تحليل أخطاء نظام كاشف الضوء

تحليل أخطاء نظام كاشف الضوء

أولا: مقدمة عن العوامل المؤثرة في أخطاء النظامكاشف ضوئي

تشمل الاعتبارات المحددة للخطأ المنهجي ما يلي: 1. اختيار المكونات:الثنائيات الضوئية، مكبرات التشغيل، المقاومات، المكثفات، المحولات التناظرية إلى الرقمية، دوائر التغذية المتكاملة، ومصادر الجهد المرجعي. 2. بيئة العمل: تأثير درجة الحرارة والرطوبة، إلخ. 3. موثوقية النظام: استقرار النظام، وأداء التوافق الكهرومغناطيسي.

ثانيًا: تحليل أخطاء نظام أجهزة الكشف الضوئية

1. الصمام الضوئي: فيالكشف الكهروضوئيالنظام، تأثير الثنائيات الضوئية على أخطاءنظام كهروضوئييتجلى بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

(1) الحساسية (S)/الدقة: نسبة زيادة إشارة الخرج (الجهد/التيار) △y إلى زيادة الدخل △x التي تُسبب زيادة الخرج △y. أي أن s=△y/△x. الحساسية/الدقة هي الشرط الأساسي لاختيار المستشعر. تتجلى هذه المعلمة تحديدًا في الارتباط المباشر بين الثنائيات الضوئية كتيار مظلم، وفي المظهر المحدد لكاشفات الضوء كقدرة مكافئة للضوضاء (NEP). لذلك، يتطلب التحليل الأساسي للخطأ المنهجي أن تكون الحساسية (S)/الدقة أعلى من متطلبات الخطأ الفعلية لتلبية متطلبات خطأ النظام الكهروضوئي بأكمله، حيث يجب أيضًا مراعاة تأثير الخطأ الناتج عن العوامل المذكورة لاحقًا.

(٢) الخطية (δL): درجة خطية العلاقة الكمية بين مخرجات الكاشف الضوئي ومدخلاته. yfs هو المخرجات بالحجم الكامل، و△Lm هو أقصى انحراف للخطية. يتجلى ذلك تحديدًا في خطية وتشبع ضوء الكاشف الضوئي.

(٣) الاستقرار/التكرار: يُظهر كاشف الضوء تباينًا في الإخراج لنفس المدخلات العشوائية، وهو خطأ عشوائي. يُؤخذ أقصى انحراف للضربات الأمامية والخلفية في الاعتبار.

(4) الهستيريسيس: الظاهرة التي لا تتداخل فيها منحنيات خصائص الإدخال والإخراج لجهاز الكشف الضوئي أثناء حركته للأمام والخلف.

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

(٦) الانحراف الزمني: ظاهرة تغير مخرجات كاشف ضوئي بمرور الوقت مع ثبات متغير الإدخال (تعود الأسباب غالبًا إلى تغيرات في بنية تركيبه). يُحسب تأثير الانحراف الشامل لكاشف ضوئي على النظام من خلال مجموع المتجهات.

2. مكبرات التشغيل: المعلمات الرئيسية المؤثرة على خطأ النظام مكبرات التشغيل جهد الإزاحة Vos، انحراف درجة حرارة Vos، تيار إزاحة الإدخال Ios، انحراف درجة حرارة Ios، تيار تحيز الإدخال Ib، معاوقة الإدخال، سعة الإدخال، الضوضاء (ضوضاء جهد الإدخال، ضوضاء تيار الإدخال) ضوضاء حرارية لمكسب التصميم، نسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR)، نسبة رفض الوضع المشترك (CMR)، مكسب الحلقة المفتوحة (AoL)، حاصل عرض النطاق الترددي للمكسب (GBW)، معدل الانحراف (SR)، وقت التأسيس، التشوه التوافقي الكلي.

على الرغم من أن معلمات مُضخِّمات التشغيل تُضاهي في أهميتها اختيار الثنائيات الضوئية، إلا أنه نظرًا لضيق المساحة، لن يتم هنا تفصيل تعريفات المعلمات ووصفها. عند تصميم أجهزة الكشف الضوئي، يجب تقييم جميع هذه المعلمات على الأخطاء المنهجية. مع أن بعض المعلمات قد لا يكون لها تأثير كبير على متطلبات مشروعك، إلا أن المعلمات المذكورة أعلاه ستختلف في تأثيراتها على الأخطاء المنهجية، وذلك حسب سيناريوهات التطبيق الفعلية والمتطلبات المختلفة.

هناك العديد من معلمات مُضخِّمات التشغيل. بالنسبة لأنواع الإشارات المختلفة، يُمكن التركيز على المعلمات الرئيسية المُسبِّبة لأخطاء منهجية في إشارات التيار المستمر والتيار المتردد: إشارات التيار المستمر المتغيرة، جهد إزاحة الدخل Vos، انحراف درجة حرارة Vos، تيار إزاحة الدخل Ios، تيار انحياز الدخل Ib، معاوقة الدخل، الضوضاء (ضوضاء جهد الدخل، ضوضاء تيار الدخل، ضوضاء الكسب الحراري التصميمي)، نسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR)، نسبة رفض الوضع المشترك (CMRR). إشارة تغير التيار المتردد: بالإضافة إلى المعلمات المذكورة أعلاه، يجب أيضًا مراعاة ما يلي: سعة الدخل، كسب الحلقة المفتوحة (AoL)، حاصل ضرب الكسب في عرض النطاق الترددي (GBW)، معدل الانحراف (SR)، زمن التأسيس، والتشوه التوافقي الكلي.