一种电磁耦合集成角度传感器的关键模块设计

设计了一种基于电磁耦合原理的集成角度传感器.该传感器由两块电路板与一片专用信号处理芯片组成,在电路板上实现了激励线圈、接收线圈和反馈线圈的设计,通过交变电磁场之间的电磁耦合完成角度信息的转换.传感器芯片设有增益编程模式、零度标定模式,可消除制作工艺与装配过程带来的误差,并实现零度标定;以CORDIC算法为核心设计了角度解码电路,经过误差补偿,大大减小了CORDIC算法在反正弦运算中的误差.经实验测试,数字电路组成的关键模块工作正确,其角度解码范围为0°～120°,误差小于0.05°,满足传感器0.5°的整体设计要求.     

基于CAV444的电容式油位传感器的设计与优化

在传统电容传感器液位测量的基础上,采用了一种基于CAV444电容-电压转换芯片的液位测量方式,在此基础上提出并验证了一种新的误差补偿方案。综述了电容传感器的工作原理,设计了电容传感器的液位测量电路。误差补偿传感器将高度补偿值转换成相应电容信号再与油位电容信号一起输入到转换电路转换成电压信号输出。实验测试证明,该测量系统性能可靠稳定,最大非线性误差1.14%,测量线性度好;误差补偿后引用误差为1.17%,测量准确度高,应用前景广泛,能够满足大多数工业现场液位测量的需求。     

应变片敏感栅结构参数对测量精度的影响

电阻应变式传感器的系统误差主要是由测量过程中的应变传递误差引起的,而这一误差的大小随着传感器敏感栅结构参数的不同而有所差异。针对这一问题,建立了由悬臂梁(被测基体)、粘结剂和应变电阻丝所组成的测量模型,运用有限元方法研究敏感栅电阻丝结构参数对测量结果的影响,同时通过实验验证了有限元分析方法的有效性。结果表明:栅长、栅间距在基体应变传递中具有中间最优值,栅丝直径越小应变传递误差越小。根据有限元分析结果给出了各结构参数对应的相对误差大小,为测量过程中电阻应变式传感器结构参数的选择和进行适当的误差补偿提供了有效参考。     

复合物空心悬臂梁的应变实验对比分析

应用电阻应变片和光纤光栅对复合空心梁的应变进行测量,同一截面的上表面对应位置的应变相同,截面下表面应变不同。传感器的灵敏度较好,线性相关性达到0.9989以上,光纤光栅和应变片传感器的应变与荷载的灵敏度23με/kg以上,光纤光栅波长与应变的灵敏度达31pm/kg,应变片的误差为1με,光纤光栅误差为0.82με。     

硅压力传感器基座受力变形时的输出性能

为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响,首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;再利用ANSYS进行分析模拟,探究了传感器基座结构变形对应变膜应力差的影响;然后针对减小基座受力变形对芯片受力的影响,对基座结构进行适当优化,并对比仿真分析的结果;最后通过实验测得优化前后的传感器输出数据.结果表明,传感器基座结构优化后,传感器硅芯片中心最大变形量从2.172μm降低到1.819μm,输出误差从0.95%下降到0.60%.     

惯性测量单元全自动简易标定台设计

针对传统惯性器件标定台价格昂贵且体积庞大的问题,该文提出了一种全自动简易标定平台.以传统“三轴嵌套”模式为基础,设计了标定台的机械结构;考虑惯性传感器中的误差因素,建立了相应的线性误差模型,通过拟合载体坐标系下的输出和IMU传感器的输出获取误差参数,得到IMU在载体坐标系下的输出;以MPU9250芯片为基础,根据六位置标定法,得出芯片中陀螺仪与加速度计的标定结果.将标定后的MPU9250与高精度的MTI-300进行了对比分析,并结合人体行走定位实验,检验了标定效果.结果表明：该文设计的简易标定台能够有效提高IMU的测量精度,与商用系统相比整个系统欧拉角测量误差均方根降低至3.5以下.     

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.     

现代传感器前置放大器设计误区与对策

结合现代传感器前置放大器构成特点,探讨了现代传感器前置放大器设计过程中的几个误区与对策.结果表明:噪声系数最小有时并不能得到最佳噪声性能;RFI整流误差是一个重要而容易被忽视的误差源;驱动电容性负载的情形常见且易振荡;芯片电源噪声(纹波)频率较高时单电容去耦无效.给出了这些问题的实用解决方法.     

基于ATT7022A的多功能电表的设计

采用高精度的电能专用计量芯片ATT7022A设计了一种电子式电能表。采用此方案测量各种电能参数，具有精度高，功能扩展方便，易于实现等优点。介绍了电能参数测量原理，详细分析了多功能电表的接口电路、软件结构、软件校表，给出了系统校表后的测量效果误差。     

基于PROFIBUS-DP的压力传感器设计

根据PROFIBUS-DP现场总线协议，采用支持该协议的专用芯片SPC3，设计了带有现场总线PROFIBUS-DP通讯接口的压力传感器的硬件电路和控制软件．传感器选用了带有温度补偿功能的高精度硅压阻式压力传感器MPX2100GP，从而提高了测量精度．该传感器具有信号采集和处理、数字通信等功能，可作为从站方便地接入PROFIBUS-DP现场总线控制系统．     

光纤光栅应变传感器的温度补偿

为建立经过钢套筒封装后的光纤光栅应变传感器的温度补偿方法,从封装传感器的微观结构出发,利用光栅与封装套筒在界面上力学作用机理推导出封装传感器的波长变化与环境温度、应变变化值之间的关系式.给出了应变传感器进行应变测量时的温度补偿公式与工程实施方案.室内的标准实验证明:对于封装的应变传感器进行应变测量时,采用建立的温度补偿公式与实施方案能够正确剔除温度影响,得到真实的应变值,如果采用传统的裸光栅温度补偿方法在温度变化幅度较大情况下将导致严重的系统测量误差.     

