一种基于CMOS工艺的二维风速传感器的设计和测试

给出了一种完全基于CM O S工艺的、能同时测量风速和风向的二维测风传感器的结构、工作原理及其测试结果。该传感器采用恒温差工作模式,热堆输出电压平均值反映芯片温度和环境温度的差,省去了测温二极管。风速测量采用热损失型原理,因此不存在速度量程问题;同时通过四周对称分布热堆的相对差分输出得到风向,风向的测试和风速无关。测试电路是由普通运放电路组成的控制和测试系统。经过风洞测试,风速的测量可以达到23m/s,风速分辨率达到0.5 m/s,风速的最大误差为0.5 m/s。传感器的反应时间为3~5秒,整个功率损耗约为500 mW。     

CMOS二维风速计控制及检测电路的研究

针对CMOS二维风速风向传感器的工作原理,分析了传感器的控制电路及其特点,并根据该类传感器的特点,重点探讨了信号检测处理电路的形式和特点。拟采用恒温差或者温度平衡控制模式实现对加热器的控制,用斩波放大技术或热Σ-Δ调制技术构建信号处理电路,用标准CMOS工艺实现传感器和控制处理电路的系统集成。     

CMOS热流量风速计恒温差控制环路的研究

分析了恒温差控制模式在CMOS热流量风速计中遇到的振荡问题.为了能够用Pspice等电路软件对环路进行分析,建立了传感器热域到电域的转换模型.分析可知,检测芯片温度的PN结与加热电阻间的距离以及芯片材料的热容和热阻等参数对恒温差控制环路的工作频率有很大的影响.为了调节环路的振荡频率使它能更好的控制芯片温度并且优化测风速和风向时的性能,对上述芯片的参数都要仔细选取.实际电路测试验证了仿真结果.     

MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位。基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点。设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器,即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器,用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真,得出了风速与挠度、剪切力的关系。用惠斯通电桥测量传感器输出信号,通过单个传感器的二次封装测量风向信号。制作出了硅悬梁式测风传感器,并进行了初步测试。     

MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位。基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点。设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器，即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器，用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真，得出了风速与挠度、剪切力的关系。用惠斯通电桥测量传感器输出信号，通过单个传感器的二次封装测量风向信号。制作出了硅悬梁式测风传感器，并进行了初步测试。     

MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位.基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点.设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器,即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器,用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真,得出了风速与挠度、剪切力的关系.用惠斯通电桥测量传感器输出信号,通过单个传感器的二次封装测量风向信号.制作出了硅悬梁式测风传感器,并进行了初步测试.     

基于MEMS技术的仿生纤毛风速传感器的设计和仿真

设计了一种可以实现二维风速测量的电容式纤毛传感器,其特点为通过差分电容检测流速,传感器运动结构所对应的背硅被完全刻蚀。采用有限元分析软件,通过流体-固体-静电场的多物理场仿真,分析得到了传感器的差分电容与风速的变化关系。结合电容传感器AD7746的理论精度,计算得出传感器的风速灵敏度为0.25mm/s。此外,设计了基于SOI硅片的传感器微加工制备的工艺流程。     

基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器

设计了一种新型的矿用光纤光栅风速传感器,利用差压原理实现风速转化,由波纹管、等强度悬臂梁和双光纤光栅组成差分敏感机构,并通过算法进一步进行温度补偿,有效克服了温度交叉敏感问题,提高了应变测量的灵敏度。文中推导了光纤光栅中心波长变化量与风速的关系,同时对敏感机构进行了水压模拟试验,得到传感器敏感机构的灵敏度为0.703 pm/Pa,与理论值具有很好的吻合度;对风速传感器样机进行风洞试验测试,结果表明风速在0.2~20 m/s的情况下,传感器测量误差可基本控制在0.3 m/s以内,并具有良好的线性关系。     

