中医用高精度阵列脉搏传感器的设计

提出了一种可以把脉搏压力信号直接转换为电流信号输出的高精度阵列脉搏传感器.采用牺牲层法加工晶体管的栅极与CMOS工艺具有良好的兼容性.对传感器栅电容和输出电流进行测试,在1.5～9.5kPa的动态范围,传感器电容的灵敏度约为0.5fF/hPa;传感器输出电流与压力呈现较好的线性和指数特性.分析结果表明MOS栅面积的改变对压力-电流响应曲线的线性度有一定影响.     

用于流体压力测量的电容传感器

叙述了电容应变式流体压力传感器的基本原理，给出了一种电容应变式流体压力传感器的检测电路，并分析了流体压力大小与传感器输出电压的关系。实验结果表明，该传感器具有精度高、线性度好、灵敏度大等优点，尤其适于微压力和大动态力的测量。     

电容式压力传感器微电容测量集成电路的研究

采用开关电容技术的Boxcar积分原理设计的,为测量电容式压力传感器微电容的接口电路已提出,它由Boxcar积分器,锁存器,脉冲宽度调制器和控制信号电路组成。 这个接口电路,采用3μmP-阱CMOS双层多晶硅栅工艺研制,管芯面积为2.5×3.5mm~2。测试结果表明,接口电路具有较好的灵敏度,它完全适用于与硅集成电容式压力传感器集成在同一芯片上。     

长线列CMOS图像传感器的性能优化设计

设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积,采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率,采用没有体效应的PMOS源跟随器,同时减小PMOS管的宽长比,有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上,采用顶层金属走线,降低寄生电阻和电容,提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片,得到器件像元阵列为5×1 030,像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明:该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定,其线性度达到98%,线性动态范围为76dB。     

微电容式传感器信号检测电路的设计

微电容传感器检测电路是微电容传感器中的关键技术,由于微电容传感器的电容变化量很小,电路中的杂散电容对传感器的影响就会非常大,所以微电容测量电路必须具备大动态范围、高测量灵敏度、低噪声、抗杂散性好等性能。因此提出了电桥式交流电容检测电路。首先将转换后的电压信号加载到高频正弦激励信号中,然后通过放大等一系列处理得到输出电压,最后根据待测电容与输出电压的关系得到待测电容的容抗。(１)采用Multisim仿真软件对提出的电桥式交流电容检测电路进行了调试及可行性验证。(２)在设计的基础上对电路进行了实物焊接和调试。(３)利用信号发生器和示波器对一批已调试的微电容进行了实验验证。实验结果表明,提出的电桥式交流电容检测电路测量的输出电压与理想情况下的输出电压基本一致?且该电路能很好地抑制寄生电容的影响,有良好的线性和稳定性。     

一种简单的单频无源LC传感器读取系统设计

为了实现无源LC传感器信号的高灵敏度检测,提出了一种简单、高效的单频无源LC传感器读取系统,该系统通过磁耦合读取线圈和传感器线圈,利用固定电容与电容传感器并联降低谐振频率以便进行测量,首先,通过读取线圈将传感器的电容转换成励磁电压和电流之间的相角(?),然后使用相敏检测器获得由tan?给出的最终输出结果，其中，相敏检测器的输入为电压和与信号成比例的电流。理论分析和实验结果显示，提出系统能够实现传感器变化信号的高灵敏度检测，在 ±５ｐＦ的范围内测试得到的灵敏度为5.5 (°)/ｐＦ且平均误差约为0.38％。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

Rogowski线圈的FBG电流传感器研究

电流是电力设备进行计量、监控和保护的重要参量,对其准确测量是电力系统安全、稳定、可靠和经济运行的保证。研制了一种Rogowski线圈、叠堆压电陶瓷和光纤Bragg光栅组合成的测量大电流的电流传感器。利用Rogowski线圈把高压侧大电流线性地转换为低电压,输出电压加在叠堆压电陶瓷上,由逆压电效应,叠堆压电陶瓷伸缩带动光纤Bragg光栅伸缩,将叠堆压电陶瓷的应变线性转换为光纤Bragg光栅的中心反射波长的移位,增加温补光栅消除环境温度的影响,通过测量光纤Bragg光栅中心反射波长的移位来测量电流的大小。测试结果表明,该电流传感器的灵敏度为0.071 8pm/A,非线性误差为3.47%FS,滞后误差为4.17%FS,重复性误差为4.17%FS。     

