1. Sensibilitatea

Sensibilitatea senzorului este definită ca panta curbei caracteristice de ieșire (ΔY/ΔX din figura 1) sau, mai general, intrarea minimă a parametrului fizic care va crea o variație de ieșire detectabilă. La unii senzori, sensibilitatea este definită ca variația parametrului de intrare necesar pentru a produce o variație de ieșire standardizată. În altele, este definită ca o variație a tensiunii de ieșire pentru o anumită variație dată a parametrului de intrare. De exemplu, un traductor tipic de tensiune arterială poate avea un grad de sensibilitate de 10 mV/ V/ mm Hg; adică va exista o tensiune de ieșire de 10 mV pentru fiecare volt al potențialului de excitație și fiecare mm Hg de presiune aplicată.

Eroare de sensibilitate

Eroarea de sensibilitate (prezentată ca o curbă punctată în figura 1) este o deviere de la panta ideală a curbei caracteristice. De exemplu, traductorul de presiune discutat mai sus poate avea o sensibilitate reală de 7,8 mV/V/mm Hg în loc de 10 mV/V/mm Hg.

2. Gama

Gama senzorului constă în valorile maxime și minime ale parametrului aplicabil care pot fi măsurate. De exemplu, un senzor de presiune dat poate avea o gamă de la -400 până la +400 mm Hg. În mod alternativ, gamele pozitive și negative sunt adesea inegale. De exemplu, un anumit traductor medical de tensiune arterială este specificat să aibă o limită minimă (vid) de -50 mm Hg (Ymin în Fig. 1) și o limită (presiune) maximă de +450 mm Hg (Ymax în Fig. 1). Această specificație este comună, întâmplător, și este unul dintre motivele pentru care medicii și asistentele medicale distrug uneori senzorii de tensiune arterială atunci când încearcă să recolteze sânge printr-o linie arterială fără a fi conștienți de poziția robinetelor de fluid din sistem. O mică seringă poate exercita un vid extraordinar asupra unui sistem închis.

Gama dinamică

Gama dinamică este gama totală a senzorului de la minim la maxim. Aceasta este, în ceea ce privește figura 1,

Rdyn = Ymax.- I-Ymin.I

3. Precizia

Conceptul de precizie se referă la gradul de reproductibilitate al unei măsurători. Cu alte cuvinte, dacă exact aceeași valoare a fost măsurată de mai multe ori, un senzor ideal ar produce exact aceeași valoare de fiecare dată. Dar senzorii reali produc o serie de valori distribuite într-un anumit mod relativ la valoarea corectă reală. De exemplu, să presupunem că se aplică o presiune de exact 150 mm Hg la un senzor. Chiar dacă presiunea aplicată nu se schimbă niciodată, valorile de ieșire de la senzor vor varia considerabil. Unele probleme subtile apar în ceea ce privește precizia atunci când valoarea reală și valoarea medie a senzorului nu se află într-o anumită distanță una de cealaltă (de exemplu, intervalul 1 al curbei normale de distribuție).

4. Rezoluția

Această specificație este cea mai mică variație incrementală detectabilă a parametrului de intrare care poate fi detectată în semnalul de ieșire. Rezoluția poate fi exprimată fie ca o proporție a citirii (sau citirii la scară maximă), fie în termeni absoluți.

5. Acuratețea

Acuratețea senzorului este diferența maximă care va exista între valoarea reală (care trebuie să fie măsurată printr-un standard primar sau secundar bun) și valoarea indicată la ieșirea senzorului. Din nou, acuratețea poate fi exprimată fie ca procent din întreaga scală, fie în termeni absoluți.

6. Offset

Eroarea de offset a unui traductor este definită ca ieșirea care va exista când ar trebui să fie zero sau, alternativ, diferența dintre valoarea de ieșire reală și valoarea de ieșire specificată în anumite condiții particulare. Un exemplu al primei situații în ceea ce privește Fig. 1 ar exista dacă curba caracteristică ar avea aceeași pantă de sensibilitate ca cea ideală, dar ar fi traversat axa Y (ieșire) la b în loc de zero. Un exemplu al celeilalte forme de offset este observat în curba caracteristică a unui electrod pH prezentat în Fig. 2. Curba ideală va exista numai la o temperatură (de obicei 25°C), în timp ce curba reală va fi între limitele de temperatură minimă și temperatură maximă funcție de temperatura probei și electrod.

