测高温物体距离时，为什么激光温度传感器允许误差是多少容易测不准或者是数据时有时无的？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-12-28 04:15 标签： 温度传感器允许误差是多少

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展开全部从热电偶的基本工作原理、具体的使用方法和生产制作过程中存在的问题等方面进行深入分析，得到了热电偶温度计量产生误差的主要原因，在热电偶的制作和使用中，传感器插入位置与深浅、热电偶对温度的响应时间、环境对热电偶的热辐射、热阻抗改变、热电偶丝不均质等都是产生计量误差的主要因素，因此提升温度计量的准确度要从上述因素中减小和避免。一.热电偶热电特性不稳定所引起的误差热电偶温度计经过一段时间使用，受其使用的环境影响，其本身的热电性能将会产生一定的变化，则该热电偶温度计计量得到的温度与真实温度有一定的偏离。影响热电偶稳定性的主要因素有：(1)被测物对热电偶电极的污染和腐蚀;(2)热电极受外力作用而产生的变形所引起的形变应力;(3)感温电极在高温下微观结构晶粒发生变化;(4)热电极受暴露在空气中发生氧化等。二.热电偶不均匀性的影响热电偶的均匀性是指热电偶热电极材料的均匀程度。如果热电偶中的两个热电极材料是均匀的，则热电偶回路产生的热电势和两端温度差呈正相关，而与沿热电极长度的温度梯度无关。三.测量温度点的选择选择合适的测温点时安装热电偶时十分重要的考虑因素，选择具有代表性的测温点，对于整个生产环境具有特殊的意义。位置选择不当，则控制和计量将毫无意义。在测量点，热电偶插入的深度也对温度测量产生影响，当外部环境和被测物温度存在温度差时，热电偶上测量的温度会随着传感器的延长而与外界环境产生热交换，继而带来计量误差。由于环境温度千变万化，这种温度误差是不可估量的。除了由于插入深浅发生热传导引入的误差以外，热电偶外部保护管材质也会引入测量误差。例如金属材质的保护管，其导热性能较好，因此在测量过程中需要将其插入更深以避免热量损失。对于陶瓷材质的保护管，则需要将其插入浅一些。四.响应时间的影响只有被测对象和测温元件温度一致时，测温元件的温度才能稳定，此时二者达到热平衡，这是接触法测温的基本原理。被测对象和测温元件温度达到一致需要一定时间来实现，该时间的长短，主要由测温元件的热响应性能决定，即热响应时间。热响应时间受传感器的结构和计量条件影响，通过实验，不同条件下的响应时间差别很大。静止的气态介质，两者需要持续接触30分钟以上才能达到温度平衡，如静态的液体，温度平衡时间将缩短到5分钟。在实际工程应用中，被测对象的温度经常是处于不断变化的状态，瞬间变化的时间很短，因此对传感器的要求也相对较高，一般要求其响应能力为ms级别。如响应能力不足，则出现测量滞后现象。因此选择传感器要选择响应速度快的。计量端直径是影响响应速度的重要因素。如果偶丝较细，则响应时间较短。五.热辐射的影响当用热电偶测量炉中温度时，炉内高温物体对热电偶的热辐射，会引起热电偶温度升高。如果炉内的气体假定为透明的，热电偶和炉壁之间的温差比较大时，那么能量交换之后也会带来测温方面的误差。增加热传导能够有效地降低这部分误差，让炉壁的温度和热电偶温度接近。六.热阻抗增加的影响当热电偶处于高温的工况环境下，气态被测介质会将保护管表层灰尘烧熔，引起保护管热阻抗增加。如果介质是熔体，那么在操作中会出现炉渣的沉淀的炉渣会增加热电偶响应时间，指示温度方面会变低。因此定期检查或不定时地抽检热电偶的工作状态，能够及时地发现热电偶产生的异常，减少测量误差。七.热电偶丝不均质引起误差根据上述测量原理，当热电偶的偶丝均质时，根据均质回路定则，长度对计量的结果没有影响。而实际情况是，厂家在进行偶丝生产时，通常会因为温度等原因，导致偶丝粗细不均，呈竹节状，甚至出现严重的打卷现象。另外在后期的加工中会出现其他问题，对热电偶进行的反复加工，会让热电偶出现畸变从而失去均质。