阵列式气体传感器的信号采集系统设计

为了对室内空气质量和环境中有害气体浓度进行监测,设计一款MSP430F149单片机阵列式气体传感器信号采集系统。该系统设计一种新型的信号采集电路,采用单片机内部ADC模块对气敏传感器敏感电阻进行采样,并通过UART串口将采集到的数据发送到LabVIEW上位机,实时显示气敏元件电阻变化。给出信号采集系统的硬件设计以及MSP430F149单片机和LabVIEW上位机的软件设计方案,通过实验验证该阵列式气体传感器信号采集系统的正确性和可行性,具有较高采集精度和环境适应性,有非常广阔的应用前景。     

三维力柔性触觉传感器电极研究与实验

为了实现机器人智能皮肤对三维力的探测,基于炭黑/碳纳米管/硅橡胶的表面压阻效应,设计了2种不同排布的对称结构的四叉指电极三维力柔性触觉传感器.理论分析了这2种三维力传感器的工作原理,并对这2种结构的传感器进行了量程、灵敏度、线性度等实验对比,实验证明四电极方形排布的传感器在剪切力方向拥有更高的灵敏度和更好的线性度,但量程相对十字形排布的传感器较小。通过三维力实验表明,这2种新型的三维力柔性触觉传感器均具备检测三维力的功能,可在机器人皮肤等实际应用场合,根据工作量程和灵敏度的不同要求来选择传感器结构。     

霍尔传感器温度补偿方法研究

利用半导体霍尔效应制成的霍尔元件,当控制电流和环境温度一定时,霍尔电势与磁场的磁感应强度成正比,半导体自身的温度特性直接影响到霍尔传感器的使用效果,只有采取必要的温度补偿措施才能保证信号测量的精度,恒压供电输入端补偿方法不能控制电源内阻的影响,恒流源供电可以消除电源内阻影响,但处理过程中忽略了高次项仍然是影响精度的因素,采用输入端、输出端同步补偿的方式,进一步改善了传感器的温度特性,提高了霍尔传感器的环境适应能力。     

多通道并行温度采集系统

为满足热控系统多点温度实时采集的需求,对多通道温度传感器的并行采集实现方案进行了深入研究.系统主控芯片采用FPGA,温度传感器选取单总线数字温度传感器,每个总线上分布有10个温度传感器,共计10组.详细分析了单总线温度传感器位操作时序及操作耗时,并给出了多通道并行操作代码设计.通过实体例化完成10通道100个温度传感器的数据采集.分析结果表明:采用该设计方案,可在873 491 μs时间内完成100个温度传感器的数据采集,满足热控系统温度数据时序采集要求.最后给出了系统硬件实现电路及实际采集结果.利用该设计框架,可在FPGA资源满足条件下扩充温度传感器通道数,方案更具灵活性.     

霍尔效应式力传感器的温度补偿

针对霍尔效应式力传感器温度漂移的问题,提出了混沌自适应鲸鱼优化BP神经网络（CIWOA-BP）的温度补偿新模型。该模型通过Cubic映射作为初始鲸鱼种群生成方法,以提高种群的质量和分布均匀性。引入自适应权重调整鲸鱼的收缩包围机制,提高算法的全局搜索能力和收敛性。利用CIWOA算法对反向传播（back propagation, BP）神经网络的初始权值和阈值进行优化,使模型具有更好的测量精度和稳定性。研究结果表明,温度补偿以后霍尔效应式力传感器的灵敏度温度系数αs由5.08×10-3/℃减少至9.8×10-5/℃,减小了2个数量级,温度附加相对误差由补偿前的19.82%减小到了0.38%,减小了52倍以上,从而有效的减弱了温度对测量结果的影响。     

光纤光栅应变传感器温度补偿

光纤光栅传感器在应变测量方面有着非常广泛的应用。但在测量过程中受温度和应变两种因素的影响,常会导致测量结果的准确度受到一定程度的影响, 不能很好的满足实际需要。采用BP神经网络算法,通过实验样本训练建立神经网络结构,来降低温度对测量结果误差的影响。通过实验验证,在整个传感器温度测量范围内,使用BP神经网络可以有效的降低由温度引起的最大测量误差,使误差可以控制在一定范围内,对传感器的使用具有重要意义。     

基于PLC的信号采集系统

针对恶劣的工业环境,提出了以PLC为核心的信号采集和控制系统,大大提高了系统的抗干扰能力;并在C++Builder环境下开发了上位机人机交互界面,实时显示数据和历史数据保存.结合实例,详述了PLC在信号采集和控制的系统方案和串口通信的实现.结果表明,该系统可快速准确的完成信号的采集和控制.该系统已成功应用到燃气采暖炉燃烧室气密性检测台中.     

GIS中局部放电特高频信号采集系统

研制了一套GIS中局部放电的特高频检测系统。用特高频天线和频谱分析仪采集局放信号,通过GPIB卡传送给计算机进行分析处理,并在GIS中构造了一种常见的故障类型,对该系统进行了验证。实验结果表明,该系统能够采集到GIS中局部放电产生的特高频信号。     

基于DSP的测井信号采集处理系统

测井技术的发展要求地面仪能够兼容多种传输方式,提高用户选择井下仪的灵活性;本文介绍一种基于TMS320F241的测井信号采集处理板的软硬件设计,以曼彻斯特码为例介绍用数字信号处理的方法实现信号的采集和处理的过程.数字信号处理器(DSP)通过软件完成测井信号的实时采集和处理,能够配接多种传输方式的井下仪器. 基于所设计的系统,通过对几种测井信号进行实验测试的结果表明,本系统所采用的数字信号处理算法能够很好地实现相应信号的处理.     

