基于电容数字转换技术的微小电容测量电路的设计研究

传统的微小电容测量电路难以满足电容式传感器的发展要求;为此,提出以AD7746为电容数字转换器、MSP430F149为微处理器的测量方案,详细论述了电路的应用背景和软硬件设计,为电容式传感器的信号处理提供了全新的思路和解决方案。测试结果表明:在量程为0至4.096 pF、电容数字转换时间为109.6 ms时,峰峰(P-P)分辨率为16位,0.1fF,测量电路具有分辨率高、精度高、响应快速、外部电路结构简单、易于集成、稳定性好、开发周期短、成本低等特点,具有较好的应用价值。     

薄孔壁厚和小孔径测量系统

由于相邻孔壁厚度的测量根据进刀量进行计算时精度很低，故提出了一种应用电容传感器对2个微小孔间相邻孔壁进行精密测量的系统．基于非接触式电容测孔传感器，研究了测头的电场边缘效应影响及保护环的宽度选择，设计了电容瞄准测孔传感器的测头对相邻小孔中心定位，利用电容差动测厚传感器测量孔壁，系统由1个瞄准测孔传感器和2个差动测厚传感器及三通道测量电路组成，处理数据后直接显示孔径和孔间壁厚．系统属非接触测量，无需修正测头及工件变形误差，实验证明，测量精度为0．5μm，     

镜头埋入深度的组合测量方法

根据精密摄像系统中摄像头实际安装工况，为了避免传统的点接触测量法的缺点，提出了多电容传感器组合的非接触式镜头埋入深度测量法．采用电容传感器测量，可实现非接触测量，仪器体积小巧，精度高达0．1μm,此外，利用多个传感器对环境敏感而漂移的同向性，抑制了单一传感器数据的漂移，提高了测量的稳定性。克服了单一传感器无法进行形位误差测量的缺陷，标定和现场实验证明了该方法的可行性，系统测量精度达到2μm．     

高线性数字式电容微位移传感器

设计了一种基于AD7745芯片的数字式的电容微位移传感器，采用屏蔽电缆和电容保护环技术，有效降低杂散电容的影响．采用数据滤波技术对采样数据进行处理，提高了测量的准确性和重复性．实验结果表明：该电容微位移传感器的分辨力为0．01μm，全量程线性度0．05％，性能较传统电容位移传感器有较大提高．     

微电容阵列检测系统的设计

通过实验分析了电容读取芯片MS3110P各项性能指标,并设计了一款能自适应匹配模拟开关产生的电荷注入效应的P控制器;开发出一款具有单电容阵列测量模式和差分电容阵列测量模式的微电容阵列检测电路,并探讨了其寄生电容产生的原因。测试结果表明,该检测电路克服了各种寄生电容对传感器的影响,提高了测量精度,能够应用于MEMS触觉传感器微电容阵列的测量。     

“棉条检测硅微传感器”项目通过科技成果鉴定

20 0 1年 10月 2 9日 ,由西安交通大学精密工程研究所蒋庄德、越玉龙教授负责完成的“棉条检测硅微传感器”项目通过了由教育部组织实施的科研成果鉴定 .该系统创新地采用了ＭＥＭＳ技术制作的硅应变片作为敏感元件 ,与国外金属丝应变片作为敏感元件的同类产品相比 ,具有分辨率高、灵敏度高、动态特性好等优点 ,能满足高速并条机纺织要求 .项目中弹性元件采用了整体式结构 ,提高了工作可靠性和长期稳定性 .测量电路中采用了全桥温度补偿电路 ,具有稳定性好、测量精度高等特点 .与国外同类产品相比 ,价格仅为国外产品的 1/ 4 .评审专家一致认…     