螺旋桨式测风传感器自动检测系统研究与开发

螺旋桨式测风传感器应用范围广、需求数量大,而传统检测方法效率低、容易出现人为差错,为此研究开发了一种自动检测系统,采用伺服电机带动测风传感器风速转轴转动的方法检测风速部件,利用蜗杆蜗轮模型构建角度盘,实现风向部件检测。实际应用表明,该系统检测效率高,适检范围宽,实现了螺旋桨式测风传感器风速风向检测的自动化,与过去人工方式相比检测每台测风传感器的时间减少50%以上。     

热电薄膜型气体流量传感器的热模拟分析

本文利用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN,模拟并分析了一个基于薄膜结构的热电型气体流量传感器的温度场.并具体地分析了在气体流量通道入口处气体的流向角度对传感器输出信号以及气体流动状态的影响.将最终的模拟计算结果与实验数据进行比较,发现二者基本吻合.利用此热学模型来模拟和分析此类传感器,不但可以减少大量的模拟分析过程而且可以降低计算的复杂度,同时也为该类传感器的进一步优化设计提供了一个非常简单而有效的方法.     

Maximum Power Point Tracking in Variable Speed Wind Turbine Based on Permanent Magnet Synchronous Generator Using Maximum Torque Sliding Mode Control Strategy

The present study was carried out in order to track the maximum power point in a variable speed turbine by minimizing electromechanical torque changes using a sliding mode control strategy. In this strategy, first, the rotor speed is set at an optimal point for different wind speeds. As a result of which, the tip speed ratio reaches an optimal point, mechanical power coefficient is maximized, and wind turbine produces its maximum power and mechanical torque. Then, the maximum mechanical torque is tracked using electromechanical torque. In this technique, tracking error integral of maximum mechanical torque, the error, and the derivative of error are used as state variables. During changes in wind speed, sliding mode control is designed to absorb the maximum energy from the wind and minimize the response time of maximum power point tracking (MPPT). In this method, the actual control input signal is formed from a second order integral operation of the original sliding mode control input signal. The result of the second order integral in this model includes control signal integrity, full chattering attenuation, and prevention from large fluctuations in the power generator output. The simulation results, calculated by using MATLAB/m-file software, have shown the effectiveness of the proposed control strategy for wind energy systems based on the permanent magnet synchronous generator (PMSG).     

一种基于MEMS工艺的二维风速传感器的设计

给出了一种基于MEMS工艺的二维热风速传感器的设计、制造以及测试结果.该传感器采用恒功率工作方式,利用热温差的方法测量风速和风向.本传感器采用MEMS剥离工艺在玻璃衬底上同时加工出加热电阻和测温电阻,利用简单可靠的加工工艺实现了热隔离和高灵敏度.经过风洞风速风向测试,得知传感器的风速量程超过10m/s,360°范围内风向测量误差不超过8°.传感器的响应时间不超过1s,功耗为10mW.     

仿生毛发气流传感器在流场中的传感特性研究

模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维（SMPF）传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明,SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系,验证了理论模型,表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中,用气流对纤维阵列进行冲击,搭建实验系统,验证了纤维在流场中的传感特性,并进行有限元仿真分析。实验结果表明,在风洞装置中,当有气流流过时,会产生流动边界层,且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚,同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型,表明SMPF具有感知流场分布的能力。     

基于滑模算法的航空稳定平台控制

由于机载稳定平台工作中会受到飞机振动、风阻力矩等外界干扰因素的影响,导致探测设备出现指向不稳定、跟踪精度低等问题。研究了滑模控制算法在航空稳定平台上的应用,利用Matlab/Simulink建立了永磁同步电动机伺服系统的滑模控制仿真模型,通过仿真和在试验系统上测试,实验结果表明滑模控制算法与普通PI算法相比较,不容易受到外界干扰力矩的影响,具有较好的鲁棒性,在相同外界干扰的情况下可以保持较好的跟踪精度。     

Modeling of pressure sensors based on two-dimensional photonic crystals

A pressure sensor based on the two-dimensional photonic crystal (2D PC) has been proposed. Under the condition of different pressure, the photonic band gap of the sensor has been studied by means of the plane wave expansion method (PWM). The results show that there is a good linear relation between the cutoff wavelength and the pressure. Apart from being easily implemented, the presented 2D PC pressure sensor holds many characteristics such as high-pressure sensitivity and convenience in achieving demanded pressure range.     

