调幅式电容位移传感器的峰值检波电路设计

针对调幅式电容位移传感器解调过程中由系统不确定相移导致的信号解调不准确问题,提出了一种基于改进的峰值保持电路的调幅式电容位移传感测量方法。首先,分析了调幅式电容位移传感器及其检测电路的工作原理,在研究调幅信号附加相移产生机理的基础上,提出了延迟反馈式峰值保持电路,用以去除附加相移对峰值解调的影响。然后,设计并制作了调幅式电容位移传感器,并对其各个性能指标进行了测试。最后,对实验结果和误差进行了分析。实验显示,提出的峰值保持电路的输出线性度优于0.05%,制作的传感器在0～25μm内数据测量稳定性优于10nm/30min,传感器测量偏差最大值为36nm。结果表明,采用延迟反馈型峰值保持电路有效地解决了系统不确定相移带来的峰值检波不准确的问题,所制作的电容传感器满足了高精度测量的要求。     

新型运载火箭中电容式液位传感器接口专用集成电路

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能,设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先,完成了整体电路的系统级设计,实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测,将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后,对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后,采用0.5μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片,并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示,芯片电容检测非线性为0.005%,输出噪声密度3.7aF/Hz~(1/2)(待测电容40pF),电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40pF,待测电容40pF,1σ,1h),输出零位温度系数4.5μV/℃。测试结果证明,该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准,可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。     

一种新型地球物理电容性电场传感器研究

当前在地球物理勘探中使用的电场传感器探头—不极化电极存在一些不足,如要求电极具有较低的接地阻抗,这使其在沙漠、冻土、戈壁等高阻区应用较为困难。分析了电场传感器系统的等效电路,指出低频电容性电场传感器应用在地球物理电法勘探中的可能性,并设计出一种低频电容性电场传感器,该电场传感器可直接放置于地面,进行地电场的测量。为提高电场传感器测量的准确性,采用输入电容中和技术以抑制耦合电容变化所带来的测量误差。该电场传感器工作频率为0.1~1kH z。外场测试表明,该电场传感器具备准确测量地电场信号的能力,在工作频率范围内获得与不极化电极相似的测量结果,幅值差异小于5%。该电场传感器在高阻区的地球物理勘探领域具有较好的应用前景。     

时分复用数字闭环电容式微加速度计接口电路

为实现电容式微加速度计的数字输出闭环,设计了一种数字输出闭环ASIC(Application Specific Integrated Circuit)接口电路,以降低电路输出噪声并提高测量量程。对已有的电容式微加速度计ASIC电路进行了改进,分时段在中间极板上加载差分电容读出信号和由脉宽调变(PWM)波控制的反馈信号,然后由控制器实现闭环,利用Sigma Delta调制器实现模数转换。通过分析差分电容读出电路和Sigma Delta调制器的原理和特性,建立了该数字输出闭环电容式微加速度计的模型,进行了系统的设计与仿真。实验结果表明,该数字输出闭环电容式微加速度计的噪声水平为9.6μg/√Hz,量程为±3g。这些结果验证了时分复用方案的可行性和本文所提出模型的正确性。     

单一平面电容传感器原理与应用

本文阐述了电容极板放置在单一平面电容传感器工作原理与敏感部分的3种等效电路,及这种电路引入拉氏运算子阻抗Zx(s)后的分析方法,容抗频率（Cx/fx)变换电路,给出了简易廉价高性能的配套单片机数据处理与数码显示以及此种传感器在多方面的应用。     

基于梳状式电容传感器的滑油磨粒检测方法

航空发动机旋转部件的磨损是影响其寿命的重要因素,而滑油内磨粒的参数能直接反映部件的磨损状态,磨粒监测已是发动机智能诊断的关键技术。提出一种梳状式电容传感器,采用内置多平行板电极结构,分析磨粒检测机理,通过数值模拟分析结构优化方向,确定最佳参数。搭建实验平台进行试验,结果表明,当铁磨粒直径从0.3 mm增至0.9 mm时,电容差值从3 Ff增至17 Ff;当磨粒个数从1增至4时,差值与数量近似成正线性关系,最大增幅在200%～350%左右;电源频率从10 kHz增至100 kHz时,差值降幅在36%～67%。研究表明梳状电容传感器内部电场均匀度较好,利于提高结果一致性与磨粒检出率,可在10 mm管路中检测200μm以上的磨粒,具有较好的区分度,可为航空发动机滑油磨粒监测研究提供技术支持。     