在进行测温工作时，很多偶丝位于高温区，如果不具备均值性，且环境温度变化，那么热电偶局部就会出现寄生热电动势，从而引入误差。八.热惰性引入的误差热电偶测温过程实际上是热电偶与被测介质间热交换过程，需要一定的时间达到热平衡，由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时，甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后，用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也就越大。当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大。为了准确地测量温度，应当选择时间常数小的热电偶。时间常数与传热系数成反比，与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比，如要减小时间常数，除增加传热系数以外，最有效的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中，通常采用导热性能好的材料，管壁薄、内径小的保护套管,比如高灵敏度的铠装热电偶，采用变径技术的小惰性热电偶产品。在较精密的温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电偶，但热电偶容易损坏，应及时校正及更换。已赞过已踩过你对这个回答的评价是？评论
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没有在激光雷达身上“吃过亏”的自动驾驶公司，就像笔者年代没有痴迷过“龟仙人”的小朋友，童年是遗憾的。纸面上的200m测距能力，在视场角边缘为何只有100m？在烈日当头和夕阳西下时，激光雷达点云的噪点水平怎么和化妆和未化妆的姑娘相差这么大？遇到高反射率物体和低反射率物体时，激光雷达怎么和见了仇人一样，剑拔弩张？激光雷达技术演进的路线尚未收敛，新加入的玩家又如雨后春笋，导致市面上基于不同技术路线的激光雷达新产品层出不穷，且都在王婆卖瓜，自卖自夸。自动驾驶公司前期不断在核心算法、场景理解上建立竞争壁垒，忽视了自动驾驶硬件导入前测试验证。结果在实际落地过程中，硬件暴露的各种问题成为影响项目进度的罪魁祸首。浓妆淡抹与穿金戴银都是表面现象，内心的真善美才应是我们追逐的本质。故自动驾驶圈黑话第十四期，笔者就和大家分享激光雷达盛世美颜下掩盖着哪些偷税、漏税的“丑陋”以及如何通过行之有效的方法拨掉面具，还原其本来面目。面具掩盖下的“丑陋”下文逐一列举激光雷达容易发生的一些典型问题，有的是硬件原理问题，有的是软件算法问题。问题之间可能还存在相互掣肘的关系，如何在博弈中设计最优的产品，真正考验着激光雷达厂商的系统能力，也是决定其能否成为“百年老店”的关键。一、“拖尾”问题按照测距方式不同，激光雷达主要分为ToF（Time of Flight，飞行时间）与FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波）两类。ToF类型是目前量产的激光雷达的绝大多数选择。在ToF（Time of Flight，飞行时间）方法中，激光雷达发送端发射一个脉冲，打到物体后返回，接收端接收到回波后计算两者之间接收时间差，并通过乘以光速来实现物体之间距离的测量。理想情况下，脉冲打到物体表面是一个理想的光斑点，但由于实际的脉冲存在一定的发散角，所以打到物体上会是一个面，且随距离增加，这个面会越大。这样就存在一种可能性，当存在前后两个物体，且激光雷达脉冲打到前面物体的边缘时，就有可能出现部分激光脉冲打到后面物体上，这就是激光雷达的“拖尾”问题。拖尾问题的直接后果就是激光雷达打出去的一个脉冲返回两个回波，导致激光雷达陷入“迷茫”，无法判断以哪个距离为准。