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闭环式加速度传感器的设计

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加速度传感器能够实现实时位移检测,在当今民用和军用系统如汽车电子、工业控制、消费电子、卫星火箭和导弹等中间具有广泛的需求。在高精度MEMS加速度传感器中,特别需要稳定的低噪声高灵敏度弱信号检测电路,在充分研究国内外研究发展状况并结合国内实际生产条件的基础上,设计了加速度传感器闭环检测电路,且完成了系统的版图设计。本次设计的模块主要有传感器系统硬件结构设计、网络通信与数据传输硬件结构设计、A/D转换与数据滤波器设计、硬件监控系统设计、传感器触发滤波器设计以及加速度传感器温度补偿电路设计,通过系统仿真验证了整个系统设计的可行性。

关键词:加速度传感器;闭环式;检测电路更多范文
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当今世界正面临一场新的技术革命,这场革命的主要基础是信息技术,而传感器技术被认为是信息技术三大支柱之一,很多发达国家都把传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等位置。传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称。通常被测量的是非电学物理量,输出信号一般为电学量。随着现代科学发展,传感技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科也得到迅速的发展,并且在工业自动化、测量和检测技术、航天技术、军事工程、医疗诊断等领域得到越来越广泛地利用,同时对各学科发展还有促进作用。最近十几年来,用微机械技术制作的加速度计得到了迅速的发展。按其检测方式可分为:电容式、压阻式、压电式、谐振式、隧道电流式、热流式、光电式等,最近又有基于共振隧穿、介观压阻等纳效应的硅微加速度传感器的报道。随着科学技术和生产的发展,对加速度计提出了越来越高的要求:测量系统应具有宽的频率响应,大的动态范围,高的灵敏度,大的量程等,采用开环测量系统很难同时满足上述诸多方面的要求,因此利用反馈控制技术与传感器相结合而形成闭环平衡微加速度计系统,可以大大提高了传感器的性能。稳定性已经成为影响加速度计性能的关键因素之一,因此,对于微加速度传感器稳定性的研究,无论在敏感结构设计还是检测系统设计,都具有重要的理论意义和应用价值。MEMS传感器是一个整体的系统,包括敏感结构和检测电路两个主要的部分,在设计中要结合起来,综合考虑,使传感器系统的性能得到提高。加速度传感器系统包括三分量水平、垂直摆系统、差动电容变换电路、正弦波振荡信号发生器、相敏检波器、低通滤波放大器、数据采集系统、触发系统、存储系统、时间系统、数据传输与通信系统、控制系统和电源系统。图2-1为传感器的系统结构图。三通道24位A/D数据采集系统记录的信号动态范围在120dB以上,最高信号采样频率达到SOOHz,可以满足地震监测与强震观测的要求。采用数字信号处理器TMS320F2812作为信号采集控制核心,配备512KB SRAM作为数据和程序缓存。采用数字信号处理器可以同时完成数据采集、触发滤波判断和数据传输等多项任务。采用CF卡存储记录数据,最大数据存储可达8GB或更大容量,满足连续数据采集与存储的要求。TMS320F2812与W77LE51之间采用串行接口进行命令与数据通信,共同完成系统的控制功能。传感器具备触发记录与实时传输数据的功能,可以采用有人职守的不间断连续监测亦可采用设定触发闽值后巡回检查的工作方式;具有工业标准的RS232/RS485串行传输接口、通过TCP/IP协议的网络传输接口,并设计了内置GSM通信模块,可以通过中文短信进行烈度速报和对仪器进行状态检测。

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