激波探测系统传感器信号调理电路设计

采用压电式传感器测量激波信号时,由于其检测到的激波声压信号弱,输出为微电流,一般的信号调理电路不能满足要求,基于此问题,开展针对激波的信号调理电路的研究,该电路主要由电荷放大电路、带通滤波电路、输出放大电路等组成,其中带通滤波器的带宽设计为3～8 kHz,选用高精度单片运放OP07实现;电荷放大电路选用高阻、低偏置电流...     

CPLD在数字式容栅位移系统设计与测试中的应用

介绍了CPLD在数字式容栅位移系统设计和测试中的应用、数字式容栅位移系统的工作原理,以及CPLD和MCS-51单片机接口组成的辨向电路的设计与代码。     

用于火炮膛内压力测试的电容式传感器的设计

通过研究目前火炮膛压测试中所存在的问题--传感器安装结构与测压器小体积之间的矛盾,设计了一种新的用于火炮膛压测试的电容式压力传感器,由电路筒作为固定电极,测压器壳体作为可动电极形成极间距离为0.5 mm的同轴圆筒电容变换器,它的固有频率达到52.665 kHz,灵敏度为0.009 9 pF/MPa,压力测量范围是0-600 MPa,论文详细阐述了电容式压力传感器的工作原理,结构设计,利用有限元软件ANASYS对其力学特性及热学特性进行了仿真模拟,并做了性能测试.试验结果表明:电容值和所受压力近似成线性关系,且具有良好的稳定性.     

基于单一敏感质量的三轴电容加速度计的设计

设计了一种单一敏感质量的三轴电容加速度计。该器件采用全差分电容的检测方法,满足了灵敏度的设计要求并解决了三轴的交叉耦合问题,其独特的单一敏感质量结构减小了器件的整体尺寸,降低了成本。器件由外延多晶硅工艺实现了18μm的厚度制作,降低了热机械噪声,增大了检测电容,提高了灵敏度、分辨率和可靠性。ANSYS仿真结果表明,器件在3个轴向的灵敏度一致性好,抗干扰,测试结果和理论分析相符。该加速度计结构工艺简单,在消费电子领域有较好的应用前景。     

电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。     

应用在拼接镜面中的电容位移传感器的结构性误差分析及校正

分析了子镜运动和电容传感器极板运动之间的理论关系并探讨了电容位移传感器读数的"结构性"误差的处理方法。基于电容位移传感器的工作原理,对极板为圆形的电容位移传感器提出了采用以位移的测量值和子镜转角为自变量的多项式拟合的校正方法。计算表明该误差处理和校正方法是简洁可行的。对于转角的拟合只需2阶,同时位移测量值只需4阶的多项式进行拟合即可使输出位移达到3 nm的精度。进一步分析表明,直接使用位移传感器读数计算极板转角,并对误差的主动校正控制非常有利于该多项式拟合,可一次性达到优于5 nm的校正误差,完全满足拼接镜面主动光学工程应用的技术要求。     

双斜波法测量微小电容电路的研究与设计

微小电容的测量技术成为电容传感器技术被广泛应用的关键,针对目前小电容测量电路存在的问题,提出一种基于测量三角波斜度的小电容检测方法,采用PIC单片机为主的测量电路,电容检测分辨率可达0.005pF。此小电容测量系统具有高精度和稳定度、测量范围广、测量时间短的特点,适合于实时可视化测量。     