重油含水率测量系统中的信息融合方法

在重油含水率测量系统中,根据水的介电常数远远大于重油的介电常数,因而两者所呈现的射频阻抗特性不同的原理,可使用射频电容传感器．但在测试过程中发现传感器的输出除受水分这1个参量的影响外,还受温度的影响,从而影响系统性能和测量精度．为此,探讨了对传感器输入、输出信息进行融合处理的方法,以提高目标参量的测量精度和测量系统的温度稳定性．2个传感器所输出的信息融合方法有多种,作者采用了曲面拟合法．实验结果表明未进行信息融合前,传感器的零位温度系数αs0=4.01×10-3/℃,在水分标定值为3%,8%和10%时,传感器的灵敏温度系数αs3,αs8,αs10分别为3.56×10-3,3.53×10-3和3.30×10-3/℃;进行信息融合后,传感器的等效温度系数αs0,αs3,αs8和αs10分别为1.06×10-3,2.43×10-3,8.66×10-4和8.50×10-4/℃,与未融合处理前相比,温度稳定性有较大的提高,同时测量精度也明显提高．     

一种消除分布电容影响的电阻测量方法

提出一种变频电阻测量方法,选择两个合适频率的交流方波施加于由电极组成的分压电路上,调出分压电路输出精密整流滤波后的直流电压,通过解方程组求出分压电路时间常数τ,然后求得被测电阻值,这种方法有效消除了电容对电阻测量精度的影响．推导出了输出直流电压与被测电阻及电容之间的关系表达式．同时运用比例法有效地消除了交流方波幅值对测量精度的影响．实验结果表明,在分压电阻100kΩ下,电容在500—8000pF,被测电阻在1kΩ～1MΩ的测量精度小于1％．     

测量松散颗粒物料局部湿含量的电容探针

本文利用水的介电常数远大于一般介质介电常数的特点，发展了一种测量松散颗粒物料局部湿含量的电容探针。由于采用误差补偿电路和针型传感器探头，并在结构上采用了减小损耗的措施，提高了探针的灵敏度、稳定性和空间分辨率，可以用于松散颗粒物料局部湿含量的测量。     

经纬仪测量系统自动水平调整设计

简要介绍了便携式经纬仪在工程测试中的重要应用,提出了利用变间隙动极板电容传感器代替传统水准器的设计方案,设计了实时检测系统及通讯接口电路,并完成系统的软件设计工作．实验结果表明该方案能够缩短测量时间、提高了测量精度．     

探空湿度传感器的信号调理电路设计

针对高空气象湿度测量对高精度和低噪声提出的需求,设计了一种基于电荷放大器原理用于探空湿度传感器的微弱电容检测电路。该电路由晶体振荡电路、电荷放大器电路、整流滤波、A?D转换、MCU等部分组成。实验结果表明：研制的检测电路具有较强的抗杂散电容性能,线性度良好,准确度优于0.04%,对于标称100 pF的待测电容,噪声引起的误差仅相当于待测电容的100 PPM（百万分之一）,约10 fF,能满足高空探测的要求。     

触觉传感阵列信号的信息融合处理

在智能机器人服装中,压力传感器阵列输出性能易受环境温度、电压扰动等非目标参量因素的影响,其间存在的交叉干扰常导致测量精度显著降低。针对上述问题,提出了一种新的用于测量分布压力的压电传感阵列及其信号处理的方法。设计了传感信号的处理流程;析取并有效地处理了置信距离矩阵和关系矩阵融合中的有用数据;提出了用概率最大值法和极大似然法对多传感器信息作有效融合处理的方法。实验结果表明,该方法可消除温度对压力传感器的影响,减小了单个传感器不确定性的误差影响,提高了压力分布测量数据的稳定性和测量精度,可显著改进压力图像重构精度。     

基于MSP430单片机的数字式水表设计

为了提高测量精度,利用TI公司MSP430系列单片机的特点开发出利用维权磁敏传感器的数字式叶轮水表。给出了传感器的信号处理电路及软件处理程序流程。介绍了MSP430单片机的特点并详细讨论了其中断处理特点。并利用线性分段插值的方法对水表的非线性仪表系数进行误差修正。实验数据证明利用该方法设计的水表在全量程内都可保持较高的精度。     