一种基于Leap Motion的直观体交互技术

Leap Motion系统可高精度实时检测并跟踪手掌、手指的位置和速度等信息,为大屏幕、远距离体交互提供有效途径。通过观察用户手势远距离操控现实环境中的物体,该文设计易于理解的体交互操作手势;借助对Leap Motion传感器工作区域的远近场划分,建立合理的物理空间和信息空间映射关系;针对利用深度相机的手部姿态解算问题,结合Leap Motion传感器的特点,提出一种结合手掌法向和指尖向量的空间姿态算法;结合大屏幕体交互的任务特点,设计了支持连续数据流的非接触式体交互原型系统;最后通过用户实验对原型系统进行评估。结果表明,和传统的2D体交互比较,该文算法的用户体验和表现更为自然、直观和高效。     

一种用于角度传感器中的仪表放大器

主要设计了一种用于角度传感器系统中的仪表放大器。为了满足角度传感器系统中对信号频率的要求,需要仪表放大器的带宽足够宽能够达到3.3 MHz。该电路采用标准三运算放大器结构电路,以折叠共源共栅结构的放大器为基础,对共模信号进行抑制,对差分信号进行放大,提高了放大器的精度,增大了仪表放大器的带宽。采用Chartered 0.35μm CMOS双栅工艺对电路进行仿真和流片验证,测试结果表明:在0.8～2.85 V内,仪表放大器的共模抑制比达到了102 dB,带宽能够达到3.3 MHz,输出摆幅为1.7 V,电路功能良好,达到了设计要求,该电路可用于汽车电子以及医疗设备系统。     

基于聚酰亚胺基底的热线式剪切应力传感器

利用非硅微机械加工技术,制作了一种柔性热线式剪切应力微传感器。该传感器以聚酰亚胺膜为基底,可与被测曲面物体紧密贴合,具有较好的测量适应性和准确性。传感器采用线性度好、温度系数较高的铂金属制作敏感热线。为减少对被测流场的干扰且便于传感器的信号传输,传感器使用了背面引线结构。设计了恒温工作模式的传感器检测电路,并对电路的工作原理和参数设置进行了详细分析。对传感器进行了风洞实验,绘制得到剪切应力与输出电压的关系曲线。实验结果表明,设计制作的传感器及其电路可行。     

基于新型DCA封装的陶瓷风速风向传感器

An advanced direct chip attaching packaged two-dimensional ceramic thermal wind sensor is studied. The thermal wind sensor chip is fabricated by metal lift-off processes on the ceramic substrate. An advanced direct chip attaching （DCA） packaging is adopted and this new packaged method simplifies the processes of packaging further. Simulations of the advanced DCA packaged sensor based on computational fluid dynamics （CFD） model show the sensor can detect wind speed and direction effectively. The wind tunnel testing results show the advanced DCA packaged sensor can detect the wind direction from 0° to 360° and wind speed from 0 to 20 m/s with the error less than 0.5 m/s. The nonlinear fitting based least square method in Matlab is used to analyze the performance of the sensor.     

直驱永磁同步风力发电系统控制技术综述

本文对风力机的建模及其特性模拟的方法进行了分析,结合直驱永磁同步风力发电系统的拓扑结构,重点分析和比较了机组的最优功率输出控制技术以及变换器的控制策略,并阐述了机组在低电压穿越时的控制方案,最后根据风电场接入电网后对电网的影响,探讨了几种提高电能质量和电网稳定性的措施。