呼吸感应体积描记系统中弱信号锁相放大模块的设计

在呼吸感应体积描记呼吸测量系统中,需要测量nV~μV级的微弱感生电压信号,而且在测量过程中,做为传感器的电感线圈容易受到测量环境,呼吸运动以外的其他运动和电子噪声等影响。为适应系统测量范围并降低噪声的影响,设计了一种基于AD630锁相放大电路微弱生理信号检测模块。该模块的锁相放大器具有大于0.96的良好线性度,能检测出传感器的感生电压信号,并分离出直流分量,有效地降低噪声对系统的影响,提高了系统测量的精度,并有望应用于其他微弱生理信号检测。     

压阻式微压力传感器结构参数设计

在研究压阻式微压力传感器的结构参数的基础上,根据传感器的灵敏度与线性度特点,设计了一种量程为200 kPa的微压力传感器.在满足计算要求的条件下,对该传感器的每一个参数进行ANSYS仿真;并根据灵敏度、线性度及制作工艺的难易程度选择这些参数的最佳值.仿真结果表明,该设计方法对微压力传感器的研制具有一定的参考价值.     

离子迁移谱电信号前置放大电路的设计与仿真

离子迁移谱产生的电流信号幅度为pA级,往往淹没在强噪声中难以用常规的仪器测量出来,为了检测如此微弱的电流信号,前置级放大电路是最关键的环节,其设计优劣直接关系到信号数据采集系统的精度.本文采用锁定放大技术的原理,根据OPA128芯片的特点,提出了信号检测的方法和前置放大电路的设计.经过Multisim10软件仿真,该电路检测pA级微电流,误差不超过4.4%,在测量范围内有较好的线性度,满足检测离子迁移谱微电流的要求.该电路也对低频微弱电信号以及直流信号的放大都具有一定的参考价值.     

基于SOI压阻式噪声传感器的声学动态特性分析与设计

针对绝缘体上硅(SOI)压阻式噪声传感器的动态测量问题,利用声学特性分析基础进行声学结构设计,以保证噪声传感器的频响特性.设计了一种SOI感声膜芯片及与声腔结构构成的声敏感结构,通过调整结构参数可达到调整声腔的频率特性的目的.测试结果表明:噪声传感器具有良好的动态检测特性.     

声表面波微力传感器信号处理电路的设计与仿真

随着声表面波微力传感的应用领域不断扩展,其测量性能的要求随之提高.针对高频信号稳定性、噪声干扰抑制以及测量灵敏度方面的问题,基于反馈原理设计声表面波振荡电路;针对高频信号难以测量的问题,采用混频检测法实现高频-中频信号的转化;针对混频后高频谐波分量干扰问题,基于Ⅱ型切比雪夫滤波器设计具有平稳增益、衰减带下降快的低通滤波电路;并搭建整形电路以供处理器对敏感参数进行识别.仿真分析表明,该研究优化了声表面波微力传感器的测量性能,对其应用领域的拓展具有一定的意义.     

智能电网监测传感器设计与研究

本文提出了一种基于铁芯优化的分布式智能电网监测传感器,该传感器取能效率高同时具有较高的信号采集精度,并具有方便工程安装,使用寿命长的特点。建立监测传感器的数学模型,分析传感器铁芯引入气隙后测量后误差形成的机理,并对其进行仿真优化。根据传感器工作原理全面设计了传感器的采样取能电路和整体结构,保障其在野外恶劣环境中,长时间使用。制作了传感器样机并进行实验验证,结果表明,优化后的传感器,最小启动电流2 A可正常取能运行,比差测量精度达0.2级,角差的测量精度达到1级且具有良好的线性度。     

基于信号重构技术的FBG加速度测量系统研究

采用连续波调频,结合波分复用技术设计了基于小波滤波的光纤光栅加速度测量系统,提出压应力和拉应力同时实施的双光栅加速度测量探头的结构,选用其中心反射波长之差为传感信号,既消除了温度噪声对传感信号的干扰,又提高了测量的灵敏度和分辨率.应用小波信号处理方法,不仅实现了波长绝对编码,而且实现了微加速度信号的重构.所设计的测量系统具有结构简单、扫描频率高、分辨率好、线性度好等优点.     

新型ABS车轮轮速传感器

车轮轮速传感器是ABS的重要组成部分,准确可靠的轮速信号是ABS进行有效控制的前提.介绍了一种新型ABS轮速传感器的设计,利用MATLAB编程对其输出特性进行了数字仿真,通过试验测定了传感器的输出特性.理论分析和仿真结果表明:这种新型传感器线性度较好、下限输出频率低、输出信号幅值大.     