纳米级变间隙半球电容计算及其测量电路研究

为了实现高精度球形转子的平衡测量，讨论半球电极支承下静电悬浮装置的变间隙电容的计算公式和纳米级电容精密测量问题。基于半球支承下的转子位移测量原理，分析转子与电极间电容和间隙的关系，给出高精度转子位移测量方案。测试结果表明，电路性能与理论分析结果吻合较好，转子位移测量电路的位移分辨率优于0．2nm、5h零位漂移小于0．01μm、通频带大于20kHz，可以满足高精度球形转子平衡测量的要求。     

基于 SVR的传感器静态误差修正

为了提高传感器的稳定性和目标参量的测量精度,本文提出了一种基于支持向量机回归估计（SVR）的传感器静态误差修正方法。仿真实验结果表明,该方法能有效降低压力传感器的灵敏度温度系数,提高压力的测量精度。其相对温度变化的稳定性明显优于传统的传感器静态误差修正方法。     

余氯在线检测系统的设计及单片机编程优化

研究了余氯传感器的工作原理及结构并设计了一系列信号处理电路,将余氯传感器的输出电流信号经过电流转电压模块、差分放大模块、二级放大模块、A/D转换模块输入到单片机（MCU）电路进行处理计算,在计算结果实时显示在LED显示屏的同时,完成水中余氯值的在线测量。利用N,N-二乙基对苯二胺（DPD）光度法绘制了标定曲线,并基于STC89c52单片机优化。与美国哈希SC9184在线余氯仪进行比较,结果表明所设计的系统具有较好的稳定性与可靠性,相对误差小于5%,能较好地完成饮用水的在线测量。     

基于CMOS图像传感器的压缩感知成像算法

近年来提出的压缩感知理论将信号采样和压缩同时进行,突破了奈奎斯特采样定理的限制,为低采样高分辨率成像提供了可能.为此,提出了一种基于CMOS图像传感器的压缩感知成像算法,采用并行处理策略对CMOS图像传感器A/D转换前的模拟像素矩阵进行压缩采样,减轻了A/D转换模块的负担,大大降低了CMOS图像传感器的功耗,并且该算法实现电路简单.仿真结果表明,所提算法能快速有效地进行测量值的获取,利用TVAL3算法重构的图像主客观质量较好.     

基于电容式传感器的载重汽车燃油液位测量方法

针对传统的浮子-可变电阻方法测量燃油量的缺陷,提出了一种基于电容式传感器的燃油量液位测量方法,根据燃油液位与电容传感器的电容值成良好的线性关系测量液位。实验室测量结果表明,采用该方法燃油液位和传感器电容具有较好的线性度,测量误差小于±5%,耗电量低,使用寿命长。     

PVDF压电薄膜指套式电子血压计的研究

本论文基于通过指脉搏可作为测量人体血压的依据,介绍了一种新型电子血压计—PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜指套式电子血压计的基本原理和使用方法,由PVDF压电薄膜的静、动态特性理解薄膜式压电传感器的工作原理,并且将PVDF压电传感器与信号处理电路相结合,把手指的血压变为电信号,通过检测电路处理直接得到血压值。这种电子血压计充分利用了PVDF薄膜良好的压电效应制成传感器,使得血压的测量误差更小,具有轻轻便携,测量方法简单的优势,可以为临床医学检测和家居预防保健提供参考。     

电流型电子式电压互感器的温度稳定性研究

针对一种电流型电子式电压互感器(EVT)的温度稳定性进行了分析,指出高压电容器和一次侧信号处理单元中的积分电路是影响其温度稳定性的主要环节. 设计了利用正、负温度系数数值相等的多个电容单元串联组成高压电容器的温度补偿方案,有效地改善了高压传感部分的温度稳定性;提出利用热敏电阻对积分电容的温度特性进行补偿的方法,减小了温度变化给积分电路带来的误差. 依照IEC60044-7的要求,对研制的110 kV电流型EVT样机进行了温度影响准确度试验,试验结果表明设计的温度补偿方案有效,互感器在-40 ℃～+70 ℃温度范围内,满足0.2级测量准确度要求.