Бір мақалада сымсыз сенсорлық батареялардың қуат беру уақытын қалай бағалау керектігі айтылады

Авторы: Iflowpower –Портативті электр станциясының жеткізушісі

Сымсыз сенсорлар қоршаған орта жағдайларын немесе өнеркәсіптік қондырғылар мен машина жабдықтарын бақылау үшін тамаша көру мүмкіндігін береді. Оларды орнату оңай болғандықтан, оларды әртүрлі орталарда орналастыруға болады. Соңғы бірнеше жылда «IoTs» кең көлемде енгізілуімен сымсыз сенсорларды пайдалану жарылыс қаупін тудырады.

Бірақ сымсыз сенсорларды пайдалануды шектейтін ең маңызды фактор - олардың батареясының қызмет ету мерзімі өте шектеулі. Сымсыз сенсор батареяда толығымен жұмыс істегенде, батарея таусылғаннан кейін сенсор босқа айналады. Батареядан қуат алатын сымсыз сенсорларды құрастырсаңыз, сансыз басқатырғыштармен күресу үшін оның белгілі бір уақыт жұмыс істейтініне көз жеткізу керек.

Әдеттегі әдіс - қажетті әрекеттерді орындау кезінде электр қуатын пайдалану, ал басқа уақытта сенсор төмен қуатты пайдалану режиміне өтеді. Сымсыз сенсорларды бірқатар әрекеттерге бөлуге болады, әрбір әрекет белгілі бір уақыт ішінде белгілі бір энергияны тұтынуды талап етеді. Ең жиі қолданылатын әрекеттерге мыналар жатады: ● Ояну, өлшеу және ақпаратқа деректерді қосу ● РЖ қуат күшейткіштеріне қуат беру, ақпаратты жіберу және РЖ қуат күшейткішін өшіру ● Екі бағытты сенсорларда (жіберу және қабылдау): Ояну, қабылдау үшін Қуатты қосу, сигналдарды қабылдау, ақпарат әрекетіне сәйкес деректерді шешу және оны қайтадан ажырату, батарея қуатын тұтынатын көптеген операциялар бар.

Батареяның қуат алу уақытын ұзарту, ең қарапайым тәжірибе - үлкенірек батареяларды, үлкенірек батареяларды пайдалану. Дегенмен, тұтынушылар сенсордың шағын, өнімділігі жоғары болуын қалауы мүмкін (олар деректердің үлкен көлемін жібере алады және жергілікті түрде смарт/деректер ажыратымдылығына ие болады). Тұтынушының күтулері және батареяны жеткізу уақытында бұл мәселені шешудің ең қарапайым жолы анық.

1-сурет: Үш футтағы сымсыз сенсордың ағымдағы деңгейі. Инженерлер батареяның қуат беру уақытын қалай бағалайды? Инженер-конструктор ретінде сіз батареяның көлемі мен сымсыз сенсор функциясы арасындағы тепе-теңдікті ескеруіңіз керек, осылайша шағын батареяны ең жақсы өнімділікпен ойнауға және ұзақ уақытты жалғастыруға пайдалануға болады. Оңтайландыру процесі алдымен энергия сұранысын түсінуі керек.

Энергия туралы деректерді жинау құрылғы өнімділігін сипаттаудың алғашқы қадамы болып табылады. Батареяда қуат (Вт (Вт)) және сыйымдылығы (MAH) алдын ала жинақталған. Құрылғының қаншалықты жұмыс істейтінін түсінсеңіз, батареяның қуат беру уақытын есептей аласыз.

Батарея қуатын беру уақыты (сағат) = Батарея сыйымдылығы (WH) / Біркелкі разряд қуаты (Вт) Батареяның энергиясы сонымен қатар оның номиналды кернеуі (V) мен сыйымдылығының (AH) көбейтіндісі болып табылады. Номиналды кернеу батареяның қуаты мен сыйымдылығына дұрыс қатысты болуы мүмкін тиісті тәжірибемен анықталған батареяның зарядсыздану қисығының ортаңғы мәні болып табылады. Осы мағынаға сүйене отырып, аккумуляторды қуатпен қамтамасыз ету уақытын мына формуламен де анықтауға болады: аккумуляторды қоректендіру уақыты (сағат) = батарея сыйымдылығы (AH) / біркелкі разряд тогы (a) 2-сурет: Keysightn6781ASMU ток бойынша дәл өлшей алады. ағымдағы деңгей.