7. Liniaritatea

Linearitatea traductorului este o expresie a măsurii în care curba măsurată reală a unui senzor se îndepărtează de curba ideală. Figura 3 prezintă o relație oarecum exagerată între linia ideală, sau aproximarea celor mai mici pătrate, și linia reală măsurată sau de calibrare (Notă: în majoritatea cazurilor, curba statică este utilizată pentru determinarea linearității, iar acest lucru se poate abate oarecum de la o linearitate dinamică). Linearitate este adesea specificată în termeni de procent de neliniaritate, care este definit ca:

unde

Nonlinearity (%) este procentul de nelinearitate

Din(max) este deviația maximă de intrare

IN_f.s. este intrarea maximă

Nelinearitatea statică definită de ecuația 6-1 este adesea supusă factorilor de mediu, incluzând temperatura, vibrațiile, nivelul zgomotului acustic și umiditatea. Este important să se știe în ce condiții specificația este validă și devierile de la aceste condiții nu pot genera modificări liniare de linearitate.

8. Histerezis

Un traductor ar trebui să poată urmări variațiile parametrului de intrare, indiferent de direcția în care se face variația; histerezisul este măsura acestei proprietăți. Fig. 4 prezintă o curbă tipică de histerezis. Rețineți că este important din ce direcție este făcută variația. Abordarea unei valori fixe de intrare (punctul B din figura 4) dintr-o valoare mai mare (punctul P) va avea ca rezultat o altă indicație decât apropierea aceleiași valori de o valoare mai mică (punctul Q sau zero). Rețineți că valoarea de intrare B poate fi reprezentată de F(X)1, F(X)2 sau F(X)3 în funcție de valoarea anterioară imediată - în mod clar o eroare datorată histerezisului.

9.Timpul de răspuns

Senzorii nu schimbă imediat starea de ieșire atunci când are loc o variație a parametrului de intrare. Mai degrabă, se va schimba la noua stare într-o perioadă de timp, numită timp de răspuns (Tr din Fig. 5). Timpul de răspuns poate fi definit ca timpul necesar pentru ca o ieșire a senzorului să se schimbe de la starea sa anterioară la o valoare finală stabilită într-o bandă de toleranță a valorii noi corecte. Acest concept este oarecum diferit de noțiunea constantei de timp (T) a sistemului. Acest termen poate fi definit într-un mod similar celui pentru încărcarea unui condensator printr-o rezistență și este de obicei mai mic decât timpul de răspuns.

Curbele din figura 5 arată două tipuri de timp de răspuns. În figura 5a curba reprezintă timpul de răspuns după o schimbare bruscă pozitivă a funcției treaptă a parametrului de intrare. Forma prezentată în figura 5b este timpul de cădere (Td pentru a distinge de Tr, pentru că ele nu sunt întotdeauna aceleași) ca răspuns la o schimbare negativă a funcției treaptă a parametrul de intrare.

10. Liniaritatea dinamică

Liniaritatea dinamică a senzorului este o măsură a capacității sale de a urma variații rapide ale parametrului de intrare. Caracteristicile distorsionării amplitudinii, caracteristicile de distorsiune de fază și timpul de răspuns sunt importante pentru determinarea linearității dinamice. Fiind dat un sistem de histerezis scăzut (întotdeauna de dorit), răspunsul în amplitudine este reprezentat de:

F(X) = aX + bX ²+ cX ³+ dX⁴ + ••• + K (6-2)

În Ecuația 6-2, termenul F(X) este semnalul de ieșire, în timp ce termenii X reprezintă parametrul de intrare și armonicile acestuia, iar K este o constantă de offset (dacă este cazul). Armonicile devin deosebit de importante atunci când armonicile de eroare generate de acțiunea senzorului cad în aceleași benzi de frecvență ca armonicile naturale produse de acțiunea dinamică a parametrului de intrare. Toate formele de undă continue sunt reprezentate de o serie Fourier a unei unde sinusoidale fundamentale și a armonicelor sale. În orice formă de undă nesinusoidală (inclusiv variații în timp ale unui parametru fizic), armonicile prezente vor fi cele care pot fi afectate prin acțiunea senzorului.

Natura neliniarității curbei de calibrare (Fig. 6) indică ceva despre ce armonici sunt prezente. În figura 6a, curba de calibrare (arătată ca o linie punctată) este asimetrică, deci există numai termeni armonici pari. Presupunând o formă pentru curba ideală de F (x) = mx + K, Ecuația 6-2 devine pentru cazul simetric:

F (X) = aX + bX ²+ cX ⁴+ ••• + K (6-3)

În celălalt tip de curbă de calibrare (figura 6b), valorile indicate sunt simetrice în jurul curbei ideale mx + K. În acest caz, F(X) = - F(-X), iar forma ecuației 6-2 este:

F (X) = aX + bX³+ cX⁵+ ••• + K (6-4)

Acum vom analiza unele dintre tacticile și criteriile de procesare a semnalelor care pot fi adaptate aplicațiilor biomedicale pentru a îmbunătăți natura datelor colectate de la senzor.