气压高度测量系统的设计与实现

针对传统机械和GPS方法测量高度时存在的不足,采用新型气压传感器测量高度的方法,构建了基于微机电系统(MEMS)数字气压传感器的高度测量系统。首先,介绍了新型数字气压传感器BMP180的结构和特点;其次,以高性能AVR单片机为控制平台,设计了数字气压和温度信号读取设备、有机发光二级管(OLED)显示屏和其他外围电路的硬件系统;然后,根据气压与高度的对应关系,开发了温度和气压信号采样、温度和气压补偿、高度推算以及结果显示的软件系统;最后,采用加权递推平均滤波算法对高度测量数据进行处理,减小了噪声和干扰,提高了测量的准确度和稳定性。为了验证设计方法的有效性,对高层建筑的不同楼层高度进行测试,结果表明该系统能够准确地测量楼层相对高度,标准偏差为0.32 m,平均误差为0.03 m。由此可见,采用加权递推平均滤波的新型气压高度测量方法,为低空高度测量提供了一种非常实用便携的解决方案,也为空间垂直位移测量尤其是三维空间的准确导航和定位提供了重要参考。     

微型光纤光栅土压力传感器量程及其过载能力分析研究

为定量分析压力传感器的测量量程及其过载能力,提出一种微型光纤光栅土压力传感器并构建其气压标定系统。对微型光纤光栅土压力传感器进行理论分析得其灵敏度为7.5 nm/MPa,测量量程可达1.06 MPa。而分析光纤光栅土压力传感器性能测试数据得:该传感器压力灵敏度为5.9 nm/MP,线性度为99.93%,可测量实际量程为225 kPa,过载能力上限值为300 kPa。研究结果可用于指导设计规定量程的光纤光栅土压力传感器,具备一定应用价值。     

参数自调整模糊控制器在微气压传感器测控系统中的应用研究

为了对真空测控系统进行动态气压控制,提出了一种参数自调整模糊控制器的设计方法。该方法利用参数调整控制器在线自动修正基本模糊控制器的量化因子和比例因子,从而改善基本模糊控制器对任意设定气压的控制性能。此外,在控制算法基础上引入计数器Counter来消除系统的频繁振荡。实验结果表明,该方案具有较好的控制效果,基本上解决了传感器所需真空测试环境1kPa～100kPa的动态气压控制问题。     

SAW 无线传感器的高精度信息提取及硬件实现

在无线声表面波传感器系统中,由于模拟正交解调电路调整等方面I、Q两通道间幅度一致性和两路本振信号不完全正交,或双路A／D特性不一致,而使在传感器信息提取时相位检测误差较高,为高精度提取SAW传感器信息,提高传感器的测量精度和灵敏度,本文利用中频采样,使得A／D变换的采样通道数由传统模拟式I、Q检波时的双通道变为中频直接采样的单通道,并在数字域中利用Hilbert法对信号进行正交检波,从而提高了相位检测精度,此外,给出了系统的硬件实现。     

互相关直径测量的相位跟踪采样控制与校正

为了提高互相关法直径测量的精度,需要对工件表面误差信号进行等相位间隔跟踪整周期采样。介绍分频法实现相位跟踪采样控制的原理;对相位间隔准确度的影响进行了讨论,提出固有误差和随机误差的概念,对其产生原因进行了分析;引入附加角测量环节对采样相位间隔进行校正,给出校正算法;结合ARM7LPC2148 MCU嵌入式系统,介绍相位跟踪采样控制、校正测量及同步的具体实现。实验测试表明:转速频率波动大于千分之一,采样控制系统的分频系数即会发生改变,相位跟踪性良好;在3 000转/分以下,采样相位间隔误差控制在0.001 13度以内;证明附加角测量和采样相位间隔校正是必要的。     

基于Si_3N_4薄膜的压力传感器

采用微机电系统(MEMS)技术制造的传感器具有体积小、重量轻、成本低等特点。基于S i3N4压力敏感膜,利用MEMS技术,设计了一种用于测量气压的传感器。采用应变电阻原理对压力进行测量,进行了理论分析计算,设计了工艺过程,制作出了器件样片。这种压力传感器的显著优点是结构简单、工艺过程容易。并且,在50~100 kPa的压力条件下,对传感器进行了测试,其精度达到了0.5%。     