Дегенмен, құрылғы шынымен жұмыс істеп тұрғанда, батареяның қуат беру уақыты әдетте есептегеннен қысқа болады. Біз жиі еститін пікірлер: «Бұл батареяның сапасы өте нашар!». Кейбір үлкен аккумуляторлық брендтер әдетте нақты техникалық көрсеткіштерді береді және бір типтегі батареялар арасында сыйымдылық әдетте 5% болатынын түсіндіреді. 10% айырмашылық.

Бірақ тіпті консервативті болжалды батарея сыйымдылығына сәйкес, аккумуляторды беру уақыты жиі жетпейді. Құрылғы жұмысының ұзақтығы біз күткеннен қысқа. Бұл неліктен? Қуатты пайдалану дұрыс деп есептейміз бе? Дұрыс болмауы мүмкін.

Осы мәселені зерттеп көрейік. Динамикалық токты тұтынудың күрделілігін өлшеу Сымсыз сенсорлар сияқты аккумуляторды қуатпен қамтамасыз ету құрылғыларында қуатты үнемдеу үшін құрылғының қосалқы тізбегі ғана іске қосылады. Инженерлер құрылғыны көп жағдайда ең аз ұйқы режиміне жобалайды.

Ұйқы режимінде тек нақты уақыттағы сағат жұмысы. Құрылғылар өлшеуді орындау үшін жүйелі түрде оянады. Содан кейін жиналған деректерді қабылдау түйініне жіберіңіз.

Әртүрлі жұмыс режимдері 1: 1 000 000 қатынасымен суб-ua-дан 100 мА-ға дейінгі динамикалық диапазондардың кең ауқымына ток тұтынуына әкеледі. Дәстүрлі өлшеу технологиясы және оның шектеулері токты өлшеуі керек, белгілі тәсіл метрлік функцияны пайдалану болып табылады. Заманауи сандық мультиметрді пайдалану жақсы ток өлшеу дәлдігі сияқты, оның техникалық көрсеткіштері бекітілген диапазонға және салыстырмалы статикалық сигнал деңгейіне сәйкес анықталады, өйткені сымсыз сенсор динамикалық ток тұтынуы бар, мультиметрді пайдалану үшін өте қолайлы емес.

Өлшеу. 3-сурет: Деректерді жазу құрылғысы: Барлық үлгілер жалғастырылған сынама алу цикліне біркелкі. Үлгі жоғалмайды.

Әрбір іріктеу циклі үшін ең төменгі мәндерді және ең үлкен мәндерді беруге болады. Сандық мультиметр токты өлшеу үшін батарея мен құрылғы арасында тізбектей жалғанған. Сенсорды белсендіру циклінің немесе жіберу режимінің әсерінен біз мезгіл-мезгіл тұрақсыз оқуды көреміз.

Біз цифрлық мультиметрлердің ең қолайлы диапазонды таңдау және ең жақсы дәлдікті қамтамасыз ету үшін автоматты диапазонды пайдалану арқылы бірнеше диапазондары бар екенін түсінеміз. Дегенмен, сандық мультиметр барлық артықшылықтар емес. Автоматты диапазон Ауқым мен тұрақты өлшеу нәтижелерін өзгерту уақыты.

Автоматты диапазон уақыты әдетте жіберу немесе белсендіру режимінен ұзағырақ 10 мс-тен 100 мс-ке дейін. Сондықтан пайдаланушы автоматты тырнақша функциясын өшіргісі келеді, ең қолайлы ауқымды қолмен таңдайды. Цифрлық мультиметрдің өлшеу принципі схемаға бөлгішті енгізу, содан кейін осы сплиттердегі қысымның төмендеуін өлшеу болып табылады.

Әдетте, сіз шағын токтарды өлшегіңіз келеді, сіз жоғары кедергісі бар өткелді пайдалана аласыз және төмен диапазонды таңдай аласыз; үлкен токтарды өлшеу үшін төмен кедергісі бар джидоптерлерді пайдаланыңыз және жоғары дәрежелі диапазонды таңдаңыз. Бұл қысымның төмендеуі жүктеме кернеуі деп те аталады. Осы қысымның төмендеуіне байланысты барлық батарея кернеулері сымсыз сенсорларға жете алмайды.

