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。     

低品质因数谐振筒的谐振频率测量系统

谐振筒式密度计的测量原理为谐振筒的谐振频率会随筒内液体密度的变化而变化,从而通过测量其谐振频率来达到测量其密度的目的。但由于低品质因数谐振筒在谐振频率附近的幅度与其他频率的幅度区分度太小,导致谐振难以实现。因此如何使低品质因数谐振筒达到谐振状态并测得其谐振频率,是谐振筒式燃油密度传感器激励系统的关键问题。激励系统以DSP为主控芯片,运用椭圆拟合的方法解决了低品质因数谐振筒式密度计激励系统的关键技术问题-增益测量和相位测量,运用原位计算节省了DSP大量的内存空间,同时运算量又较小。仿真结果表明,增益测量精度优于0.05%,相位测量精度优于0.05%,高于实际需要。系统在测量并记录了增益、相位差之后,利用相关算法实现了自动增益调节和自动相位调节,并实现了谐振筒的谐振,测得了其谐振频率。     

电磁激励谐振式MEMS压力传感器闭环控制研究

在谐振器动力学分析的基础上,系统地比较了谐振式压力传感器检测速度谐振频率和检测位移谐振频率的优缺点.设计出一种零相移的电磁激励谐振式MEMS压力传感器闭环控制系统,该系统利用检测速度谐振频率提高传感器的信号检测稳定性,并且控制电路无需移相环节即可保证传感器在工作频率范围内实现稳定可靠的闭环自激.实验结果表明,采用该闭环控制系统的传感器具有较高的稳定性,传感器长时漂移低于0.025%F.S.,在10 hPa～1 050 hPa范围内非线性度为0.06%.     

一种硅谐振压力传感器敏感芯体的特性测试

针对某型硅谐振压力传感器的压力敏感芯体,主要测试了该压力敏感芯体的幅频特性、相频特性、对气压的响应、对直流偏置电压的响应等关键特性,从而结合自激振荡理论,指导该传感器的驱动电路的设计与改进。该压力敏感芯体激励与输出信号分别为mV级、μV级的正弦波信号,信号发生器与示波器难以进行稳定、精确的激励与测量。使用矢量网络分析仪对某型硅谐振压力传感器进行稳定、精确的激励与测量,得到了要实现传感器稳定工作驱动电路必须达到的幅频条件与相频条件等关键指标,进而指导传感器的设计与应用。     

谐振式传感器间歇工作方法的仿真研究

提出了一种新的谐振式传感器的工作方法,采用线性调频信号激励谐振器,当激励信号断开后,谐振器将以其谐振频率做自由振动,通过测量谐振器自由振动状态下的振动频率,即可测得谐振器的固有频率.文中通过仿真分析,对比了正弦信号激励和线性调频信号激励时,谐振器的储能情况和谐振器响应信号的幅度.仿真结果表明采用线性调频信号激励可以较好地实现谐振式传感器的间歇工作方法.     

一种基于锁相技术的冰传感器电路设计

谐振频率的稳定性是结冰信号传感器实现高准确度测量的关键技术。针对振管振动频率的稳定性问题 ,设计了一种基于锁相环技术的自激式的激励和检测电路。实验表明 ,该电路可以满足结冰信号传感器对频率测量的要求     

应用于硅微机械谐振式传感器的频率计

针对硅微谐振式传感器频率测量中精度低的弊端,依据周期测频法原理,设计了一种基于FPGA的测频周期自调整频率计。首先在一个待测信号周期内,对标准信号的上升沿进行计数,粗略计算出待测信号频率和周期。据此对标准信号的上升沿重新计数,从而精确测量出待测信号的频率。测量后的频率信号经过RS-232串行通信接口送入PC上位机,可以实现频率数值的实时显示和储存。测试表明：采用该频率计测量1 Hz~2 MHz方波信号的相对误差可以达到10-7量级。利用该频率计测量谐振式传感器闭环自激测量电路输出的谐振频率信号,频率信号稳定在1 Hz以内。     

一种宽量程气压传感器的接口电路设计与测试标定

高空探测气压传感器,其特点是测量量程宽,满足常压到极低压(10 hPa)测量,因此,专用型压阻式气压传感器输出信号检测与数模转换接口电路的设计,是推广高空探测气压传感器应用的关键技术之一,具有十分重要的现实意义和广阔的使用前景。本文针对宽量程检测特点设计了压阻式气压传感器专用接口电路,解决了传感器微小电阻变化量的检测问题,并对传感器性能进行测试分析与标定,可实现传感器全量程误差不超过2.6 hPa,并实现数字化输出,完成传感器接口电路设计。     

高精度硅压阻式气压传感器系统设计

为了消除环境温度对硅压阻式传感器输出的影响,大幅提升硅压阻式传感器的测量精度,将传感器芯片与热源和测温原件封装在一起,通过控制加热的方式使传感器工作在恒定50℃的环境中,对传感器进行线性标定和测试.结果显示:在-45～45℃环境下,600～1 100 hPa量程内气压传感器的测量误差小于0.3 hPa.     

振管式结冰检测传感器设计优化及改进

针对当前的振管式结冰检测传感器只具有结冰阈值报警功能,缺乏冰层厚度测量能力等缺点,列传感器进行改进和优化设计.使用扫频电路代替LC谐振电路,以提供稳定的激振信号;通过多项式目标函数法,将被测频率、环境温度以及冰层厚度结合起来,实现对冰层厚度的准确检测.对改进后的样品进行了性能测试,结果显示该传感器稳定性有显著提升,同时实现了对冰层厚度的准确测量,冰层厚度测量误差小于0.15mm,证实了设计的正确性.     