海洋气象观测用低功耗智能型气压传感器设计

针对当前气压传感器功耗偏大、输出数据单一、灵活性差等缺点,设计了一款低功耗、输出方式灵活的智能型气压传感器。以ATmega16L单片机为主控芯片,通过SPI总线读取气压和温度的原始测量值,计算得到精确大气压值;采用精细化的软硬件省电设计方法,实现了系统的低功耗;通过跳线选择数据输出方式,增加了产品的灵活性。该传感器具有高精度、高稳定性、智能性、低功耗和便携式等特点,可独立使用,也可用于其他需要气压测量的设备中。     

基于LabVIEW的气压高度测量系统设计

为了准确测量高度,构建了基于LabVIEW的气压高度测量系统.从热力学角度,阐述了气压与高度的对应关系;以气压传感器为敏感元件,设计了AVR单片机数据采集、处理和传输系统;编写了基于LabVIEW的上位机串口接收、数据处理、中值滤波和显示程序,通过VISA串口接收下位机发送来的温度和气压数据,利用气压和高度的关系,计算气压对应的高度和即时速度,并在前面板以图形方式显示.以某建筑物的各楼层为研究对象进行了高度测量实验,结果表明设计的高度测量系统能够实时准确地测量和显示温度、气压、高度和速度数据,中值滤波后高度噪声减小为0.3m,是滤波前的30％.因此,基于LabVIEW的气压高度测量系统为高度测量和三维导航定位等应用提供了一种有效的参考方案.     

基于气压传感器BMP085的高度测量系统实现

设计了一种基于气压传感器BMP085的高度测量系统。该系统以STM32F103RCT6嵌入式芯片为主控制器,采用I2C硬件接口的方式读取BMP085测量的气压值,并用温度值对气压值进行补偿,然后根据大气压强与海拔高度的关系,利用线性插值法计算绝对高度,进而获取相对高度。实验结果表明,该系统测量的相对高度误差为0.4 m,能够达到高精度的要求。     

气压传感器神经网络算法及单片机实现

谐振筒式气压传感器测量范围为45~107 kPa,其输出的周期信号与气压呈非线性关系,且受环境温度影响,为了达到准确度要求(±0.05 kPa),提出了应用神经网络算法对周期和温度信号进行数据融合,实现消除温度影响和非线性校正及在单片机上的实现方法。实验结果表明:神经网络算法对气压传感器的数据融合可行有效。     

一种基于PSD红外线位置传感器的设计

在介绍位置敏感器件(PSD)基本原理的基础上,提出一种以PSD为核心器件,应用于纠偏系统的红外线位置传感器的设计方法。介绍了该传感器的结构和测位原理,给出了硬件和软件的相关设计,分析了影响该传感器检测位置精度的因素,并提出了相应的解决办法。该位移传感器可检测的物体的最大运动位移为±18.5mm,检测精度优于0.1mm,采样频率可达1.5kHz。     

汽车空调温度湿度传感器设计

车用温度湿度传感器用于对汽车车厢内温度和相对湿度的自动监测,其性能直接影响空调系统的工作。设计的温度湿度传感器采用了一体化结构和强制空气流通的措施,能够在-30~85℃的环境中连续工作,并在湿度为20%~90%RH的范围内达到±5%的准确度,同时,具有较好的线性度。     

铠装光纤Bragg光栅温度传感器的研究

裸光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度约为10pm/℃。在铠装FBG温度传感器中,光栅粘贴于热膨胀系数较大的金属片(如Cu和Al)表面的线槽内。金属片受热膨胀将衍生出光栅的轴向热应变,从而提高光纤光栅的温度响应灵敏度。在采用波分复用技术中的FBG的传感网络方案中,串联的3只光栅均置于温度控制器中。实验表明:当温度从20℃升至80℃时,Cu制和Al制铠装FBG温度传感器的表观温度灵敏度分别约提高34. 3, 42. 7pm/℃,测量重复性分别为2. 3, 2. 8pm。     