基于自适应滤波的MEMS姿态确定方法

针对消费类电子设备对姿态测量系统的需求,本文提出了一种基于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的九轴姿态确定算法.针对实际系统中传感器量测噪声未知的情况,首先介绍了一种基于矢量观测器的矩阵Kalman滤波姿态确定算法,然后利用残差匹配技术,设计了一种基于残差匹配的自适应滤波方法.论文采用自适应滤波对传感器量测噪声进行估计,并将估计的量测噪声代入线性矩阵Kalman滤波算法,有效解决了线性矩阵Kalman滤波需要准确量测噪声统计信息的缺陷.最后设计了仿真实验验证本文提出的算法,并将其与线性矩阵Kalman滤波算法比较.仿真结果表明,自适应矩阵Kalman滤波的姿态旋转误差角为0.6091°,标准差为0.3009°,能够有效的估计传感器量测噪声,并具有更高的姿态确定精度和稳定性.     

基于磁场调制的磁流体动力学角速度传感器

为改善磁流体动力学角速度传感器输出信噪比,提高传感器的测量分辨力,提出了一种基于磁场调制的磁流体动力学角速度传感器,采用交变磁场作为载波信号对输入传感器的角速度信号进行调幅,设计了磁路、μＶ级微弱信号预处理电路和数字相敏检波系统。仿真与实验结果表明设计的磁路能够产生幅值恒定的交变磁场,磁感应强度有效值和均匀性满足传感原理需求,电路仿真结果表明预处理电路可有效规避低频噪声干扰,数字解调系统提取信号后,信号频率误差小于0.6％,幅值误差小于0.15％。     

光纤法珀腔声传感器理论与仿真分析研究

根据干涉原理,对基于低精细度法珀腔的光纤声传感器的敏感机理进行了理论分析,明确了采用单色光源工作时需要满足正交相位点和小信号的条件。采用ANSYS软件,对敏感声波的振膜进行了预应力振动模态和预应力谐响应有限元分析,仿真了在声波作用下振膜的振动特性,以及其频率响应特性。进一步分析了光纤法珀腔声传感器的灵敏度与材料、结构、光学、电学参量的关系,以及它的动态范围。     

Design and fabrication of microtunnel and Si-diaphragm for ZnO based MEMS acoustic sensor for high SPL and low frequency application

The purpose of the paper is to design and fabricate a ZnO-based MEMS acoustic sensor for higher sound pressure level (SPL) measurement in the range of 120–200 dB and low frequency infrasonic wave detection. The thickness of silicon diaphragm was optimized for higher SPL using MEMS-CAD-Tool COVENTORWARE. The microtunnel which relates the cavity to the atmosphere was designed and simulated analytically for low cut-off frequency of the sensor in infrasonic band. The resonance frequency of the sensor was obtained using modal analysis. The sensitivity of the sensor was also estimated using COVENTORWARE. The optimized Si-diaphragm thickness for the intended SPL range was determined and found to be 50 μm. The lower cut-off frequency of the sensor for a 10 μm-deep microtunnel was found to be 0.094 Hz. The resonance frequency of the sensor was obtained using modal analysis and found to be 78.9 kHz. Based on simulation results, the MEMS acoustic sensor with 10 μm-deep microtunnel was fabricated. The optimum sensitivity of sensor was calculated using simulated results and found to be 116.4 μVolt/Pa. The lower cut-off frequency of the sensor can be utilized to detect low frequency sounds. The high SPL sensing capability of the device up to 200 dB facilitates detection of high sound pressure level in launch vehicles, rocket motors and weapons’ discharge applications.     

“中国微米纳米”一种低温制备的高灵敏度MEMS电容传声器

MEMS传声器是将声音信号转换成电信号的传感器.目前,MEMS传声器的研究主要涉及 MEMS电容传声器和MEMS压电传声器压阻传感器2种.与其它类型的MEMS传声器相比,MEMS电容传声器具有高灵敏度、高信噪比、频率响应平坦、低温度系数等突出的优点,被广泛使用在便携式设备、多媒体系统、助听器、信息采集等方面.设计和制备了一种高灵敏度的MEMS电容传声器,而且制备器件的工艺温度最高为300 ℃,可以兼容IC工艺.在本文,利用牺牲层的方法实现圆形振动薄膜,避免了方形薄膜存在的应力集中问题,并克服了干法制备圆形薄膜成本高的问题.基于聚酰亚胺材料,优化成膜工艺参数,实现低应力的圆形振动薄膜.通过设计防粘连结构,避免器件释放干燥过程中出现的薄膜粘连问题.根据振动膜应力为5 MPa,半径为2.5 mm,厚度为1 μm,电极半径为380 μm,间隙为1 μm的设计参数进行理论计算,该器件的电容在1 Pa 声压下的变化量为千分之一.与市场流通的MEMS传声器相比,高出约一个数量级,可被用于远场拾音,从信噪比极低的环境中拾取关键的声音信息.     

