拒绝屡次爱护你须要采用传感器“自我诊断”效

2020-01-16 07:17 作者:钱柜777老虎机官网 点击:

 

  如今,人们从“通信时代”带入到“感知时代”,传感器是数据采集的重要工具,其重要性不言而喻。不过近年来传感器的发展渐渐进入了瓶颈期,市场研究公司Frost & Sullivan指出:“在无线网络设计的强大支持下,传感器的定期维护与诊断以保证更长的使用寿命是终端用户在当前技术发展阶段所要求的关键服务。”不过传感器的校准是建立在仪器上的,到目前为止由于传感器诊断电子设备太大而无法与传感器一同放置,导致了传感器网络的维护工作量和成本的增加。于是如何减少对传感器的维护需求甚至完全不需要维护成为了业界亟需解决的首要问题,对此,全球领先的高性能模拟半导体供应商ADI提出了高效的解决方案——将诊断功能集成到芯片上,让传感器实现自诊断。本文内容将从电化学气体传感器应用中的自我诊断功能应用谈起。

  简单来讲,就是传感器需要集成诊断电子器件和完整的电化学测量工具箱,以便能够分析传感器的各种诊断和测量问题。首先确定问题,如今市面上常见的传感器诊断和测量问题无非三种:第一,需要频繁的校准电极稳定性和电解液状况;第二,触点氧化引起的传感器破损和磨损、电解液泄漏等状况;第三,传感器触头之间的开路/短路导致传感器与器件断开,引发设备故障。其次,确定可行的测量和诊断方法。目前分析电化学电池的最常见电化学技术是电化学阻抗谱分析(EIS)。该技术是扫描传感器电极上的交流信号,以检测传感器电解液的老化并诊断这些电极之间的电荷转移。这意味着可以利用片内EIS实现补偿传感器灵敏度的变化,从而为传感器和其他智能传感器特性的长期漂移提供补偿,并预测寿命结束时间。下图可以很好的证明阻抗变化与传感器灵敏度变化之间存在的相关性。

  此外,还有脉冲和斜坡测试可以解决上述的常见问题。其中脉冲测试(计时安培分析法)是利用外部电流进行测量,在监测传感器输出的同时,在偏置电压之上施加一个电压脉冲,测试传感器的响应度。斜坡测试(循环伏安法)则是在偏置电压之上施加电压并逐步调整,用于电化学电池的定性分析,例如检测目标气体扩散到腔室中的程度如何。此方法同样适用于诊断电解液和电荷转移状况。那么,已知传感器存在的问题以及相关的诊断测量方法,如何将这些方法进行集成呢?对此,ADI已经做出了有效的成果帮助客户解决该问题——针对电化学气体的智能检测平台。

  该平台通过集成诊断功能支持传感器健康状况分析,最多可同时测量四个气体传感器。利用内置诊断特性(例如阻抗频谱或偏置电压脉冲与斜坡),可以检查传感器健康状况,补偿老化或温度引起的精度漂移,估计传感器的剩余寿命而无需用户干预。这种功能允许各个边缘节点更换智能、精确的传感器。集成超低功耗微控制器直接偏置电化学气体传感器并运行板载诊断算法。值得一提的是,该平台是基于ADI发布的一款可实现新一代智能电子化学传感器的接口IC——ADUCM355。

  ADUCM355可控制和测量电化学传感器和生物传感器,具有卓越的低噪声和低功耗性能,并且尺寸很小。其内置集成输入缓冲器的16位、400 kSPS多通道逐次逼近寄存器(SAR)模数转换器(ADC)、抗混叠滤波器(AAF)和可编程增益放大器(PGA)。电流输入包括三个具有可编程增益的跨导放大器(TIA)和用于测量不同传感器类型的负载电阻。模拟前端(AFE)还包含两个专门针对恒电势器能力而设计的低功耗放大器,使外部电化学传感器保持恒定的偏置电压。这两个放大器的同相输入由片内双通道输出数模转换器(DAC)进行控制。模拟输出包括高速DAC和用于产生交流信号的输出放大器。

  其中ADC的转换速率最高可达400 kSPS,且具有−0.9 V至+0.9 V输入范围。ADC前面的输入复用器允许用户选择输入通道进行测量。这些输入通道包括三个外部电流输入、多个外部电压输入和内部通道。利用内部通道,可对内部电源电压、裸片温度和基准电压源进行诊断测量。

  此外,ADUCM355集成了行业先进的传感器诊断技术,适用于低功耗、高精度传感器测量平台,可实现高级传感器诊断功能,如阻抗谱分析引擎或高速波形发生器,而其超低功耗微控制器可运行算法、处理数据、执行通信或安全功能。传统的分立式解决方案往往具有一些局限性,并且需要多个IC才能实现类似性能,相比之下,ADI的新型微控制器平台能够提供更高的可靠性和极大灵活性,并且可以显著节约成本。并且ADUCM355带有生物传感器和化学传感器接口,是目前能够在单个芯片上同时实现恒电位仪和电化学阻抗频谱分析仪(EIS)功能的唯一解决方案,也是工业气体检测、仪器仪表、生命体征监测和疾病管理等应用的理想解决方案。

  不仅如此,ADI更是为这些器件提供了大量配套资源,从数据手册、硬件参考手册到器件的评估套件,还有用于电化学测量和参考设计的第三方模型解决方案,包括多传感器系统参考设计,以及EMC合规性和参考设计。

  如今的“感知时代”,实时测量在方方面面提升我们的生活质量。通过实施智能传感器,我们可以减少传感器网络的维护工作量和总拥有成本,提高其整体价值。ADI已经证明集成测量和诊断是可行的,可以采用平台化方式实现低功耗、小尺寸、易于采用的检测解决方案。这不仅能够创造越来越多的途径和方法来将智能检测带入市场,更能让所有人都享受到这种市场扩张和智能化检测趋势带来的好处。返回搜狐,查看更多