基于AGC闭环控制的谐振式压力传感器驱动仿真及接口电路设计

谐振式压力传感器利用正反馈原理,构成包括机械谐振子在内的机电一体的高品质闭环谐振系统,闭环拓扑结构对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用。本文针对一种典型结构的静电驱动电容检测谐振式压力传感器,在分析工作原理的基础上,构建了其行为级闭环自激仿真模型,在MATLAB中对自激回路的起振情况进行了仿真;最后设计了基于AGC的闭环控制电路。     

谐振式压力传感器驱动仿真研究

谐振式传感器由于其重量轻、精度高、响应快在压力测量领域获得了飞速发展,传感器的构成包括机械谐振子在内的机电一体的谐振系统,而驱动系统对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用.本文针对一种典型结构的谐振式压力传感器,分析比较了不同的闭环驱动结构,最后构建了其行为级闭环自激仿真模型,在MATLAB中对自激回路的起振情况进行了仿真;验证了AGC对压力传感器幅度与频率的双重跟踪性.     

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%.     

微型硅谐振式压力传感器的研制

利用微电子机械加工技术成功地研制出电热激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器。传感器的谐振器的品质因素Q值在真空中大于 10 0 0 0。采用特殊闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性 ,压力测试范围 0～ 40 0kPa ,线性相关系数 0 .9999,测试精度优于 0 .1%FS。     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

基于SOI-MEMS工艺的谐振式压力传感器研究

提出了一种电磁激励、差分检测的谐振式MEMS压力传感器,该器件采用低电阻率的SOI器件层单晶硅制作“H”型谐振梁,并作为激励和检测电极。根据对传感器数学模型的分析,利用有限元分析方法优化了传感器结构设计。采用等离子深刻蚀制作传感器结构,并用湿法腐蚀SOI二氧化硅层的方法释放。利用硅-玻璃阳极键合技术,实现了传感器的圆片级真空封装。采用开环扫描检测和闭环自激振荡方式,测定压力传感器的特性。实验结果表明：传感器一致性良好,在500~1100hPa的检测范围内,差分检测灵敏度为14.96Hz/hPa,线性相关系数为0.999996。     

微结构谐振梁式压力传感器研究

利用微电子机械加工技术成功地研制出电势激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器,传感器的谐振器的品质因素Ｑ值大于１７０００。采用扫描检测方式和闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性,其压力测试范围为０￣４００ｋＰａ,线性相关系数为０．９９９９５,测试精度小于０。０６％Ｆ．Ｓ。     

热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统

讨论了一 执 式硅微结构压力传感器闭环系统。该谐振式硅微结构压力传感器以方形硅膜片作为一次敏感元件;硅梁作为二次敏感元件。在硅梁谐振子的中部设置一电阻,作为热激励单元;在梁的要部设置一压敏电阻,作为拾振单元。基于该夺式硅微结构压力传感器敏感机理,分析了信号的相互转换,给出传感器闭环系统实现的条件。     

微机械振动陀螺仪闭环驱动电路分析与设计

为了提高微机械振动陀螺仪输出信号的灵敏度,通常要求驱动信号频率与陀螺仪驱动模态的谐振频率相匹配,且驱动信号幅值稳定.驱动电压信号要满足这些要求,必须采用闭环驱动方式.完整地推导了闭环驱动电路的内在机理,探讨了自激振荡与锁相环两种实现方式,并给出了具体的电路原理框图.     

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。     

MEMS振动陀螺闭环自激驱动的理论分析及数值仿真

对采用AGC(automatic gain control)控制实现的陀螺闭环自激驱动系统进行了理论分析,利用平均技术和相平面法求解出了MEMS振动陀螺闭环自激驱动系统的起振条件以及幅度稳定条件的解析表达式,并进行了数值仿真验证。在该闭环驱动系统中,通过引入PI控制器消除了振动幅度控制的稳态误差。仿真结果很好地吻合了理论分析,理论分析结果可用于指导自激驱动系统的硬件实现。     

MEMS氮化钛谐振式压力传感器研究

提出了一种基于TiN双谐振梁结构的MEMS谐振式压力传感器,利用TiN谐振梁的谐振频率与被测压力的关系进行压力测量。针对传感器的敏感结构建立了数学模型,通过理论分析和ANSYS有限元软件的模拟,得出了谐振梁长度的变化范围和谐振梁的结构参数,并确定了TiN谐振梁在矩形压力膜上方的最佳位置。这对传感器的结构设计具有重要的指导意义。     

Micro devices for a cerebrospinal fluid (CSF) shunt system

This paper reports a novel cerebrospinal fluid (CSF) shunt system for the hydrocephalus patients. The CSF shunt system consists of a micro telemetry pressure sensor, an electromagnetic micropump and a controller. The pressure sensor has a flexible p+ diaphragm and a planar copper coil that construct an LC resonant circuit. The cerebrospinal pressure is measured from the phase shift at the resonance frequency. The micropump consists of an actuator diaphragm and a pair of passive valves. Each device is fabricated by micromachining technology and tested to obtain the characteristic. The feasibility of the proposed shunt system is evaluated with the in vitro performance test.     