基于磁电阻传感器的地磁信号采集系统设计

针对磁电阻传感器输出的地磁信号微弱,设计了一种有效的模拟信号调理电路,并给出了一种地磁信号采集系统的软硬件解决方案.通过实验验证和分析,本采集系统具有低频特性好、信噪比高、体积小、功耗低的特点,可以应用于微弱地磁信号的检测与数据获取,有良好的可行性、实用性.     

适用于霍尔电流传感器的温漂补偿电路设计

霍尔电流传感器中存在的温漂会影响传感器的精度,特别是在极端高温和低温下影响更加明显,这限制了霍尔传感器 应用的场合。 针对该问题本文设计实现了一种适用于霍尔电流传感器的宽温度范围温漂补偿电路。 温漂补偿电路通过将增益 补偿与带隙补偿相结合,在霍尔电压放大电路中采用与霍尔元件形状材料均一致的负载电阻,补偿了霍尔元件的温漂误差;同 时利用带隙基准电路产生的高低温补偿电流实现对放大器电路的尾电流的温度补偿,使得霍尔电流传感器可以在更宽的温度 范围内保持灵敏度稳定。 采用 GF0. 18 μm BiCMOS 工艺制程,仿真验证表明,在 5 V 电源电压下,电路在-40 ℃ ~ 140 ℃的宽温 度范围内,灵敏度温漂误差小于 0. 3%,温漂系数达到 35 ppm/ ℃ 。 相较于其他温度补偿设计,该设计实现了对霍尔传感器高阶 温度误差的补偿,使得霍尔传感器具有更宽的工作温度范围以及更小的温漂误差,且不需要额外的数字处理电路,具有较高的 工程应用价值。     

直升机振动信号采集系统的设计与实现

振动信号分析是直升机状态监控的重要研究内容之一.针对某型直升机飞参系统缺记振动数据的问题,设计了振动信号采集系统.详细介绍了振动信号采集系统的需求分析、总体结构、传感器选型布局、信号调理变换电路及飞参综合采集记录器等,并在样机上进行了安装调试,试验结果表明该系统工作稳定可靠.利用快速傅里叶变换(FFT)及经验模态分解(EMD)方法对采集的振动数据进行初步的频域及时频分析,找到存在的主要振动频率,为直升机状态监控和故障诊断奠定基础.     

基于FPGA的干涉信号双ADC采集系统设计

干涉信号在光谱分析领域有着广泛应用.干涉信号具有动态范围大的特点,为了提高其采样精度,设计了一种以FPGA为核心的双ADC采集和数据处理系统,将输入信号分两路分别进行预处理和AD量化,并通过FPGA进行校正、滤波等信号处理得到一路高精度采集的干涉信号,由CameraLink接口传输至上位机进行显示和分析.通过上位机MATLAB对采集数据进行分析,并与单通道采集结果进行对比,证明采用本文的双ADC采集系统能够提高干涉信号的量化精度,对得到更精确的光谱分析结果具有重要的意义.     

谐振式压力传感器温度补偿结构的仿真研究

温度漂移是影响谐振式传感器精度的重要因素，在精密测量场合，必须进行温度补偿，基于此，提出一种可实现温度补偿的谐振式压力传感器新结构。整体结构为硅-玻璃-金属复合结构，通过3种材料的热膨胀系数匹配实现热应力抵消。硅基底上设有补偿梁，进一步补偿工作梁的温度漂移。为了选择合适的玻璃材料，利用有限元方法研究了玻璃的热膨胀系数和厚度与温度灵敏度的关系，结果表明，采用厚度为1.5 mm的pyrex7740#玻璃时传感器的温度灵敏度最低，该结构能够实现温度补偿，提升传感器精度。     

柔性电容式触觉传感器的研究与实验

类似"人工皮肤"的触觉传感器在人工智能、医疗器械等领域有着广泛的应用。利用柔性电路板加工工艺设计了一种基于分布电容的触觉传感器,并分析了其工作原理。设计的触觉传感器主要由3层膜结构压制而成,包括上层电极层、中间间隔层和下层电极层,并在每一触元上表面粘贴一硅胶触点以增大灵敏度。针对柔性电路板的不同形式和间隔层不同厚度,加工了9种不同参数的触觉传感器,并对这9种传感器进行了量程、灵敏度、线性度等实验对比。实验证明,通过这2个参数的选择可以获得不同量程和灵敏度的触觉传感器,可根据实际应用场合选择具体参数以满足应用需求。同时阵列扫描实验证明设计的触觉传感器可以获得其表面的受力情况,并可以将触觉力在上位机上可视化的显示出来。     

塔机信号采集与存储系统的设计与实现

设计了塔机安全监控管理系统的信号采集和数据存储系统。信号采集子系统将起吊重量、起升高度、塔机变幅、回转角度、风速、电机电压、电机电流、电机温度等传感器采样到的模拟信号,经过阻抗变换、低通滤波等处理后传送至处理器的A/D转换模块,实时地将模拟信号转化为数字信号。处理得到的数字信号经过核心处理器的运算等处理后,直接送至数据存储模块。数据存储子系统通过文件管理芯片与处理器建立USB主-从机的工作方式,将数据存储至U盘中,为分析塔机工作状态提供依据。