基于ARM的嵌入式QCM检测仪器

针对目前检测仪器灵敏度低、检测物质单一等问题,设计了可以对多种物质进行检测的QCM高精度检测仪器.该仪器利用高灵敏度QCM（石英晶体微天平）传感器,以ARM7微处理器LPC2220为核心,实现了2个频率通道、2个交流电压通道、2个温度通道的数据实时采集;实现了数据、曲线的图形化显示;实现了仪表与上位机的实时通信等.系统不仅实现了较高的精度,而且实现了测量过程的智能化.     

基于ARM的多通道数据采集系统

设计一种多通道、多功能的数据采集系统,除普通数据采集外,还实现高精度数据采集、高速数据采集的功能和分通道计数的数据处理方法。系统利用数据采集模块采集前端传感器输出的不同频率电压信号;以ARM微控制器为主控,将数据处理后,通过显示模块实时显示;通过SD卡实现数据存储;通过RS232总线传送给PC上位机,实现远程数据采集和分析。试验表明:该系统能采集较宽频率范围的电压信号,并能够进行适当的算法处理,具有较好的通用性、实时性和可靠性。     

液相单片阵列QCM传感器及测量系统研究

研究一种用于液相检测的单片阵列QCM传感器及测量系统.在一个石英基片上制作多个QCM单元,封装成适于液相检测的阵列QCM器件;基于同一振荡电路,通过选通激励方式,测量阵列中的各敏感单元,消除振荡电路的差异性影响.采用嵌入式微处理器LPC2132和CPLD器件XC9572构建并行频率测量及控制系统,实现多通道QCM测量﹑控制﹑计算显示和数据通讯等功能,构成一个完整的液相QCM阵列传感器系统平台.     

基于频谱分析的QCM信号采集系统

石英晶体微天平（QCM）信号采集系统的设计质量是影响其测量精度的重要因素，提出了一种QCM信号在线采集系统的实现方案，给出了系统的结构框图，并时系统电路进行了详细分析。     

用于aPTT测量的Parylene-C增强型石英晶体微天平耗散检测系统

房颤、血栓等患者抗凝药物日常口服等场景迫切需要凝血参数快速检测,本文设计和制作了一种Parylene-C增强型石英晶体微天平(QCM)传感器及其耗散因子检测系统用于凝血测量。首先使用Parylene-C有效增加石英晶体微天平传感器的峰峰值和有效使用次数,基于传感器耗散因子对血液凝固过程血液粘弹性变化敏感,设计电导谱分析法的压电传感器耗散因子快速测量系统,对血浆部分凝血活酶时间(aPTT)进行测量。并用SYSMEX CS 5100光学凝血仪、Lambda 950分光光度计验证系统测量结果。实验表明,Parylene-C增强型QCM传感器信号峰峰值增加8±1%,传感器aPTT实验有效重复使用次数为30次,系统30℃温差最大耗散偏移2.09×10-6。aPTT耗散曲线与光学法(lambda950)吸光度曲线变化趋势一致。与SYSMEX CS 5100临床结果线性拟合决定系数R2为0.99。同样本10次重复实验结果变异系数为1.48%。Parylene-C增强型QCM传感器与耗散分析法的联合应用具备多场景下凝血参数快速检测的能力,系统温度稳定性好,具有满足即时检测应用的潜力。     

用于液相生物量检测的单片阵列QCM传感器

设计并制作了一种单片集成的阵列式QCM(石英晶体微天平)传感器,介绍了设计思想和方法,用网络分析仪对实验器件进行了分析.阵列传感器设计成分时扫描激励的工作模式,通过选通电路对阵列各单元进行扫描激励,实现各单元的依次工作,避免了各谐振器单元之间可能的振动耦合,从而可以在单个石英晶片上集成尽可能多的器件.该阵列式QCM传感器加工工艺简单,频率一致性好,平均频率稳定度达到±0.2ppm/h.     

基于FPGA的高精度扭矩传感系统设计

使用电阻式扭矩传感器与FPGA器件实现高精度扭矩传感系统设计.传感器将外界的扭矩信号转化为频率信号,频率信号的范围5～15 kHz.利用QUARTUSⅡ软件与VERILOG语言编写程序,通过FPGA芯片实现出等精度频率测量系统,并对频率信号进行采集,计算出扭矩数值,最后通过LED显示.文中给出了扭矩测量系统的原理图,并对VERIL-OG编写的等精度测量方法模块进行了仿真,并得到很好的效果.     

