本文關(guān)鍵詞：溫度漂移和零點穩(wěn)定性對熱式風(fēng)速傳感器性能影響的測試分析與改善

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【摘要】：科技的發(fā)展使得人們生活質(zhì)量提高的同時,也帶來可能危及大眾安全的不利因素如環(huán)境問題。其中霧霾等天氣直接影響到大眾的生活質(zhì)量,提升各種呼吸道疾病的發(fā)病概率。風(fēng)速和風(fēng)向作為核心的氣象要素,在檢測氣象環(huán)境問題時候起著十分重要的作用。熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的零點穩(wěn)定性以及溫度漂移是影響其測量準(zhǔn)確性的要素。本文采用新型脈寬調(diào)制型MEMS風(fēng)速風(fēng)向傳感器。研究的主要內(nèi)容有：設(shè)計控制電路,通過反饋控制改變加熱電阻加熱電壓的脈寬占空比,使系統(tǒng)實現(xiàn)恒溫差工作模式。對不同風(fēng)速情況采用不同檢測原理。風(fēng)速低于軟件設(shè)定閾值時,輸出熱溫差型檢測原理測得風(fēng)速值,高于設(shè)定閾值時,輸出熱損失型檢測原理測得風(fēng)速值。分析對傳感器零點穩(wěn)定性造成影響的原因。通過設(shè)計分壓電路使得傳感器芯片表面熱場趨于平衡；通過設(shè)計使用脈寬調(diào)制型控制電路,使得系統(tǒng)每次初始化后保持穩(wěn)定,不產(chǎn)生零點漂移；隨風(fēng)速值增長的電壓信號產(chǎn)生零點漂移,本文分析了原理給出影響該零點穩(wěn)定性的可能性,經(jīng)測試該零點漂移在20m/s風(fēng)速下造成的風(fēng)速誤差值約為4%。溫度漂移的解決是傳感器在不同環(huán)境下能正常精確工作的前提。改變環(huán)境溫度對恒溫差控制原理進行測量,在系統(tǒng)工作溫度范圍內(nèi),恒定溫度變化量最大僅為1℃。針對熱溫差檢測原理進行了溫度漂移測試,輸出電壓曲線偏移量較小,溫度漂移整體誤差約為2.3%。對于熱損失檢測原理,加熱電壓脈寬占空比隨溫度變化影響較大,通過分析數(shù)據(jù)得出該溫度漂移的簡單補償公式,經(jīng)過補償?shù)南到y(tǒng)測得風(fēng)速值偏差約為3.6%滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)。通過對影響零點穩(wěn)定性因素的分析優(yōu)化和對溫度漂移的補償,實現(xiàn)了性能穩(wěn)定,可在各溫度環(huán)境下可靠工作的風(fēng)速風(fēng)向傳感器。
【關(guān)鍵詞】：熱式風(fēng)速傳感器 零點穩(wěn)定性 溫度漂移 脈寬調(diào)制
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 課題背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外風(fēng)速風(fēng)向傳感器的研究進展10-16
• 1.3 傳感器溫度漂移和零點穩(wěn)定性的研究進展16-17
• 1.4 本論文的主要研究工作17-18
• 1.4.1 目前課題中存在的問題17
• 1.4.2 系統(tǒng)性能指標(biāo)17-18
• 1.5 論文內(nèi)容綱要18-19
• 第二章 脈寬調(diào)制型熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的檢測原理與控制模式19-31
• 2.1 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的檢測原理19-22
• 2.1.1 熱損失型檢測原理19-20
• 2.1.2 熱脈沖型檢測原理20-21
• 2.1.3 熱溫差型檢測原理21-22
• 2.2 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的控制模式22-25
• 2.2.1 恒功率控制模式22-23
• 2.2.2 恒溫差控制模式23-25
• 2.3 脈寬調(diào)制型熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器25-29
• 2.3.1 工作原理25-26
• 2.3.2 加熱電壓脈寬調(diào)制電路26-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第三章 熱式風(fēng)速傳感器零點穩(wěn)定性的研究31-45
• 3.1 熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器芯片結(jié)構(gòu)31-34
• 3.1.1 傳感器芯片整體結(jié)構(gòu)介紹31-32
• 3.1.2 熱電堆電壓輸出電路32-34
• 3.2 傳感器芯片結(jié)構(gòu)造成的零點漂移34-36
• 3.3 基于一致性探討的零點漂移36-38
• 3.4 測試過程中發(fā)現(xiàn)的零點漂移38-42
• 3.5 測試系統(tǒng)介紹42-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第四章 熱式風(fēng)速傳感器溫度漂移的研究45-57
• 4.1 常溫時傳感器的特性45-47
• 4.2 傳感器輸出的溫度效應(yīng)實驗測試與分析47-52
• 4.2.1 不同溫度下的恒溫差控制模式48-49
• 4.2.2 不同溫度下的熱溫差檢測模式49-50
• 4.2.3 不同溫度下的熱損失檢測模式50-52
• 4.3 溫度漂移的理論分析52-54
• 4.4 溫度補償算法設(shè)計54-55
• 4.5 補償后的溫度特性測試分析55
• 4.6 本章小結(jié)55-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 工作總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 致謝59-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文65

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本文編號：1126060