基于压力传感器的自动化系统设计

通过对各种压力传感器的比较说明,了解传感器的优缺点,以选择合理的压力传感器来配合自动化系统的设计。以单片机为核心的系统控制器,通过电磁阀控制电路,系统实现根据设定的条件自动调节的目的。     

微机械振动电场传感器闭环自激驱动建模及系统仿真

本文针对微机械振动电场传感器灵敏度受驱动控制电路参数和谐振频率漂移影响问题,利用平均周期法对不同闭环自激驱动下微机械电场传感器的灵敏度进行了建模分析,理论和仿真分析表明：加入满足约束条件的PI控制器,灵敏度变化与屏蔽层固有谐振频率漂移和品质因数变化无关;加入满足约束条件的PI控制器比没有PI控制器的灵敏度大;PI控制器的参数不满足约束关系,输出电压不稳定,输出失真。     

气象观测用气压传感器误差自校准系统设计

针对用于气象观测的气压传感器手动误差调整方式通用性差、效率低等问题,设计了用于目标传感器误差调整的误差自校准系统;研发的传感器误差自校准软件配合自主设计的传感器多通道转换器与压力控制器、气压标准器,可同时完成8个通道气压传感器的误差自动调整任务;实际测试中,系统在1小时内完成了8通道传感器的误差自动调整,经过调整后的各通道传感器的误差绝对值均未超过0.05 hPa,远小于传感器出厂的最大允许误差±0.25 hpa及规范要求的±0.30 hPa误差范围,提升了传感器误差调整工作效率的同时,有利于提高气压观测数据质量。     

电涡流传感器在混合悬浮控制器中的应用

位移信号传感器作为磁悬浮系统的一个信号采样装置,用来检测悬浮磁铁的位移信号,并将该信号传送给控制器,作为控制器进行控制和调节的参考信号,位移传感器工作性能的好坏将决定着整个控制系统能否正常工作。介绍了电涡流传感器的工作原理、结构及其在混合悬浮控制器中的应用。实验结果表明：电涡流传感器应用于混合悬浮控制器中,灵敏度高,结构简单,抗干扰能力强,为进一步提高混合悬浮控制系统的精度给出了新的途径。     

Background estimation under rapid gain change in thermal imagery

We consider detection of moving ground vehicles in airborne sequences recorded by a thermal sensor with automatic gain control, using an approach that integrates dense optic flow over time to maintain a model of background appearance and a foreground occlusion layer mask. However, the automatic gain control of the thermal sensor introduces rapid changes in intensity that makes this difficult. In this paper we show that an intensity-clipped affine model of sensor gain is sufficient to describe the behavior of our thermal sensor. We develop a method for gain estimation and compensation that uses sparse flow of corner features to compute the affine background scene motion that brings pairs of frames into alignment prior to estimating change in pixel brightness. Dense optic flow and background appearance modeling is then performed on these motion-compensated and brightness-compensated frames. Experimental results demonstrate that the resulting algorithm can segment ground vehicles from thermal airborne video while building a mosaic of the background layer, despite the presence of rapid gain changes.     

扩散硅谐振式压力传感器同频干扰的建模与消除

为简化谐振式微机械压力传感器的制备工艺,提出了一种采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器,并采用电磁激励实现传感器的闭环控制.实验中发现:由于采用扩散硅材料,传感器受到较为严重的同频干扰影响,因此,消除传感器的同频干扰成为需要解决的一个主要问题.通过对采用扩散硅作为谐振梁的压力传感器微结构进行分析,建立了传感器主要噪声来源同频干扰的等效电路模型,据此提出一种新的不对称双端激励解决方法.实验结果表明,该方法可有效地降低传感器的同频干扰,传感器的信噪比由1.53提高至35,为传感器闭环激励和检测提供了有效的手段.     

基于单片机的采煤机自动调高控制系统

以自然γ射线煤岩界面识别传感器煤厚测报模型为基础 ,对采煤机滚筒自动调高控制系统进行了设计 ,主要确定了系统的调高方案、硬件组成及控制器设计 ,为实现采煤机自动化建立了控制理论模型