Electrothermal frequency tuning of folded and coupled vibratingmicromechanical resonators

The use of constrained thermal expansion to tune the resonant frequency of vibrating micromechanical resonators is explored. A simple model is developed to predict the power sensitivity obtained with folded and unfolded geometries, including the effects of electrothermal heating, and conduction and convection cooling. It is shown that the sensitivity of folded structures can change sign as the ambient gas pressure is lowered in contrast to the behavior of unfolded structures. Tuning is then by tensile axial stress rather than compressive stress. Using folded laterally resonant bulk-micromachined comb-drive electrostatic actuators, tuning ranges of -25% and +50% are obtained (at atmospheric pressure and at 10 mTorr, respectively, with powers of 10 and 1.5 mW, respectively). A nested coupled resonator is then presented in which the frequency of one resonator may be tuned without effecting that of the other, thus allowing frequency matching to be obtained     

基于延迟线理论的新型无源声表面波传感器研究

基于声表面波的延迟线理论,设计出一款新型的无线无源SAW温度和压力混合传感器.该传感器中温度对信号的影响掺杂在检测压力变化的信号中,通过引入权重因子,把压力信号从温度和压力共同影响的混合信号中分离出来,从而达到温度和压力同时检测的目的.此设计充分利用了IDT的转换能量,减少了信号之间的干扰,并对IDT及反射器进行优化设计,提高了传感器的灵敏度.此传感器具有无线无源等特点,适合在复杂环境下工作.     

静电激励硅微机械谐振压力传感器设计

设计了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器,采用改进的侧向动平衡双端固支音叉谐振器,利用基于绝缘体上硅的加工工艺制作。为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了全新的桁架结构。针对传感器检测信号微弱和同频干扰严重的特点,在芯体和接口电路设计中采取添加屏蔽电极、降低交流驱动电压幅值、差动电容检测和高频载波调制解调方案等多项措施。同时基于该接口电路设计了开环测试系统,并在常压封装条件下对传感器进行了初步性能测试。实验结果表明:其基础谐振频率为33.886 kHz,振动品质因数为1222;测量范围为表压0~280 kPa,非线性为0.018%FS,迟滞为0.176%FS,重复性为0.213%FS;在-20~60℃的温度范围内,谐振器的平均温度漂移为-0.037%/℃。     

基于基片集成波导和消逝模谐振腔的压力传感器设计

提出一种新型的基于基片集成波导和消失模谐振腔的压力传感结构。设计了圆形空腔,当施加外界压力时,圆形空腔发生形变从而使谐振腔谐振频率变化。采用共面波导线对谐振腔进行耦合馈电并将频率信号传输出来。通过读取传感器的回波损耗参数( S11)来表征压力与频率的关系。利用高频仿真软件HFSS对谐振腔进行了仿真设计和优化,设计尺寸为30 mm×30 mm×1.93 mm,与传统谐振腔相比体积明显减小。传感器基底为Rogers 4003C板材,采用PCB技术进行加工。搭建压力测试平台对传感器进行测试,结果表明在0~3 N的压力范围内变化100 MHz,绝对灵敏度为25 MHz/N。仿真和实测结果比较吻合,验证了所设计压力结构的有效性。     

放入式电子测压器的校准技术研究

电子测压器是理想的火炮膛压测试仪器,用经过静态标定的测压器测得的火炮膛压峰值与铜柱测压器测得的峰值相比散布很大.究其原因可能是选用的压力传感器的带宽无法完全覆盖膛压信号的带宽,也可能是火炮发射时的恶劣环境改变了传感器的动态特性.针对上述问题,通过准δ函数校准法得出压力传感器的频响特性完全满足测量膛压的要求.设计了模拟膛压校准装置,能模拟火炮膛内高温高压环境,产生幅值在80 MPa~800 MPa,脉宽在10 ms~20 ms的压力信号.实弹测试数据表明,经过模拟应用环境校准后的测压器所测压力峰值分布稳定性好、置信度高.     

基于双处理器架构的地层压力测控系统设计

针对地层压力随钻测量困难、耗时等问题,以及工具下入困难、工具遇卡等潜在风险,提出了一种基于双处理器的随钻地层压力测量控制系统。在随钻过程中通过压力传感器测量井下压力,由主处理器TMS320F2812对地层压力值进行采集与处理;从处理器ATMEGA8对电磁阀进行智能控制,实现分流器、换向器与执行机构的协调配合,从而获得实时地层压力数据。实验结果表明：该系统实现了在井下高温、高压和强干扰的恶劣环境下对压力信号进行采集、分析、传输和存储,系统设计合理并具有较好的抗干扰性与实用性。     

Microelectromechanical filters for signal processing

Microelectromechanical filters based on coupled lateral microresonators are demonstrated. This new class of microelectromechanical systems (MEMS) has potential signal-processing applications for filters which require narrow bandwidth (high Q), good signal-to-noise ratio, and stable temperature and aging characteristics. Microfilters presented in this paper are made by surface-micromachining technologies and tested by using an off-chip modulation technique. The frequency range of these filters is from approximately 5 kHz to on the order of 1 MHz for polysilicon microstructures with suspension beams having a 2-μm-square cross section. A series-coupled resonator pair, designed for operation at atmospheric pressure, has a measured center frequency of 18.7 kHz and a pass bandwidth of 1.2 kHz. A planar hermetic sealing process has been developed to enable high quality factors for these mechanical filters and make possible wafer-level vacuum encapsulations. This process uses a low-stress silicon nitride shell for vacuum sealing, and experimental results show that a measured quality factor of 2200 for comb-shape microresonators can be achieved