解决“拖尾”问题，如果从源头上杜绝的话，那就是选用能量更聚焦、发散角更小的激光脉冲发射器。如果从算法上优化的话，可以通过判断角度阈值是否在合理范围内，从而实现拖点甄别及删除。二、盲区“吸点”激光雷达探测器一般有几到几十纳秒的Dead Time,Dead Time指是接收到一个激光脉冲后到再能接受一个新激光脉冲所需的最短时间。当一束激光脉冲打出去的时候，首先会在激光出射镜头产生一个内反射信号被探测器接收，如果障碍物距离太近，由于激光接收器还处于Dead Time时间，近距离物体的脉冲回波无法被探测到，从而导致近距离物体测距不准。激光雷达探测近距离物体时出现的测距不准问题被称为“吸点”，这个是困扰整个行业的难题，是需要底层探测器硬件不断进化。测距不准的近距离区域通常会被设定为“盲区”，这个盲区的大小通常在0.1~1m之间。三、高反“鬼影”对于高反射率物体，进入到激光雷达视场及测距范围后，输出的点云除了在真实位置有成像以外，还容易在其它位置形成一个形状、大小类似的成像，而这个虚假的成像被称为“鬼影”。不同类型激光雷达产生“鬼影”的行踪各不相同。“鬼影”的形成是由于激光雷达对高反射率物体反射回来的高强度回波非常敏感，在实际驾驶场景中，常见的高反射率物体包括交通指示牌、锥桶、三角指示牌、汽车牌照，尾灯等。如下图所示，左侧本来激光无法扫描到，但是由于右侧存在高反指示牌的“鬼影”现象，导致在左侧形成一个形状、大小相似的点云。四、高反“膨胀”对于高反射率物体，另外一个异常现象就是“膨胀”。“膨胀”是指激光扫描高反射率物体后，输出的点云会向四周扩散，看起来就像“膨胀”了一样，因此称为高反“膨胀”下图白框框出来的部分本来是一些高反的细杆，但由于“膨胀”问题的存在，活生生变成了一个球。解决高反“鬼影”和高反“膨胀”是一个系统工程，既需要硬件本身具有高反射信号的良好分辨能力，又需要算法配合进行适中的优化。五、空洞对于近处低矮障碍物，激光雷达由远及近靠近过程中，出现的点云“时有时无”的丢失现象被称为“空洞”。障碍物原始点云的“时有时无”会让感知软件难以连续跟踪，从而没法准确判断是不是一个固定障碍物，容易导致危险的急刹车或频繁的“减速加速”现象。六、阳光干扰当车辆面向太阳方向行驶的时候且激光雷达视窗也朝向阳光方向，如果没有良好设计的处理系统，很容易导致激光雷达点云中出现明显噪点。七、对射干扰不同激光雷达之间如果靠得太近，不同雷达发射和接受脉冲容易被混淆，导致点云出现噪点。去伪存真的“导入流程”面对众多纸面上参数相似，采购价格接近，对接商务小姐姐颜值相当的激光雷达产品，自动驾驶公司该如何花费适中的人力、物力，用适中的时间找到价值观一致的产品？答案是“标准化导入流程”，标准化导入流程通过流水线化的验证及评审过程，可以剔除人为主观厌恶，达到去伪存真，检验骡子还是马的目的。笔者从一个激光雷达资深受害者的角色，于不断失败中总结出一套标准导入流程，一套可量化的测试方案。导入流程、测试方案均为一个受害者基于当前所处环境的一家之言，分享出来也仅用于民间交流、相互进步。整个标准导入流程包含三大阶段、六大步骤。当然，通过对每个阶段测试内容的更新，这套标准导入流程不仅适用于激光雷达，也可适用于高精度组合导航、感知相机、毫米波雷达等自动驾驶硬件产品。第一个阶段为产品验证阶段，由产品部门主导，主要包括单体性能验证和单体架构级功能验证两个步骤。对于激光雷达来说，单体性能验证内容主要包括纸面参数核实、典型障碍物的识别效果，特殊场景表现等。单体架构级功能验证主要用来验证产品是否满足平台化架构对零件的功能要求，包括时间同步方式及精度、网络管理、电源管理、诊断配置升级等功能。产品验证阶段的测试方案由产品部门收集来自客户场景、系统架构、算法研发等需求，汇总形成的一份准入测试用例，并由测试部门负责执行，技术Leader牵头进行决议。第二个阶段为研发验证阶段，由研发部门主导，主要包括软件系统验证和硬件系统验证两个步骤。研发验证前需要将一套硬件布置在测试车辆上，布置的位置和角度应为理论上的量产布置位置。