1D-PSD数据采集电路设计及线性度标定

本研究旨在实现光斑位移的测量,选用一维光电位置传感器(PSD),根据其工作原理及输出特性,设计并搭建了一套基于单片机的PSD信号数据采集系统。通过单片机控制HCF4052多路转换、AD7606模/数转换等实现对PSD信号的转换采集,并对PSD进行线性度标定。实验结果表明,单片机数据采集电路精度优于10μm,满足实验精度要求。标定出PSD线性度小于等于0.055%的有效距离为9~16.5mm,这为PSD应用于光电检测等方面的一系列研究奠定了基础。     

一维光学位置传感器融合的非接触多自由度位姿测量系统

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器（Position Sensitive Detector,PSD）建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统,并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路,通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理,结合单片机与A/DC采样电路,实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验,为消除环境光干扰,通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后,通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统,介绍了4-PSD的标定步骤（原点、转角、长度和二阶非线性标定）,测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率（50 Hz）。标定实验结果表明：标定后的4-PSD测量系统在70mm×70 mm内,测量精度平均为0.49 mm,比标定前降低了90%的误差,能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。     

高精度可调量程电感式位移传感器测量系统

本文根据电感传感器量程、灵敏度、分辨率和精度之间的关系,以AD598AD芯片为基础设计了电感传感器的后续处理电路。该电路配以数据采集卡和上位机采集程序,搭建了高精度可调量程的电感式位移传感器测量系统。经试验分析验证,测量误差可减小至0.74μm。     

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。     

基于STM32的碳纳米纸传感器信号采集系统设计

针对检测碳纳米纸传感器电阻值的需求,设计了一种基于STM32F407的碳纳米纸传感器多通道数据采集系统。系统以STM32F407单片机为主控芯片,经过信号的转换与放大,将碳纳米纸传感器的电阻信号转换为便于直观测量与分析的电压信号,然后经过AD7606转换成数字信号,STM32F407采集AD7606的转换结果并通过以太网接口向上位机发送,同时将采样数据存储到Micro SD卡中。采用LabVIEW设计上位机软件,实现实时数据的波形显示,同时将数据存储成TDMS数据文件。数据采集结果通过与34401A万用表所测量的电阻值进行比较,结果表明采集器的测量误差率低于2%。因此,设计的采集系统采样精度高、数据采集结果稳定可靠,满足高频数据采集的需求。     

基于单片机的分布式温度监控系统

介绍了基于凌阳61单片机的分布式温度监控系统,包括系统的硬件及软件设计。系统以PC机为上位机,单片机控制模块作为下位机,通过RS485总线实现上、下位机通信,通过VB6.0绘制上位机界面。讨论了单片机控制系统、信号采集、通信模块以及软硬件设计,实现了对工业现场的分布式温度监控。     

C8051F040单片机在发动机燃油消耗仪中的应用

概述了C8051F040单片机在发动机燃油消耗仪中的应用，并介绍了以其为核心设计的油耗仪的主要特点。C8051F040单片机通过与高精度A／D转换器AD7730、压力传感器组成信号采集系统，采集到高精度的质量信号，并在单片机中对采集到的信号进行分析、处理，根据需要通过输出PWM信号控制来驱动油箱阀门的电磁阀的开闭。所设计的燃油消耗仪可以达到测量发动机油耗的目的。     

基于USB的数字压力传感器的补偿方法

介绍了压阻型扩散硅压力传感器的温漂及补偿方法,设计了一种基于USB接口传递的数字压力传感器实现温漂的数字补偿.传感器包括了压力传感器、补偿电路和上位机界面等3部分.对数字补偿的硬件电路进行了详细介绍,数字补偿电路以ATmega8单片机和FT232为核心.传感器通过采集压力传感器的输出信号,再对采集到的信号进行分析处理后将数据打包通过USB接口给上位机,压力值在上位机界面显示出来,可实现对测量压力的数字化补偿和实时传送.     

基于MSP430单片机的矿井水文测量系统设计

介绍一种基于MSP430单片机的矿井水文测量系统设计,该系统主要分为上位机和下位机两个部分.上位机部分为井上监控系统,使用Visual Basic6.0编程,通过串口转以太网NPS130模块与单片机进行通讯,接收单片机采集的数据,进行实时监测.下位机部分是井下的测量系统,是以MSP430149单片机处理器为核心,采用国产BDH6-MW485型压力探头为测量元件,把压力信号转化为电信号,送入单片机进行数据处理,并通过RS-485串口把数据传给上位机.     

基于PSD的激光跟踪测量控制系统研究

针对空间点坐标的测量问题,对激光跟踪仪、双站式经纬仪及多站式全站仪等坐标测量系统等方面进行了研究,对坐标测量原理进行了归纳,基于三角法设计了一种新型PSD激光跟踪测量系统,介绍了工作原理与实现流程,设计了应用于该测量系统的控制系统。工控机IPC、运动控制卡PCI-8134组成上位机控制系统,陀螺仪MPU6050采集角度信息、PSD处理器将数据放大、AD7606将模拟量转成数字量处理、射频模块NRF24L01发送和接收数据信息,配合嵌入式微处理器STM32进行了数据处理,共同组成了下位机数据采集系统。实验结果表明,该控制系统稳定可靠,基本满足大尺寸坐标测量的要求,并成功应用于激光跟踪测量系统。