基于复合能量自供电的河流监测传感器节点设计

设计与制作了一种应用于河流监测的自供电传感器节点,主要利用压电-光电复合能量收集装置及相匹配的能量管理与存储电路采集河流振动能和自然界光能.压电能量采集单元使用新颖的球形嵌套结构,适用于微弱压电与光电能量的采集电路利用施密特触发器控制充电.实验测试表明,一个压电球单独充电时的输出功率达到57.7μW,内置的太阳能光伏板在通常情况下一天的平均输出功率为61.1μW,系统连接5个能量球时,平均功率至少为594.0μW.无线传感器节点能测量河流环境的水位、水流量和湿度等,在低功耗模式下每天平均功耗为449.5μW.从能量收支平衡来看,利用水流振动能与太阳能复合互补供电的无线传感器节点可长期自我维持,无需额外电池或备用电源,具有一定的应用参考价值.     

GA-BP神经网络在气压式相对高度计中的应用研究

为了提高相对高度测量的精确性,研究并实现了一种基于气压传感器阵列式测量和遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络数据融合处理的高精度气压式相对高度计,给出了相应的硬件结构和软件设计。结合实验测量的数据和相关文献的数据,从准确性、稳定性和通用性的角度对GA-BP神经网络、传统BP神经网络以及标准计算公式在气压式相对高度计中应用的性能进行了对比分析。研究结果表明,本文提出的基于GA-BP神经网络的相对高度计具有更高的测量精度、更高的稳定性和更好的推广能力,能够满足日常相对高度的实时测量需求。     

基于压电俘能器的自供电步态检测系统设计

鉴于压电元件既能感测压力动态变化,又能实现能量转换,采用两种压电模块设计了一款低成本、可穿戴、可自供电的步态检测系统.以矩形双晶陶瓷压电片作为压电俘能器能量转化单元,将人体运动机械能转换成电能,并利用其为步态检测系统供电;以柔性PVDF压电薄膜作为足底压力检测单元,完成人体站立、行走、跑步、跌倒等基本步态信息的检测.实...     

基于计算流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差修正方法

高空大气温度是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,随着对防灾减灾和应对气候变化能力要求的提高,希望探空温度传感器的准确度达到0.1℃量级,而太阳辐射引起的误差可达3℃量级甚至更高,已成为制约探空温度观测精度提高的瓶颈.本文利用计算流体动力学(CFD)方法对探空温度传感器从地面到32 km高空不同气压和多种引线夹角以及太阳高度角条件下的辐射误差效应进行求解,获得了辐射误差—海拔高度曲线族.研究结果表明,引线夹角以及太阳高度角是太阳辐射误差的重要影响因子.海拔高度与太阳辐射误差之间呈现出随海拔高度的增加斜率不断增大的类抛物线关系.     

一种高增益带宽积高摆率运算跨导放大器

运算放大器(OTA)是模拟和混合信号集成电路中重要的构成模块，在各类电路中有着广泛的应用，人们希望运算放大器能以低电源电压运行的同时保持高增益带宽积，这就对运算放大器的性能提出了一定的要求，对此，基于折叠式共源共栅结构提出了一种高增益带宽积高摆率的运算跨导放大器。该OTA基于0.18μm CMOS工艺设计，电路主要包含自适应偏置电路、反馈回路、折叠式共源共栅运算放大器等模块，利用自适应偏置电路代替差分输入对的尾电流源，提升动态电流和增益带宽积，通过反馈回路进一步提升电路性能。利用Cadence软件对电路进行仿真，仿真结果表明，在其他指标变化不大的前提下，该运放的增益带宽积和摆率相较于传统的折叠式共源共栅结构分别约提升了9倍和10倍。     

激光衍射法测量粒子群窄分布反演优化算法

针对激光衍射法中粒子群窄分布反演普遍存在峰位粒径定位不准及峰值偏差较大的问题,提出了一种适合粒子群窄分布的二次分环反演遗传优化算法.大量数值模拟计算结果表明:应用优化算法反演的粒度分布曲线与实际粒度分布曲线的一致性得到显著提高,在1~140 μm量程内,粒子群窄分布的峰值粒径定位准确,与实际值相比差值小于1 μm,且峰值的精度得到大幅提高,相对误差减小到10％左右.     

一种无比较器的高精度RC振荡器设计

基于华虹0.18μm CMOS工艺，设计了一种无比较器的低温漂高精度RC振荡器。通过调整电流源的负温度系数电流补偿MOSFET阈值电压的温漂，保证输出频率在大温度范围内的高稳定性。通过提高电流源输出阻抗，提高振荡器的电压稳定性。采用数字修调技术矫正工艺偏差引起的频率误差。该振荡器由启动电路、CTAT电流源电路、电流镜电路、修调电路、竞争冒险消除电路和RC振荡电路六部分构成。因为没有采用比较器结构，所以在该振荡器中，不会出现由于比较器的传输延时与输入失调电压引起的非理想因素。采用Cadence进行电路仿真与验证，后仿真结果表明，该振荡器的典型频率为2 MHz,起振时间为5.1μs。在3～5 V电源电压变化范围内，频率偏差均在±0.55%以内；在-40～125℃温度范围内，输出频率随温度的变化率均在±1.2%以内，可适用于高精度的数模混合信号芯片。