软件系统验证为各个算法模块进行算法匹配验证、理论布局验证、CPU占用、AI算力消耗及内存读写速度等方面的验证。硬件系统验证主要考察电气连接方案和机械固定方案是否满足整车系统稳定，可靠的要求。研发验证阶段的测试方案由研发部门根据自己软件模块对激光雷达的需求设计针对性的测试用例，同时由研发部门负责执行，技术Leader牵头进行测试结论的决议。第三阶段为实车验证阶段，由项目部门主导。挑选合适的客户现场，进行可靠性，耐久性，一致性验证。验证周期为1~3个月，验证通过则开始进行批量化导入。实车验证阶段的测试方案由测试部门根据现场易出问题的场景、设计有针对性的测试用例，测试报告由项目牵头，组织产品、研发、测试进行评审，从而决议是否进行大规模批量化导入。“骡子”还是“马”的验证方法产品验证阶段在产品验证阶段，主要目的是摸清激光雷达的底细从而找到其性能边界，避免后期试错的成本。因此验证主要分为三个方面：（1）激光雷达纸面参数的真实情况；（2）典型物体的识别效果；（3）特殊场景的性能表现；（4）架构级功能的支持情况。纸面参数验证从规格书中，挑选出我们关心的且又是供应商最容易卖弄文采的参数，包括FOV（Field of View，视野范围）、测距能力、盲区大小。对于FOV，垂直30°可能是水平某一个角度区间可以达到的角度，而在水平其它角度区间，垂直FOV可能只有25°；对于测距能力，可能只有水平FOV 60°的范围可以达到标称的最大测距能力，两边范围最大测距能力可能只有80%。这些供应商都不会主动坦白，严刑逼供也不会认怂服罪。因此纸面参数验证过程既是确认激光雷达是否可以满足需求的第一步，也是对这家公司诚信品质的验证。典型物体识别激光雷达纸面上的分辨率是一个抽象的数字，我们无法从中想象出面对不同距离下不同大小物体的识别效果。同时由于激光雷达面对高反射率、低反射率物体的一些诡异现象存在。因此我们有必要梳理出场景中的典型物体，并测试激光雷达在不同距离下面对这些物体的识别效果。（3）特殊场景测试阳光直射、扬尘天气、雨雪天气等都是自动驾驶车辆会遇到的一些特殊场景，而在这些场景中，如果激光本体系统架构和算法足够优秀，可以在一定程度上减轻这些特殊场景的影响，同时搭配上后端轻量化的算法，即可实现自动驾驶车辆在绝大多数特殊场景下的正常工作。（4）架构级功能验证架构级功能验证主要验证产品是否具备平台架构要求的时间同步功能、电源管理、网络管理、诊断配置、远程升级等功能，这些也是影响后期批量化部署及交付的重要功能。研发验证阶段在研发验证阶段，主要包括软件系统验证和硬件系统验证两个步骤。研发各功能模块对激光雷达的要求不同，感知模块侧重点可能在激光扫描方式、点云完整度及噪点情况，定位模块侧重点可能在精度及分层情况、主动安全模块侧重点可能是特殊场景下的识别效果。因此软件系统验证的目的是将激光雷达注入算法的灵魂，一方面可以计算算法移植的工作量，另一方面可以验证新激光雷达是否可以满足本功能的需求。硬件系统验证主要包括电气接口方案及机械固定方案，验证内容包括供电电压是否足够稳定，整车EMC对通信链路的影响，瞬时启动功率对整车其它用电器的影响，机械安装方案是否牢固、可靠等。由于研发验证阶段是按照量产状态布置新的激光雷达，同时将激光雷达接入现有架构中，因此可以同步验证理论布局是否可以满足各模块的功能需求，CPU占用影响、AI算力消耗、内存读写速度等情况。整车验证阶段在整车验证阶段，主要包括客户现场验证。验证内容包括新激光雷达的可靠性、耐久性、一致性。测试部门通过对易出问题的使用场景或工况进行汇总，可以刻意让激光雷达工作在这些场景中，以加速可靠性、耐久性、一致性验证。小结受过最大的伤就是激光雷达公司商务小姐姐的善意的隐瞒，受过最大的痛就是研发同事少见的齐心协力罢免激光雷达的集体上书。伤过，痛过，才明白美丽下的虚伪，善良下的丑陋。

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