基于ARM架构的多通道振动信号采集与故障诊断系统设计

针对传统采集模块动态范围小、采样精度低、采样通道少等问题，设计了一套基于ARM架构的多通道振动信号采集与故障诊断系统。该系统硬件部分由STM32核心控制单元、压电式加速度传感器、信号调理模块和A/D转换模块组成，软件部分采用Visual Studio进行上位机设计。传感器采集振动信号数据，经A/D转换后传输至STM32微控制器，STM32通过网口模块将数据发送至PC。将振动信号通过传感器采集上来，对振动信号小波去噪然后进行时域和频域分析，分析获取传感器信号特征，根据振动信号振幅的有效值以及振动信号的频谱来实现故障诊断。并与普通得数据采集卡做了误差对比，实验结果表明：本文设计的系统可以达到97 dB的大动态范围信号采样，精度更好，有良好的实际应用价值。     

基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器

提出了一种基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器,该传感器由单圈绝对式传感器与多圈计数模块组成。首先,采用两级单排式时栅角位移传感器构成单圈绝对式传感器,通过第一级传感器构建四路正交的行波信号,将差动的两路行波信号直接反射,作为精测信号;同时,利用第一级四路正交的行波信号作为第二级传感器的激励信号进行二次调制,获得整周单周期信号,作为粗测信号,精测信号结合粗测信号实现高精度单圈绝对式角位移测量。在此基础上,结合韦根多圈计数模块记录圈数信息,从而实现高精度多圈绝对式角位移测量。通过印制电路板技术制作了原理样机,搭建了实验平台,并进行了测试,实验结果表明:该传感器在整周范围原始精度可达±8″,并且在上电、断电情况下实现了圈数的准确记忆。     

用与门实现差频测量

石英晶体压力温度传感器被广泛应用在一些要求高精度、高分辨率的场合,其原理为将可变晶体和基准晶体构成的振荡电路的频率输出进行差频得到信号输出.输出信号带有一定的基本频率,要实现高精度测量,应减去基本频率信号再进行频率的测量,带来的问题是求两频率的差.本文从理论上严格证明了用与门实现差频测量的可行性,并定量地给出了这种方法的适用条件;同时用Max274芯片设计了8阶切比雪夫低通滤波电路.实验证明,在一定条件下用与门附加滤波电路实现差频测量是完全可行的.     

基于Nafion的石英晶体微天平低湿传感器

针对大部分湿度传感器测量低相对湿度的不足,建立了一种配制低相对湿度环境的方法,并通过比较不同Nafion涂覆量的石英晶体微天平湿度传感器在低相对湿度下的湿敏曲线,综合考虑到QCM传感器的稳定性以及传感器对湿度变化的灵敏程度,得到QCM低湿度传感器较为合适的Nafion涂覆量。以此为基础,研究了此湿度传感器在低相对湿度的特性,实验结果表明基于QCM的Nafion低湿度传感器在1%~10%相对湿度范围内具有良好的线性,可以分辨相对湿度1%的变化。     

基于ADF4360-6和ECL分频的高精度时间间隔测量模块设计

高精度时间间隔测量在很多方面有着重要的意义.时间间隔计数法是高分辨测时的最有效方法.设计了一种基于脉冲计数原理的高精度时间间隔测量模块,该模块采用ADF4360-6频率合成器产生1.2 GHz高频参考时钟,由于该时钟信号为LVPECL电平,需要将其转换为ECL电平.AD9515解决了这一关键技术.MC100EP016分频器实现对高频ECL信号分频计数.由于该时间间隔测量模块是电磁波时域反射电缆测长仪中的一部分,该模块的性能可以通过电缆测长仪验证.实验证明该模块具有较高精度,可以被广泛应用于时间、频率测量领域.     