引压方式动态压力传感器研制

介绍了一种通过引压方式探测动态压力信号的传感器。由于受到被测介质温度高和被测环境空间尺寸小限制,传感器需要通过引压管传递动态工作压力。为了保证引压管在传递动态压力过程中不影响传感器的频响特性,设计了一种阻抗匹配结构,减小了引压结构对传感器动态响应特性的影响,保证了动压传感器的频响特性,该传感器的检测单元包括一个引压管、一个敏感元件、一个电路组件、一个阻抗匹配管。测试结果表明：动压传感器具有（31.5～8000 Hz）频响范围。     

基于声压传感器的供热管道泄漏检测

为实现对供热管道泄漏的检测,研究了基于声压传感器的供热管道泄漏检测方法。首先利用PCB公司的声压传感器和NI cDAQ搭建了实验平台,并在现场进行了泄漏检测实验;研究了长输大口径供热管道泄漏声压脉动信号特征,并对db小波、sym小波、haar小波处理含噪声管道声压信号的去噪能力进行比较。虽然在处理实验室小规模管道模型泄漏信号时db小波和sym小波取得了较好的效果,但它们无法有效滤除大口径长输供热管道泄漏信号中的噪声信号。通过对比发现,haar小波去噪方式能较好地应用于长输大口径供热管道的信号滤波中。因此,基于音波法的泄漏检测方法适用于长输大口径供热管道的泄漏检测。提出的方法对于长输大口径供热管道泄漏检测有较好的效果,在工业生产中将取得一定的经济效益。     

适用于像素CZT辐射探测器ROIC的高精度S/H电路

为了提高像素CZT辐射探测器读出电路的精度,用Cadence 的Spectre工具基于GSMC0.18 μm工艺模型模拟仿真,设计了一种适用于像素CZT辐射探测器读出电路的高精度双相采样保持电路.首先,用两个电流脉冲信号源建立了前置放大器的输出信号模型,它包括高频噪声和幅度为0.28 mV有用信号.然后,设计了一个用于高精度采样保持电路的高性能运算放大器.经过模拟仿真得到其共模输入范围为0.6～1.4 V,直流增益为74～80 dB,相位裕度大于60°.最后完成了高精度双相采样保持电路的设计,仿真结果显示它能很好的跟随输入信号的形状并且能在信号幅度达到相对误差为0.35%的采样保持精度.     

动车组司机室空调蒸发器气动噪声数值仿真

为研究动车组司机室空调蒸发器的噪声响应,建立某型司机室分体式空调蒸发器的计算流体动力学模型,采用FLUENT中的大涡模拟（large eddy simulation, LES）计算瞬态气动流场。对瞬态流场数据进行傅里叶变换,得到空气流场的频域数据。基于流场频域数据,采用Virtual.Lab的边界元法计算蒸发器的气动噪声,采用声压法计算蒸发器的辐射声功率,并与测试结果进行对比分析。结果表明：蒸发器出口位置气动噪声最高,最大声压级高于56 dB;最大声功率级出现在125~400 Hz的低频段;声功率级随着频率的增加逐渐降低,但在5 000 Hz的高频辐射中声功率级仍然超过55 dB,这表明空调蒸发器气动噪声属于宽频噪声;计算结果与测试结果吻合良好,验证声压法计算空调蒸发器气动声功率可行。     

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。     

高精度无油封压力传感器设计

设计了一种新的传感器封装方法。该方法采用双膜片结构,无油封装。压力膜片为硅-蓝宝石材料,通过硅的压阻效应,利用下膜片实现压力传递,上膜片的惠斯登电桥将感受的压力转换为电压信号。经过温度补偿,使热漂移信号大幅度降低。试验结果表明:在常温条件下,传感器准确度为0.14%FS。在-55~200℃范围内,热零点漂移为0.48×10-3%FS/℃,热灵敏度漂移为0.61×10-3%FS/℃。     

低噪声宽频带感应式磁传感器

感应式磁传感器是频率域电磁（FEM）法中使用最广泛的磁传感器,通常由感应线圈和前置放大器组成,其中前置放大电路是影响磁感应式磁传感器性能指标的核心因素。为了增加感应式磁传感器探测深度和微弱磁场信号的能力,要求前置放大电路具有宽频带、低噪声等性能。基于磁通负反馈的原理,设计并研制了斩波前置放大器,有效抑制了感应线圈的输出噪声,使感应线圈谐振频率两侧具有平坦的幅频特性曲线,拓宽了感应式传感器的响应频带。在屏蔽室内对感应式磁传感器的性能指标进行了测试,其频带范围为0.001Hz～10kHz,输入噪声为3.75nVHz（1/2）,为感应式磁传感器在实际中的应用提供了性能保障。