基于MEMS加速度传感器的云高仪倾角和振动测量

提出了一种基于MEMS加速度传感器的半导体激光云高仪倾角和振动测量方案.根据系统要求和加速度传感器的信号特点,研制了外部信号滤波调理电路,并对不同的滤波参数进行了实验比较分析.结果表明:该方案利用一片MEMS加速度传感器的数字和模拟输出,分别进行滤波调理,同时实现精密的倾角和振动测量.测量方案满足系统要求,有效辅助了云高的测量,电路构成体积小、可靠性高、成本较低.     

基于MEMS加速度传感器的倾角测量仪设计

在分析和研究倾角测量原理的基础上,设计了一种基于MEMS三轴加速度传感器的倾角测量仪。系统以STM32F103控制器作为核心处理电路,KXR94 MEMS三轴加速度传感器作为倾角测量单元,专用液晶驱动芯片和液晶显示器作为显示部分,实验结果表明,所设计的倾角测量仪具有体积小、抗振动和冲击能力强,成本低、精度高等特点,完全满足煤矿井下倾角测量要求。     

全量程无线倾角传感器

倾角测量广泛地应用于诸多工程领域,该文针对基于MEMS加速度传感器进行倾角测量量程受限问题,设计了由双轴加速度传感器、无线射频模块等组成的全量程无线倾角传感器,通过挂限判别实现了0°～360°全量程的倾角测量,并采用二次最小二乘法进行输入输出特性建模。试验结果表明,倾角传感器在全量程范围内测量精度为±0.21°。     

基于MEMS器件的高精度动态倾角传感器研制

利用ICM20602 MEMS六轴传感器设计了一种基于自适应互补滤波的动态倾角传感器,建立误差模型对加速度计与陀螺仪输出进行校正,根据加速度的输出自适应选择互补系数以更好利用加速度计静态精度对陀螺仪漂移进行修正。基于STM32F103搭建传感器实机与未经校正、使用定参数互补滤波的传感器输出进行动静态对比实验,证明该传感器在校正输出并自适应滤波后能够进行较高精度的倾角测量。     

地下隧道变形检测的无线倾角传感器

设计了一种无线倾角传感器来检测地下隧道的结构变形,并研究了该无线倾角传感器所采用的温度补偿和数字滤波算法.首先,根据地下隧道结构特点,结合微机电系统(MEMS)技术和无线传感器网络技术,给出无线倾角传感器的硬件结构,并描述了传感器实现无线通信和可视化上位机界面的软件设计流程.然后,针对地下隧道温度变化大、振动扰动频繁等因素,分析其对传感器精度的影响,实现了对无线倾角传感器的温度补偿.最后,通过对传感器数据噪声频谱分析,选择数字滤波方法,充分抑制振动对传感器的影响,提升了无线倾角传感器的测量精度.实验结果表明:无线倾角传感器在±30°范围内的测量精度为0.05°,符合地下隧道变形检测的功能需求.     

基于MEMS加速度计的物体倾角无线测量系统

针对机械、建筑等领域内一些低频、小幅度的倾角测量,设计了一种以MEMS三轴加速度传感器MMA8451Q和MC9S12XS128单片机为核心的倾角测量系统。单片机通过IIC总线采集倾角信号,通过蓝牙模块发送至PC机;利用VB语言编写了相应的程序实现数据接收和绘图功能。该系统可以同时测量出物体在坐标系三坐标轴方向上的倾角。试验研究表明,系统校准后的测量精度为0.2°,可应用于机械平台和土木建筑的倾角测量领域。     

基于C8051F005单片机和MEMS加速度传感器ADXL311的倾角仪

提出了一种基于C8051F005单片机和ADXL311双轴加速度传感器的数字式倾角仪的设计方法,并介绍了其软硬件的实现。该倾角仪的工作原理是依次在0°、90°、180°3个不同位置,由C8051F005单片机A/D转换进行定标,然后将处理后的数据送外部设备显示。该倾角仪首次使用需先进行标定,改善因在不同工作环境下所产生的角度误差,与传统的倾角仪相比具有很高的灵敏度,满足各种不同场合下测量精度的要求。     

基于MSP430单片机的便携式数字倾角仪的研制

介绍了一种基于MSP430系列单片机和ADXL203加速度传感器的数字式倾角仪,它不仅可以实现水平度检测,而且可以测量0°～360°范围内的任意倾角,分辨率可达0.1°.此外,由于该倾角仪输出为数字结果,因此它也可以与其他的数字设备结合起来,组合成一个功能更加强大的仪器.该数字倾角仪可广泛应用于建筑、机械、道路、桥梁、石油、煤矿和地质勘探等各种需要测量重力参考系下倾角的场合.     

数字倾角仪的非线性补偿及抗干扰技术

针对某高架平台对倾角仪测量精度高、数据传输距离长、抗干扰能力强的使用要求,研究了Accustar串行式倾角仪的传感器特性、硬件连接和数据采集方式。通过实验标定获取数据对倾角仪非线性误差进行了软件补偿,并为长线传输设计了隔离驱动电路。实际应用证明:补偿后倾角仪非线性误差从0.9%下降到0.1%,平台在较强电磁干扰的环境下仍满足±0.05°的定位精度要求。     

基于磁感式传感器的随钻测斜仪的研究

设计了一种基于PNI公司的磁感式传感器和MEMS加速度传感器的矿用随钻测斜仪。论述了系统总体结构,重点对测斜系统测量短节设计进行了研究,给出了利用磁感式传感器和MEMS加速度传感器融合的方法来测得随钻测量系统3个重要参数,即倾角、方位角和工具面向角。试验结果表明,该文设计的随钻测量系统具有体积小、功耗低、可靠性高、成本低、精度高等特点,完全满足随钻测斜仪测量要求。     