Төмен диапазон ең дәл болып табылады, сіз ұйқыдағы токты өлшей аласыз, бірақ ток шыңы кезінде белгілі бір кернеуге төтеп бересіз және бұл тіпті құрылғыны қалпына келтіруге әкелуі мүмкін. Шындығында, біз ақырында концессия жасаймыз, құрылғы ағымдағы шыңда болған кезде құрылғының дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін үлкен токтарды қолданамыз. Бұл концессия бізге ең жоғары токты шешуге мүмкіндік береді және сіз ұйқының тогын өлшей аласыз, бірақ бағасы да өте үлкен.

Қиындық қатесі диапазон шкаласы негізінде көрсетілгендіктен, ол төменгі ток деңгейінің өлшеу нәтижесіне елеулі әсер етеді. Бұл қате 100мА диапазонының 0,005% болуы мүмкін, ол 5μA, бірақ шамамен 50% 10μA, шамамен 1μA ток 500% құрайды.

Құрылғы көп жағдайда осы ағымдағы деңгейде, сондықтан бұл қате батареяның қуат беру уақытын бағалауға үлкен әсер етеді. Ұйқы режимінде төменгі ток деңгейін өлшегеннен кейін біз белсендіру импульстерін және тасымалдау импульстерін, оның ішінде ағымдағы деңгейді және осы деңгейдегі сенсордың уақытын өлшемейміз. Осциллограф уақыт бойынша сигналдарды өлшеуге арналған тамаша құрал болып табылады.

Дегенмен, біз масса деңгейлерінің деңгейін өлшеуіміз керек, қазіргі зонд шектеулі соққылар мен дрейф мәселелеріне байланысты бұл тапсырма үшін бәсекеге түсе алмайды. Жақсы қысқыш зондында 2,5 Марм шуы бар, көбінесе нөлдік өтемақы бағдарламасын қайталап орындайды.

Ағымдағы зонд желінің электр өрісін өлшейді, сондықтан әлсіздікті жақсартудың құпиясы бір сызықтан бірнеше рет өту, осылайша бірнеше рет жаңа магнит өрісін қосу - осылайша бірнеше рет жаңа магнит өрісін қосу, осылайша біз электр өрісін жақсы өлшей аламыз. ток. Бұл тәсілдің көмегімен біз белсендіру уақыты мен беру уақыты үшін ағымдағы импульстарды түсіре аламыз. Іске қосу және беру уақытының өзінде ток деңгейді өзгертеді: бұл жоғары және төмен деңгейлерден тұратын жарылыстар сияқты.

Біркелкі токты дұрыс есептеу үшін бұл толқын пішіні экспортталады, біркелкі мәнді алу үшін барлық өлшеу нүктелері біріктіріледі. 4-сурет: 200 көп секундтық жұмыс уақытындағы ток тұтыну жазбасы бақылау құрылғысының динамикалық ток тұтынуы үшін жаңа көру өрісі болып табылады. Осциллограф бір жарылысты өте жақсы түсіре алады.

Дегенмен, сенсордың белгілі бір уақыт ішінде қанша рет іске қосылатынын тексергіңіз келсе, ол қанша уақыт ішінде TX жарылысын іске қосады және өлшеу қиынырақ болады. Осциллограф қысқа уақыт ішінде өлшеуді аяқтай алады, бірақ сенсорда бірнеше минут немесе сағат жұмыс циклі бар, түсіру және өлшеу күрделірек. Батарея қуатын тұтынуды ыдыратуға арналған keySightn6781a қуат / өлшем бірлігі (SMU) дәстүрлі өлшеу әдістерінің шектеулерін еңсереді: үздіксіз ток және ұзақ мерзімді интервалдар деректер жазбалары.

Бұл SMU модулін Keysightn6700 шағын модульдік қуат жүйесімен немесе N6705 тұрақты ток қуатының ыдырауымен бірге пайдалануға болады. Үздіксіз ток - патенттелген технология, ол SMU өлшеу диапазонын өзгертуге мүмкіндік береді, ал шығыс кернеуі тұрақты болып қалады және диапазонның өзгеруіне байланысты қысымның төмендеуіне әкелмейді. Бұл мүмкіндік жоғары ток шамаларының көмегімен шыңды өлшеуге, 1MAFS диапазонын (100НА офсеттік қатесі бар) пайдаланып ұйқыдағы токты өлшеуге мүмкіндік береді.