磁轴承功率放大器空间矢量脉宽调制算法的占空比限制策略

传统的磁轴承功率放大器使用一个H桥控制一个线圈,为减少桥臂数量,可通过矢量控制技术共用部分桥臂。研究了一种使用三个桥臂同时控制两个线圈的功率放大器,通过FPGA实现了空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,将绝缘栅双极型晶体管的使用数量减少了25%。针对实际运行过程中可能出现的功率放大器指令信号超出跟踪范围的情况,通过分析三桥臂电路功率放大器的跟踪范围,指出沿用传统的占空比限制策略将导致功率放大器的性能无法被完全利用,使失真增大。本文改进了传统的占空比限制策略,使功率放大器的性能利用率达到了100%,最高可完全消除一路线圈的失真,并在此基础上提出了两种性能不同的占空比限制策略。实验结果表明:指令信号在跟踪范围内时,功放跟踪效果良好;超出跟踪范围后,两限制策略均有效且达到了设计性能。     

双螺线圈式液压油微污染物检测传感器

设计了一种多参数的油液污染物检测传感器,该传感器在单螺线圈电感式传感器的基础上,增加了一个螺线管线圈,可以进行电感检测和电容检测。电感检测可以区分油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒;电容检测可以区分油液中水和空气。相对于传统单线圈式传感器,本次设计不仅实现了油液污染物的多参数检测,同时采用线径更小、匝数更多的螺线圈,增加了传感器的检测灵敏度。利用该传感器搭建的实验平台进行检测实验:电感检测时可以检测直径大于20μm的铁颗粒和直径大于80μm的铜颗粒;电容检测时可以检测直径大于90～100μm水滴和直径大于160～170μm气泡。该设计研究为油液污染物快速检测提供了一种新的方法,对于机械设备故障诊断与寿命预测等领域具有一定的意义。     

电容式加速度计读出电路芯片设计

针对实验室的差分电容变化量为fF量级、频带宽度为0~20kHz的电容式加速度计,设计了一种可以有效减少噪声、失调电压和寄生电容影响的读出电路。该电路由开关电容积分电路、低噪声运放和单位增益采样保持电路组成。在0.5μm 2P3MCMOS工艺下完成该电路设计,通过仿真结果表明,该电路的输出电压与差分电容变化量成很好的线性关系,可以检测差分电容变化量达到fF量级。     

48V/500A全数字交流调速控制器主电路及保护电路的设计

随着电力电子技术及大规模集成电路的发展,基于集成SPWM电路构成的变频调速系统以其结构简单、运行可靠、节能效果显著等突出优点以及先进的IGBT技术得到广泛应用。本文介绍48 V/500 A全数字交流调速控制器主电路及其保护电路的设计。     

Non-destructive stiffness detection of utility wooden poles using wireless MEMS sensor

This paper presents the design of a portable wireless measurement system for the non-destructive stiffness detection of wooden poles using MEMS sensor. Low cost capacitive micro-machined accelerometer is mounted on the surface of wooden poles and data collected from the vibrating wooden poles are used for the stiffness analysis of wooden poles. Fast Fourier transform is applied to the collected acceleration data records and the largest spectral peak is identified based on the estimated frequency spectrum. The relationship between the stiffness of a wooden pole and the largest spectral peak is provided. Health conditions of wooden poles are then derived based on the identified spectral peak. Fuzzy logic is also used to solve the problem of small samples. Experimental results and the accuracy of the method are also presented.     

一种实用温度测量电路的设计

介绍采用铂热电阻、集成化铂热电阻信号调理器、A/D转换器、LED显示器以及其它器件设计的一种实用温度测量电路。详细阐述电路的组成、工作原理、各部分电路分析、选择参数等。该电路具有测量范围宽、精度高、结构简单、价格低廉等特点。     

基于多注意力Faster RCNN的噪声干扰下印刷电路板缺陷检测

针对工业环境中噪声干扰导致的印刷电路板缺陷检测困难的问题,提出基于多注意力Faster RCNN的印刷电路板缺陷检测方法,分别于特征提取以及特征融合部分引入注意力机制以获得具有抗干扰能力的特征表示,提升检测效果.首先使用分离注意力网络提取缺陷特征,使网络自动关注到缺陷特征,以降低噪声干扰的影响;其次,使用平衡特征金字塔...