井下FBG高压传感器特性的实验研究

在光纤Bragg光栅(FBG)作为敏感器件设计压力传感器时,需要提高FBG的压力灵敏度.实验中,设计了基于应变圆筒的压力变换装置,并对圆筒的轴向应变进行放大.利用高压测试系统对传感器的压力特性进行实验研究,结果表明:该FBG压力传感器的波长灵敏度为27.1 pm/MPa,约为裸光栅的9倍,线性度为0.999.     

电容式湿度传感器的设计

为了能够更好解决测量流动蒸汽湿度准确度低、难度大等问题,设计了一种电容式湿度传感器,其为同轴圆筒式多极电容传感器结构,利用电容数字转换技术芯片PCap01进行电容值的检测,通过SPI通信方式将测量结果传输到STM32单片机中进行处理,采用AD421将输出结果转换为标准的4~20 m A信号。实验结果表明,在一定温度下,随着产生湿度的变化,湿度与输出电流呈线性关系,当产生的湿度不变时,电流趋于稳定状态,该设计能够进行湿度的测量。     

Micro FET pressure sensor manufactured using CMOS-MEMS technique

The fabrication of a micro field effect transistor (FET) pressure sensor using the commercial 0.35 μm complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process and a post-process has been investigated. The pressure sensor is composed of 16 sensing cells in parallel, and each sensing cell includes a suspended membrane and an NMOS. The suspended membrane is the movable gate of the NMOS. The pressure sensor needs a post-process to obtain the suspended membrane after the CMOS process. The post-process employs etchants to etch the sacrificial layers to release the suspended membrane, and then a low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) parylene is used to seal the etching holes in the pressure sensor. The pressure sensor produces a change in current when applying a pressure to the sensing cells. Experimental results show that the pressure sensor has a sensitivity of 0.022 μA/kPa in the pressure range of 0–500 kPa.     

A Monocharged Electret Nanogenerator‐Based Self‐Powered Device for Pressure and Tactile Sensor Applications

This study reports a self‐powered pressure sensor based on a monocharged electret nanogenerator (MENG). The sensor exhibits great advantages in terms of high reliability, ease of fabrication, and relatively high sensitivity. The working mechanism of the MENG sensor is studied by both theoretical derivations and finite element analyses to determine the electric potential distribution during the device operation. The MENG sensor exhibits a stable open circuit voltage ≈10 V at a 30.8 kPa pressure and a corresponding sensitivity of 325 mV kPa^?1. The stability testing result shows that the device has only ≈5% attenuation after 10 000 cycles of repeated testing at 30.8 kPa pressure. Furthermore, it is found that the MENG sensor responds not only to a dynamic force but also a static force. Finally, a sensor array consisting of nine MENG sensor elements is fabricated. The testing results from the sensor array also reveal that a single touch of the sensor element can immediately light up an LED light at the corresponding position. This device holds great promise for use in future tactile sensors and artificial skin applications.     

Screen‐Printed Soft Capacitive Sensors for Spatial Mapping of Both Positive and Negative Pressures

Soft pressure sensors are one class of the essential devices for robotics and wearable device applications. Despite the tremendous progress, sensors that can reliably detect both positive and negative pressures have not yet been demonstrated. In this paper, a soft capacitive pressure sensor, made using a convenient and low‐cost screen‐printing process that can reliably detect both positive and negative pressures from ?60 to 20 kPa, is reported. The sensor is made with an Ecoflex‐0030 dielectric layer, conductive and stretchable poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (with ionic additives) electrodes, and polydimethylsiloxane encapsulation layers. Air gaps are designed and incorporated into the dielectric layer to significantly enhance the sample deformation and pressure response especially to negative pressure. The sensor exhibits repeatable response for thousands of cycles, even under bending or stretching conditions. Lastly, to demonstrate the practical application, a 12 × 12‐pixel sensor array that can automatically measure both positive and negative pressure distributions has been reported under ?20 and 10 kPa.     