Бұл төмен ауытқу қатесі (100на ығысу қатесі 1μA 10%, шамамен 1% 10μA байланысты) және реті дәстүрлі сандық мультиметрден жоғары. Үздіксіз ток кернеу мен токты 200KSA/S (5АҚШ уақыт бойынша дискриминация жылдамдығы) өлшеу үшін екі цифрландырғышпен біріктірілген. Толық уақыттағы дискриминация жылдамдығымен сандық өлшеу нәтижелерін 2 секундтан жоғары түсіруге және көрсетуге болады, кемсіту жылдамдығы неғұрлым төмен болса және уақыт пропорционалды қосылады.

Дегенмен, ұзақ мерзімді өлшеулерді орындаған кезде, Keysightn6705B модульдік тұрақты ток қуатын ыдырату құралының кірістірілген деректер тіркеушісі көрсетілген интеграциялау кезеңінде (20 уз-ден 60 секундқа дейін) 200KSA/с нәтижесін өлшейді және интегралды жоғалтпайды. цикл. Кез келген үлгі. Деректер тіркеушісі теңдесі жоқ болғандықтан, барлық үлгілер интеграциялық циклге немесе келесі интеграциялық циклге жіктеледі ------ Ешбір үлгіні жоғалтпайды.

Деректерді тіркеу құрылғысы арқылы инженерлер 1000 сағатқа дейінгі жұмыс уақытында сымсыз сенсорлардың ток және қуат тұтыну өнімділігін өлшей алады. Ұйқылық токты өлшеу, егер курсор орналастырылған болса, сіз өлшеу көрсеткішін оқи аласыз. 4-сурет ұзақ мерзімді өлшемдердің бірыңғай жинағы; біз ағымдағы тұтынудың толық картасын ала аламыз және ұйқы тогын 599NA-ға дейін дәл өлшей аламыз.

Панорама және масштабтау функциясы арқылы ағымдағы деңгей мен әрбір қуат деңгейінің қызмет көрсету уақытын көре аламыз. Дәстүрлі өлшеу құралдарын пайдаланатын мәліметтерді тізімдеу және өлшеу мүмкіндігінде көру мүмкін емес. 4-суретте пайдаланылған артқы жиектің импульсі ерекше мысал болып табылады.

Бағдарламалық жасақтама бұл күтпеген құпияны ашты: 3,3μA біркелкі ток, құрылғы импульстік энергияны шамамен 90μA шыңында тұтынады, жалғастыру уақыты 500 мс. Ағымдағы тұтыну 599NA ұйқы токына қосылады және нәтиже 730NA жетеді, бұл біз күткен токтан 22% жоғары.

Бұл апат біздің төмен қуатқа деген талаптарымыздың батареяны күткеннен қуатпен қамтамасыз етуге себеп болатын фактілерінің бірі болуы мүмкін. Сымсыз сенсордың қуат тұтынуын оңтайландыру кезінде инженерлер туралы осы нақты ақпаратты түсіну өте пайдалы. Пайдаланушы тәжірибесі мен батареяны тұтыну арасындағы тепе-теңдікті іздеп, «Мен әрбір 5 секунд сайын, 5 секунд сайын немесе 10 секунд сайын хабарлама жіберуім керек пе?» деп жауап бергенде. Қанша энергияны тұтыну үшін пакетті жіберу мәселесі қандай өте маңызды.

Инженерлер батареяны тұтынудың кез келген емдеу бағдарламалық құралына әсерін дәл бағалай алады және ұтымды уақыт ішінде нақты өлшеу арқылы тексере алады. Джоуль өлшемін оңай алып жүріңіз Джоуль батарея қуаты уақытын бағалау кезінде өте пайдалы, себебі әрбір әрекет белгілі бір қуат мөлшерін тұтынады. Біз сондай-ақ құрылғылардың өнімділігін салыстыру үшін Джоуль / Жіберу битін пайдалана аламыз.

Бірақ инженерлер Джоульді сирек пайдаланады, өйткені оларды есептеу керек. Бағдарламалық құралды басқару және ыдырату үшін Keysight14585A пайдаланыңыз, сіз Jouo бірліктерінің энергиясын өлшей аласыз. Мысалы, триггер өлшемдерінде түсірілген деректер пакетіне қанша энергия берілу керектігін өлшей аласыз ба?.

Бұл артықшылық қуатты нүкте бойынша өлшеуге қол жеткізу үшін кернеу мен токты бір уақытта таңдайтын екі цифрлау құрылғысын пайдаланудан туындайды. Джоульді курсор арасындағы мән ретінде оңай оқуға болады, дизайнер одан әрі Джоуль/шығарылым битін білдіруі мүмкін. .