MEMS传感器和智能传感器的发展

MEMS传感器和智能传感器是新型传感器的代表，具有集成化和智能化的特点。介绍了2种传感器的最新发展状况，包括测量精度、灵敏度、体积、转化机理、融合理论等方面。列举了2种传感器的应用实例，如仿生机器人、微纳卫星、计算机视觉系统等。分析了传感器发展的趋势，涉及精度、可靠性、微型化、微功耗、智能化、数字化等方面。     

一种便携式数字倾斜仪的研制

介绍一种智能化倾斜仪硬件和软件的研制方法.整个倾斜仪以单片机ADuC824作为中枢系统,配以SX-005D型传感器、A/D转换器等外围部件,可自动检测物体与标准水平面的倾斜.系统软件采用单片机C语言编写.通过解决硬件零点误差补偿和软件温度补偿等问题,提高了仪器的测试精度.     

纳米测量技术与微型智能仪器

纳米测量技术已成为纳米技术的重要组成部分。微型明仪器,是微型传感器、微型执行器和信息处理技术、微电子技术发展的必然产物,是微型机械电子系统的主要开窍内容之一。它将仪器的性能提高、价格下降、在生产和生活中应用更加方便。微型智能仪器具有良好的应用前景,是２１世纪仪器发展的一个重要方向。对纳米测量技术和微型智能仪器的一些普遍问题,关键技术及其发展进行论述。     

便携式智能铂电阻测温仪的研制

主要通过采用ＴＳＳ－４００智能传感处理器和铂热电阻温度传感器,高效开发了一种微型化、携带方便的、实现电池供电的智能铂热电阻测温仪器。     

基于PIC系列单片机的便携式静电测量仪

静电对人们日常生产和生活的影响越来越大,为此迫切需要有效的静电测量装置。本文介绍了一种由单片机实现的智能化例携式静电测量仪,着重了其硬件系统设计,并研制了一种新型静电传感器,最后进行了误差分析,给出的测量数据表明该设计有效。     

表面粘贴式MEMS应变传感器的应变传递分析

表面粘贴式MEMS应变传感器已被广泛运用于航空航天、汽车工业及土木工程等领域的应变测量和监测中。但由于粘接层的影响,结构的应变并不能全部准确、有效地传递到MEMS应变传感器上,造成传感器的测量值与结构的真实应变之间存在一定误差。为了分析表面粘贴式MEMS应变传感器的应变传递机理,基于剪滞理论建立了MEMS应变传感器的力学分析模型,推导出基体和MEMS应变传感器基底上的应变分布、粘接层中的剪力分布及表征MEMS应变传感器应变传递效果的应变传递率,并与有限元数值模拟结果进行了比较。特别地,具体分析了粘接层及MEMS应变传感器基底的几何参数和物理特性参数对应变传递率的影响。结果表明,金属类粘接材料的应变传递率明显高于有机胶的应变传递率,且粘接层厚度越薄,应变传递效果越好。此外,在制造MEMS应变传感器时,采用厚度较薄的Si或Si C基底能保证较高的应变传递率。     

悬吊结构体系摆振响应测试及非线性误差修正

为解决悬吊结构多种模式摆振运动状态的量测问题,采用基于加速度测量原理的倾角传感器,通过理论分析建立了由传感器加速度信号提取平动运动模式下结构摆角增益系数的计算公式,解决了结构平动运动模式的量测问题,并且经过非线性误差修正后可以提高测量精度。对于结构转动(或回转)运动模式,类似于平动摆振运动控制系统在转动中由于质量振子的线性位移与结构摆角速度耦合影响而导致控制失效的问题,此时基于加速度原理的倾角传感器也将失效,而需要采用陀螺仪测量回转运动摆振角速度,再通过积分计算结构摆角。最后,对悬吊结构体系在两种运动模式下的摆振运动状态测量进行了试验验证,结果充分证明了本文所提方法的有效性和可行性。此外,针对悬吊结构复杂的多模式平转耦联摆振状态测量,提出需要将倾角传感器与陀螺仪相结合的监测策略。     

双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性

为了降低双通道MEMS微波功率传感器的回波损耗,提高传感器的测量精度,对MEMS悬臂梁的匹配特性进行了研究。首先,通过双通道MEMS微波功率传感器结构构建S参数的理论解析模型,分析了双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,得到了MEMS悬臂梁的间距和回波损耗系数S11的关系;接着利用有限元软件HFSS进行仿真,并和理论结果比较;然后,设计并制作了双通道微波功率传感器;最后,对该传感器的匹配特性进行了测试和分析。实验结果表明:当MEMS悬臂梁的间距为1.6μm时,该传感器在测量8~12GHz频率内的微波信号时,回波损耗小于-19dB。理论和仿真结果较为相符,因此S参数的理论解析模型可以较好地反映双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,对双通道MEMS微波功率传感器的设计具有一定的指导意义。     

Non-destructive stiffness detection of utility wooden poles using wireless MEMS sensor

This paper presents the design of a portable wireless measurement system for the non-destructive stiffness detection of wooden poles using MEMS sensor. Low cost capacitive micro-machined accelerometer is mounted on the surface of wooden poles and data collected from the vibrating wooden poles are used for the stiffness analysis of wooden poles. Fast Fourier transform is applied to the collected acceleration data records and the largest spectral peak is identified based on the estimated frequency spectrum. The relationship between the stiffness of a wooden pole and the largest spectral peak is provided. Health conditions of wooden poles are then derived based on the identified spectral peak. Fuzzy logic is also used to solve the problem of small samples. Experimental results and the accuracy of the method are also presented.