Instrumentering
En sensor er kun begyndelsen på en måling. Instrumentering er hele systemet omkring sensoren, der gør et fysisk signal til pålidelige data. Hos Move designer vi den komplette målekæde med fokus på signalstyrke, støj, forstærkning, filtrering, digitalisering og timing, så de relevante signaler kan måles præcist og reproducerbart.
Instrumentering
Fra fysisk signal til pålidelige data
Når vi taler om sensorer, handler det primært om selve måleprincippet og den komponent, der registrerer en fysisk størrelse. Instrumentering er det komplette målesystem omkring sensoren. Det omfatter hele signalkæden fra den fysiske påvirkning opstår, til der ligger et digitalt datapunkt, som software, algoritmer eller en bruger kan arbejde videre med.
Fra signal til data
Hele målekæden som ét system
Små signaler
Bedre signal-to-noise ratio
Den rigtige ADC
Mere end antal bits
Batteridrevet
Målekæden sover mellem målinger
Hele målekæden som ét system
Det kan lyde som en lille forskel, men i praksis er den afgørende. En meget præcis sensor giver ikke nødvendigvis en præcis måling, hvis signalet efterfølgende drukner i støj, forstærkes forkert eller digitaliseres med for lav opløsning. Derfor ser vi på hele målekæden som ét system.
Mest muligt af det relevante signal
Første mål er at opfange så meget af det relevante signal som muligt. Det handler både om valg og placering af sensoren og om at forstå den fysik, der ligger bag målingen. Samtidig forsøger vi at undgå eller reducere uønskede signaler fra eksempelvis vibrationer, temperaturændringer, elektrisk støj, mekanisk kobling eller andre påvirkninger fra omgivelserne.
Den analoge frontend
Herefter kommer målekredsløbet. Mange sensorer leverer ikke et signal, der direkte kan kobles til en processor. Signalet kan være meget lille, have et uhensigtsmæssigt spændingsniveau eller indeholde mere støj end nyttig information. Her kan der være behov for en analog frontend med eksempelvis forstærkning, filtrering, impedanstilpasning, excitation eller level shifting, før signalet kan digitaliseres.
Når signalet er meget lille
I nogle applikationer arbejder vi med meget små signaler. Her bliver komponentvalg, PCB-layout, jordføring, afskærmning, referencekilder og støjniveau afgørende. Hvis det relevante signal kun udgør en lille del af det samlede elektriske miljø, handler instrumentering i høj grad om at forbedre signal-to-noise ratio, så den information, vi leder efter, bliver tydelig nok til at kunne bruges.
Digitaliseringen skal passe til målingen
Digitaliseringen skal også passe til målingen. Valg af ADC handler ikke kun om antal bits. Sampling rate, input range, reference, linearitet, støj og den faktiske effektive opløsning skal passe til signalet. Det giver ikke mening at bruge en ADC med høj teoretisk opløsning, hvis resten af signalkæden introducerer mere støj, end de ekstra bits kan repræsentere.
Dynamik og måleområder
Instrumentering handler derfor også om dynamik. Nogle målesystemer skal kunne registrere både meget små og meget store signaler. Her kan der være behov for programmerbar gain, forskellige måleområder eller flere signalveje, så systemet kan udnytte den tilgængelige opløsning optimalt.
Målekæden skal kunne sove mellem målinger
I batteridrevne instrumenter kommer der et ekstra krav: målekæden kan ikke nødvendigvis være aktiv hele tiden. Her designer vi systemet, så relevante dele af instrumenteringen kan lukkes helt ned mellem målinger. Når en måling skal udføres, skal kredsløbet kunne vågne hurtigt, stabilisere sig, gennemføre målingen og lukke ned igen.
Det kræver detaljeret forståelse af både hardware og software. Hvor lang tid tager en reference med at stabilisere sig? Hvornår er sensoren klar? Hvor længe skal en forstærker være aktiv før målingen? Kan processoren sove, mens en ultra-low-power del af målekredsløbet overvåger signalet? Den slags timing kan have stor betydning for batterilevetiden.
Når målingen påvirker det, der måles
I nogle målesystemer er dette også vigtigt, fordi selve målingen kan påvirke det, man forsøger at måle. En sensor kan udvikle varme, tilføre energi eller ændre den fysiske tilstand i systemet. Her kan løsningen være kun at aktivere sensoren kortvarigt og foretage målingen på et veldefineret tidspunkt.
En værdi, man kan stole på
Hos Move udvikler vi instrumentering som et samlet system, hvor sensor, analog elektronik, PCB, embedded software, mekanik og dataanalyse tænkes sammen. Målet er ikke bare at få en værdi ud af en sensor. Målet er at kunne stole på den værdi.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er forskellen på en sensor og instrumentering?
Sensoren registrerer den fysiske størrelse. Instrumenteringen er hele systemet omkring sensoren, som behandler, forstærker, filtrerer og digitaliserer signalet, så det kan bruges som pålidelige data.
Hvad er en analog frontend?
En analog frontend er kredsløbet mellem sensoren og digitaliseringen. Den kan blandt andet stå for forstærkning, filtrering, impedanstilpasning, excitation og tilpasning af signalniveau.
Kan I måle meget små signaler?
Ja. Ved små signaler arbejder vi blandt andet med low-noise design, forstærkning, filtrering, PCB-layout, jordføring, referencekilder og andre teknikker til at forbedre signal-to-noise ratio.
Hvordan vælges den rigtige ADC?
Det afhænger blandt andet af signalniveau, opløsning, sampling rate, støj, dynamikområde og krav til præcision. ADC'en skal vælges som en del af hele målekæden.
Kan instrumentering laves til batteridrevne produkter?
Ja. Vi kan designe signalkæden, så sensorer, forstærkere og andre kredsløb kun er aktive under selve målingen og ellers lukkes ned for at minimere energiforbruget.
Kan selve målingen påvirke det, man måler på?
Ja. I nogle systemer kan sensoren tilføre varme, energi eller på anden måde påvirke måleobjektet. Her kan timing, korte måleperioder og intelligent styring af instrumenteringen være afgørende.
Skal vi gøre din idé til virkelighed?
Teknisk udvikling kræver mere end gode idéer — det kræver de rigtige kompetencer. Vi har samlet hardware, software og ingeniørekspertise under ét tag, så du kommer hurtigt og sikkert fra prototype til produktion.
Ræk ud til os →