公路桥梁桥墩振动测量分析仪的设计

为了精确测量公路桥墩的振动幅度,消除行车隐患,采用超低频绝对振动位移传感器作桥墩振动特性检测器件,设计了公路桥墩振动测量分析仪。用动态特性补偿原理,经过低频扩展电路和积分电路,解决了普通电磁式传感器不能直接用于超低频测量的问题。该仪器频带范围为0.35～30Hz,线性度为0.5%,灵敏度为0.001V/mm,误差范围为-3%～3%。     

电化学DNA传感器中DNA的固定与杂交条件探讨

利用自组装单分子膜法,将人工合成的乙肝病毒单链DNA片断作为特异性探针固定在金电极表面,结合电活性指示剂Hoechst33258构成DNA电化学传感器。在乙肝特异性DNA探针的自组装固定过程中,探讨了自组装单分子膜的成膜条件,总结出在探针浓度为100mg/L,自组装固定时间为12h对DNA探针的固定较为有利。考察了单链DNA修饰电极的伏安特性和单链DNA修饰电极的电子传递性能。在对标准互补DNA溶液的杂交检测过程中,探讨了杂交时间、杂交温度、指示剂的作用时间等对DNA传感器检测的影响。当杂交时间为90min,杂交温度为25℃,杂交溶液中NaCl浓度为0.3mol/L时,指示剂的伏安信号较好。     

基于纳米分子筛敏感膜类神经毒气传感器

研究了ZSM5分子筛膜对神经类毒剂沙林的相似物甲基磷酸二甲脂的敏感特性,并结合高灵敏的石英谐振微天平(QCM)研制了甲基磷酸二甲脂气体传感器。测试甲基磷酸二甲脂气体的体积分数分别为10-6,5×10-6,20×10-6的气体。研究表明:基于ZSM5纳米分子筛膜的传感器的检测灵敏度高,对气体体积分数为10-6甲基磷酸二甲脂气体的检测灵敏度为60Hz/10-6,比半致死浓时积低;传感器的响应与脱附时间较快,对气体体积分数为10-6甲基磷酸二甲脂气体的响应与脱附时间均为100s;对同体积分数丙酮气体进行了频率响应测试,对传感器的选择性进行验证。还研究了ZSM5分子筛对甲基磷酸二甲脂气体的脱附再生条件,发现经过200℃脱附,分子筛的再生能力可以得到较好的恢复.     

基于计算机的电容式湿敏元件测试系统及应用

介绍了一种基于计算机技术的新型智能电容式湿敏元件测试系统。该系统采用计算机及单片机技术,应用两次积分复数测量法测量湿敏元件的电容值和品质因数(Q)值。该系统实现了自动化测试,具有数据处理、分析计算、记忆、图表处理等多种功能,还可同时测量湿敏元件的灵敏度、湿滞、线性度等。电容值测试精度达到±0.1pF,Q值测量精度达到±5%。     

基于SnO_2传感器对液化石油气的动态检测

采用SnO2 传感器对家用液化石油气进行动态检测。介绍了整套实验装置及具体的实验操作过程;对实验结果进行分析,表明动态检测方法可以明显地提高SnO2 传感器的选择性,检测下限为10-7 mol/L,检测上限为 5×10-6 mol/L,检测准确度为 0. 2×10-7 mol/L。     

基于传感器动态检测和神经网络的气体识别

提出将气体传感器阵列动态检测与人工神经网络相结合的方法实现气体的识别。设计了用该方法进行气体检测识别的实验系统。该方法具有实验次数少、识别准确度高的优点。实验以4个金属氧化物半导体气体传感器组成的阵列为例,详细讨论了该方法的实验过程及识别结果。通过实验对甲烷、乙醇、丙酮3种气体及其混合气体进行识别,结果表明:该方法的正确识别率达到100%,具有很高的实用价值。     

温度传感器在轧机自动控温系统中的应用

为了改造24头轧机红外烤箱的温度系统,采用了软件和硬件相结合的自动控温设计方案。用热敏电阻器作温度传感器,87C51单片机作主控微机,加上放大器、模数转换器等组成主要硬件系统。软件上采用积分分离PID位置式算法控制温度超调,实现恒温控制。改造后的系统温度波动误差小于±0.5℃/30min,平均控温误差小于±1℃,很好地满足了全部流水设备的要求。