基于PCI总线的石英晶体微调系统

石英晶体元件是目前应用非常广泛的高精度频率源的核心部件,本文从软、硬件思想两个方面介绍了一种测量石英晶体电参数微调系统的设计与实现方法,实际应用表明该系统具有宽频段、速度快、和精度高等特点。     

自驱动关节臂坐标测量机关节角度实时测量系统

针对传统的光电编码器角度测量方法无法满足自驱动关节臂坐标测量机角度高精度实时测量的问题,设计了基于FPGA组合设计方法的光电编码器角度实时测量系统,由原理图输入设计的抗扰动模块、Verilog HDL语言设计的四倍频辨相计数模块、Qsys搭建的数据传输模块和Visual Studio设计的软件模块组成。通过与数字采样频率为1 MHz的16位USB-6229数据采集卡同步对比实验结果表明,在相同条件下,FPGA与数据采集卡同时测量光电编码器的数据完全吻合,因此设计的光电编码器角度实时测量系统可以直接运用于自驱动关节臂坐标测量机的关节角度测量。     

振弦式传感器信号采集卡的研制

介绍振弦式传感器的数学模型及工作原理,给出了该传感器信号采集卡的设计方案。分析了激振与拾振电路的设计,传感器信号频率的等精度测量电路设计,以及采用CAN总线实现与主控卡相互通信的智能节点设计。该采集卡作为一个嵌入式智能单元,可实现根据不同应用需要与其他传感器采集卡自由组合,构成一个灵活的集成数据采集系统硬件平台。     

基于SOPC的便携式高精度频率仪设计

随着频率测量系统在许多领域的广泛应用,为了达到高速高精度宽量程的频率测量,介绍了基于Nios II处理器软核的SOPC为控制核心,采用直接数字频率合成(DDS)技术,在SOPC上构建通道切换逻辑控制、信号处理器模块以及人机交互模块,实现高速多通道数据运算与处理,缩小了频率仪体积,并降低了开发成本。通过通道切换逻辑控制,实现宽量程频率采样。通过细分插补软件算法实现0.061 ns级的时间测量,从而实现高精度的频率测量。     

石英晶体温度传感器的原理及应用

石英晶体是弹性体,它存在固有振动频率.当强迫振动频率等于它的固有振动频率时,就会产生谐振.利用这一特性人们将它做成振荡器、压电传感器等元件.通常,用于这些方面的石英晶体,它的温度稳定性是衡量其品质的一项重要指标.由于石英晶体的固有振动频率与温度密切相关,因此,我们可以利用这一特点作成高精度的温度一频率传感器.     

基于STM32的碳纳米纸传感器信号采集系统设计

针对检测碳纳米纸传感器电阻值的需求,设计了一种基于STM32F407的碳纳米纸传感器多通道数据采集系统。系统以STM32F407单片机为主控芯片,经过信号的转换与放大,将碳纳米纸传感器的电阻信号转换为便于直观测量与分析的电压信号,然后经过AD7606转换成数字信号,STM32F407采集AD7606的转换结果并通过以太网接口向上位机发送,同时将采样数据存储到Micro SD卡中。采用LabVIEW设计上位机软件,实现实时数据的波形显示,同时将数据存储成TDMS数据文件。数据采集结果通过与34401A万用表所测量的电阻值进行比较,结果表明采集器的测量误差率低于2%。因此,设计的采集系统采样精度高、数据采集结果稳定可靠,满足高频数据采集的需求。     

石英音叉液体密度传感器的阻抗谱测量

阐明了石英音叉液体密度传感器的工作原理,制备了石英音叉液体密度传感器探头,设计了以AD5933为核心的石英音叉密度传感器的阻抗谱测量系统,主要包括阻抗测量电路、信号调理电路、量程自动切换电路,结合人机交互模块,可以实现参数设置、数据处理和显示。最后测试实验表明,该阻抗谱测量系统具有较高的精度和稳定性。     

基于石英挠性加速度计的卫星微振动测量控制单元的设计

卫星微振动高精度测量与控制是评价卫星平台与遥感系统等有效载荷成像质量和高精度姿态指向的关键因素,石英挠性加速度计作为高精度加速度敏感传感器可应用于卫星在轨微振动监测。针对石英挠性加速度计,设计了一种测量与控制电路,作为在轨微振动测量系统的核心组成单元,用于微加速度信号的检测与调理、抗混叠滤波、数据同步采集、处理、存储和状态控制。实际测试表明其信号测量精度高,数据采集同步性好,工作稳定可靠。