمع الاتجاهي.

2. مكبرات العمليات: المعلمات الرئيسية المؤثرة على خطأ النظام مكبرات العمليات جهد الإزاحة Vos، انحراف درجة حرارة Vos، تيار إزاحة الإدخال Ios، انحراف درجة حرارة Ios، تيار انحياز الإدخال Ib، مقاومة الإدخال، سعة الإدخال، الضوضاء (ضوضاء جهد الإدخال، ضوضاء تيار الإدخال) كسب التصميم الضوضاء الحرارية، نسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR)، نسبة رفض الوضع المشترك (CMR)، كسب الحلقة المفتوحة (AoL)، حاصل ضرب الكسب في عرض النطاق (GBW)، معدل التغير (SR)، وقت التأسيس، التشوه التوافقي الكلي.

على الرغم من أن معايير مكبرات العمليات تُعدّ عنصرًا أساسيًا في النظام، تمامًا كاختيار الثنائيات الضوئية، إلا أنه نظرًا لضيق المساحة، لن نتطرق هنا إلى تعريفات المعايير وأوصافها بالتفصيل. عند تصميم الكواشف الضوئية، يجب تقييم تأثير هذه المعايير على الأخطاء المنهجية. مع أن بعض المعايير قد لا يكون لها تأثير كبير على متطلبات مشروعك، إلا أن تأثيراتها على الأخطاء المنهجية ستختلف باختلاف سيناريوهات التطبيق الفعلية والمتطلبات المختلفة.

توجد العديد من المعايير لمضخمات العمليات. بالنسبة لأنواع الإشارات المختلفة، يمكن التركيز على المعايير الرئيسية المسببة للأخطاء المنهجية في إشارات التيار المستمر والتيار المتردد: إشارات التيار المستمر المتغيرة: جهد الإزاحة عند المدخل (Vos)، وانحراف درجة حرارة Vos، وتيار الإزاحة عند المدخل (Ios)، وتيار الانحياز عند المدخل (Ib)، ومعاوقة المدخل، والضوضاء (ضوضاء جهد المدخل، وضوضاء تيار المدخل، والضوضاء الحرارية لكسب التصميم)، ونسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR)، ونسبة رفض الوضع المشترك (CMRR). إشارات التيار المتردد المتغيرة: بالإضافة إلى المعايير المذكورة أعلاه، يجب مراعاة ما يلي: سعة المدخل، وكسب الحلقة المفتوحة (AoL)، وحاصل ضرب الكسب في عرض النطاق (GBW)، ومعدل التغير (SR)، وزمن التأسيس، والتشويه التوافقي الكلي.