Photonic sensor with radio frequency power detection for body pressure monitoring

A photonic sensor with radio frequency(RF) power detection for body pressure monitoring is proposed. The sensor based on two fiber Bragg gratings(FBGs) can transfer the wavelength shift to the change of RF power. The pressure can be measured by modulating and processing one single frequency RF signal. The theoretical analysis and experimental results of the photonic sensor are presented and discussed. The pressure sensitivities are acquired with 2.62×10^-5 mW/kPa at 2.14 GHz, 2.46×10     

阵列式无线压力传感器系统设计与迟滞补偿研究

为提高传统硅压阻式压力传感器的测量精度,针对性地设计与实现了一种带有迟滞误差校正功能的阵列式无线压力传感器系统。该系统采用了硅压阻式传感器阵列和高精度模数转换器AD7794,以STM32微处理器作为数据采集和信号处理的核心部件,并通过无线蓝牙传输模块将测量数据发送至手机接收端,以手机APP显示测量结果有利于用户对压力实现无线监测。针对硅压阻压力传感器的迟滞非线性,基于最小二乘法与函数校正法对压力传感器阵列的输出信号进行了非线性和迟滞误差补偿,结果表明：迟滞误差从原来的±0.152%降为±0.077%,,有效地提高了系统的测量精度。     

基于FPGA的数据采集与存储技术研究

使用现场可编程门阵列FPGA作微控制器,通过传感器采集音频信号,再由AD转换器将其转换并存储于芯片AT45DB041B中,以实现对音频信号的采集与存储。对于前端信号使用Matlab设计滤波器对其进行处理,并利用Altera公司的综合开发软件Quartus Ⅱ对数据采集系统进行了仿真,研究表明：该设计能够得到比较理想的数字音频信号。     

弛豫铁电单晶光传感器噪声的处理

新型热释电材料弛豫铁电单晶(PMN-PT),其具有优异的压电效应和热释电效应,对外界的干扰也更加敏感,制成传感器后会产生更多的噪声.针对新型红外传感器读出信号中噪声的产生机理、特点进行了分析与研究,利用计算机仿真出的带有白噪声和1/f噪声,信噪比为0 dB左右的读出信号模型,分别使用自相关算法和小波降噪算法对其进行降噪...     

双CMOS仿生3D视觉传感器电路设计

针对目前3D相机中出现的图像数据易丢失、左右图像同步难等问题,提出一种可精确采集左右格式立体对图像的仿生3D传感器实现方法,可为仿生3D传感器的光路系统的检验及目标物三维重建提供精确三维坐标信息。为更好协调3D传感器在光信号处理中的点像素同步,采用现场可编程门阵列处理双OV3640图像传感器各信号,初始化后在像素时钟的准确控制下采集图像数据并完成输出图像格式转换、缓存、左右格式立体对图像拼接及输出显示验证。结果表明,3D传感器工作可靠、集成度高、体积小,可精确采集左右格式立体对图像。     

基于光纤压力传感器的管道监控系统研究

针对运输管道埋设于土壤中面临的泄漏或堵塞点难发现、难定位的问题,结合光纤压力传感器高灵敏度、高抗干扰的特性,设计了一种基于光纤压力传感器的管道监控系统。系统采用包覆有合适热膨胀系数材料的单模光纤组成的偏振型压力传感器,能很好地克服外界环境温度扰动;采用模块化设计的压力敏感探头以20 m间距均布于管线上,形成信号点阵列源;结合点阵列数据重构与插值定位算法确定故障点的位置。结果表明:该系统的光纤压力传感器可有效克服温度变化对传感测量的不良影响,5.5 km范围内对故障点的定位精度在1 m内。