应变测量中单臂电桥输出的线性化处理

普通单臂电桥的输出电压与应变是非线性关系,在电阻变化率△R/R较大时,其非线性误差就会大大增加,严重影响到测量精度.作者分析了产生非线性输出的原因,并从电路和软件两方面研究了减小或消除非线性误差的方法.探讨了恒流源测量电路、反馈电压补偿电路、可变电压源供电电路和有源网络差分电路等四种线性化处理电路;同时提出了用计算机软件来处理非线性误差的理论方法,并设计出相应的程序.这些线性化措施在一定程度上保证了应变测量的准确度.     

挖沟机导向杆应变应力测量仪的研制

为了保障挖沟机沿海底输油管道安全运动,研制了挖沟机导向杆应变应力测量仪.设计开发了差分输入、两级放大滤波的高精度应变测量电路及专用测控软件,实现导向杆应变应力实时监测.在硬件设计方面,通过高精度仪表放大器AD620实现微弱信号差分输入.在软件设计方面,基于虚拟仪器软件LabVIEW开发了应变应力测量仪测控软件.实验测试表明,该应变应力测量仪实现高精度设计要求.     

钢筋混凝土锈蚀诱导的膨胀监测及评估——低相干光纤应变传感器的应用

针对钢筋混凝土中锈蚀问题,提出了一种基于低相干光纤应变传感器的钢筋混凝土锈蚀进程监测方法,设计中将传感光纤环绕在待测结构易锈蚀部分,通过测量钢筋锈蚀诱导膨胀所造成的结构微形变来反映其锈蚀进程.基于Michelson干涉仪的信号解调方法可以测得任意长传感光纤上5μm的绝对形变.将布里渊分布式传感器和低相干光纤应变传感器布置在同一钢筋混凝土试件结构中,进行模拟海洋环境的电化学加速锈蚀实验.结果表明,分布式传感器在多点测量方面有优势,但其信号强度在锈蚀的后期衰减较快,在18mm钢筋直径的锈蚀实验中测得的上限锈胀应变为1000με,这难以满足结构耐久性监测的需要.而低相干光纤应变传感器可以长寿命测量出锈蚀的产生及发展,根据这些实验数据对钢筋混凝土的锈蚀膨胀应变与结构性能作了相关分析,为钢筋混凝土结构的耐久性监测提供了一种可行的实验室研究手段.     

基于遗传神经网络的扭矩传感器设计

分析了传统扭矩传感器存在的主要误差,利用遗传算法优化的BP神经网络对扭矩传感器误差进行了补偿,提高了系统的测量精度.利用MSP430单片机完成神经网络的回想,使设计的智能传感器体积小、耗电省、成本低.     

一种新型汽车轮胎胎温胎压传感器系统设计

结合国内外汽车轮胎胎温胎压监测系统的特点,设计了一种基于智能传感器芯片SP30和ASK射频发射芯片MAX7044的新型汽车胎温胎压传感器系统的实现方法.其中SP30集多种传感器和微处理器于一身,负责测量实时数据,测量的数据经2片MAX7044交替工作组成的FSK射频系统发射出去,位于驾驶室的接收机接收数据并进行相关处理.说明了胎温胎压传感器系统的组成结构及工作电路原理图、软件设计流程和通信数据帧格式等.实验表明,设计方案在保证结构简单,成本低廉的同时满足了所有的设计要求.     

基于ZigBee的监测系统的设计

根据zigBee的堆栈协议,建立了一个小型星状网络系统,设计了一种基于zigBee的温湿度监测系统。系统终端节点以ATMEGA16L为内核,以一体化的温湿度传感器SHT111为采集设备,使用专用的zigBee传输模块CC2420。主节点以ATMEGA16和CC2420分别作为主控部分和传输芯片。采用液晶12864,计算出终端节点测量的温度、湿度值并显示在液晶屏上。通过适当的软、硬件抗干扰处理,设计出的多点无线温湿度采集系统具有实用性、小型化等特点。     

石油原油含水率测试仪的设计

采用具有高性能、低功耗特点的MSP430单片机作为主控芯片,结合物质的介电系数与电容器电容量成正比特性,用双线绕电容传感器测量,设计出智能化的低功耗石油原油含水率测试仪.使用数字拟合的方法对测量数据的非线性和温度漂移特性进行了修正和补偿,将测试结果在液晶显示屏上显示.本系统的最大特点是使用的双线绕电容传感器进行数据采集,能够测量多种物质的含水率.     

采用80C196KC智能控制工业缝纫机

本文介绍采用80C196KC微控器对工业缝纫机控制的设计实现.采用光电传感器、霍尔传感器等部件实现通道数据输入与输出功能采用Intel8279专用键盘/显示器接口芯片、LED数码管、接触式按键控制器实现人机接口.     

海洋剪切流传感器结构设计与试验

剪切流传感器是海洋微结构湍流测量的重要工具,传感器的结构、装配工艺以及信号处理对其性能有较大影响本文中使用Fluent软件对传感器壳体结构进行水动力学分析,采用ANSYS软件对传感器内部结构的变形和压电效应进行计算,恨据计算结果优化传感器结构为提高传感器各部件的装配精度,设计专用夹具对其进行装配,同轴度达到0．01mm为处理传感器信号和标定传感器灵敏度,基于微处理芯片MSC1210与LPC2114开发出低功耗、高精度数据采集系统,并研制了标定装置试验表明,本文中研制的剪切流传感器及数据采集系统能够满足海洋微结构湍流测量要求