數(shù)字智能三分量力平衡加速度傳感器研究.pdf

1、隨著數(shù)字信號處理與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，地震觀測及工程測振對傳感器的精度、可靠性等性能指標的要求越來越高。本文研究目的是將模擬量輸出的力平衡加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集、計算、觸發(fā)判斷、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲等功能集于一體，組成高精度、低功耗的智能數(shù)字式輸出加速度傳感器，為今后強震觀測提供了有力的技術(shù)支持。
　　 本論文主要包括以下內(nèi)容：
　　 1、提出了將高精度數(shù)字采集與控制系統(tǒng)應(yīng)用于加速度傳感器構(gòu)成數(shù)字智能傳感器的方案。方案的特點在

2、于采用高精度24位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以高速信號處理器為控制核心，具有高精度、大動態(tài)范圍、功耗低、體積小等特性。
　　 2、對模擬量輸出的力平衡傳感器的工作原理及電路進行理論分析。在理論分析的基礎(chǔ)上，提出了電路改進方案，設(shè)計了數(shù)字化集成相敏解調(diào)與正弦波振蕩器，并通過實驗測試，改進了其性能。
　　 3、采用磁導法和有限元分析的方法對傳感器的磁路特性進行了設(shè)計分析與仿真研究，并與測量數(shù)據(jù)進行對比分析，結(jié)果表明兩種方法都能滿足傳

3、感器磁路設(shè)計的要求，但有限元分析的方法更為準確。
　　 4、對傳感器的零位電壓與環(huán)境溫度之間的關(guān)系進行了原理分析，并進行了高低溫實驗，采用最小二乘法對傳感器的零位電壓與溫度變化的數(shù)據(jù)進行分析，分析了采用不同曲線擬合方法的誤差，并設(shè)計了傳感器的溫度補償電路。指出采用二次、三次曲線擬合進行溫度特性補償可以減小零位溫度漂移，采用高次曲線擬合雖能進一步減小誤差影響，但其計算復雜會影響系統(tǒng)運行效率。
　　 5、研制成數(shù)字智能三分量

4、力平衡加速度傳感器的樣機。給出了數(shù)字智能加速度傳感器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與特性，分析了其在有限硬件資源條件下，對完整TCP/IP協(xié)議進行優(yōu)化方法，移植了適用于智能傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)那度胧絋CP/IP協(xié)議和基于網(wǎng)頁交互控制的嵌入式Web Server協(xié)議；實現(xiàn)了基于CF卡的嵌入式文件系統(tǒng)以完成數(shù)據(jù)的采集與存儲；設(shè)計了基于IIR帶通濾波器的傳感器觸發(fā)采集機制，并對濾波器的性能進行測試。
　　 6、在對傳感器傳遞函數(shù)特性分析的基礎(chǔ)上，進一步分

5、析了采用線性相位與最小相位數(shù)字濾波器對傳感器特性的影響。通過激光干涉法與自標定法對傳感器特性進行了測試與分析。通過傳感器幅頻與相頻特性測試，利用實驗數(shù)據(jù)對傳感器的傳遞函數(shù)進行了辨識分析。分析并研究了傳感器橫向靈敏度和敏測角對傳感器性能的影響。
　　 7、設(shè)計了基于虛擬儀器的傳感器自標定測試分析系統(tǒng)；比較分析了傳感器不同標定方法測定結(jié)果之間誤差產(chǎn)生原因和不同標定方法所適用的范圍。分析并測試了基于反饋閉環(huán)式傳感器的噪聲特性與動念范圍