近年來,仿生技術的發(fā)展為傳感器設計帶來越來越多的靈感,仿生傳感器的發(fā)展也取得不斷突破。本文研究的仿生毛發(fā)傳感器正是借鑒動物毛發(fā)結構設計而成,用于空氣流速的測量。風速測量在氣象測試、環(huán)境保護、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領域具有重要意義,而仿生毛發(fā)傳感器的研究目的就是為了提升風速測量的精度。毛發(fā)傳感器的結構決定了其測量精度的上限,而測控電路是實現(xiàn)測量功能的關鍵。因此,本文主要對毛發(fā)傳感器的測控電路進行研究,主要研究內(nèi)容如下:（1）毛發(fā)傳感器流速敏感機理研究首先針對毛發(fā)傳感器的機械結構,介紹了諧振器動力學模型以及圓柱體毛發(fā)在空氣流速下的受力模型,得到了諧振器頻率變化與空氣流速大小的關系。其次,分析了毛發(fā)傳感器的靜電驅動和電容檢測原理,為電路設計提供理論基礎。（2）毛發(fā)傳感器驅動電路設計與分析設計了基于鎖相環(huán)的驅動電路,包括頻率控制回路和幅度控制回路兩個部分。分析了頻率控制電路中的鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和幅度控制回路中的整流電路、低通濾波器。最后,對基于鎖相環(huán)的驅動回路進行了MATLAB仿真,并驗證了分析的正確性。（3）流速激勵產(chǎn)生電路和麥克風校準電路的設計首先,介紹了揚聲器產(chǎn)生空氣流速的機理,并設... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

毛發(fā)加速度計測試平臺

東南大學碩士學位論文有加速度輸入時，毛發(fā)底部形成差動電容。在底部電極處給差動電容施加 1MHz 交流載波信號來進行差動電容信號的提取。頂部電極連接電荷放大器，經(jīng)過解調(diào)、濾波后，傳感器響應可以在示波器上顯示出來。測試結果顯示，該加速度計諧振頻率為 367Hz，檢測閾值為 0.63m/s2,可測量最大加速度可達 1g。圖 1.2 顯示了毛發(fā)流速傳感器測試平臺，其原理與加速度計測試平臺類似，通過使用驅動揚聲器來產(chǎn)生空氣流速。測試結果表明，在施加信號頻率為 250Hz時，敏感的最小幅度為 1.06mm/s。與此同時，測量結果還顯示了傳感器較好的八字指向性。

圖 1.1 毛發(fā)加速度計測試平臺 圖 1.2 毛發(fā)流速傳感器測試平臺該團隊還對毛發(fā)傳感器陣列展開了研究[9-10]，如圖 1.3 顯示了毛發(fā)陣列傳感器。測控電用頻分復用技術（FDM）來實施并行信號的采集，有效地減少電路端口數(shù)量，能夠在多感器位置同時測量流速信號，克服了時分復用（TDM）對時間傳播敏感的缺點。圖 1.4了采用頻分復用技術的陣列毛發(fā)傳感器的原理。實驗結果表明，使用 FDM 處理技術成功少了陣列毛發(fā)傳感器所需的電極連接數(shù)，這開辟了使用毛發(fā)傳感器陣列來測量空間流場布以及各種流動特征的可能性。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]MEMS傳感器現(xiàn)狀及應用[J]. 王淑華.  微納電子技術. 2011(08)
[2]基于CORDIC算法的NCO[J]. 張科峰,彭帥,蔡夢.  現(xiàn)代雷達. 2008(06)
[3]數(shù)字PID控制器的FPGA實現(xiàn)及軟硬件協(xié)同仿真[J]. 陳晉煒,周玉潔.  信息技術. 2005(09)
[4]精密整流電路的分析與應用[J]. 景海云.  河北建筑工程學院學報. 2004(03)
[5]微機械陀螺數(shù)字讀出系統(tǒng)及其解調(diào)算法[J]. 周斌,高鐘毓,陳懷,張嶸,陳志勇.  清華大學學報(自然科學版). 2004(05)
[6]脈沖熱線風速儀的研制[J]. 李慶,馬大為,樂貴高.  氣動實驗與測量控制. 1996(04)

博士論文
[1]仿生蜘蛛振動感知的硅微加速度傳感器研究[D]. 汪延成.浙江大學 2010

碩士論文
[1]新型仿生毛發(fā)流速微傳感器結構設計與優(yōu)化[D]. 胡迪.東南大學 2017
[2]差分型MEMS矢量水聽器的研制[D]. 王續(xù)博.中北大學 2016
[3]基于STM32高頻響熱線風速儀的研制[D]. 鐘志鵬.南京理工大學 2016
[4]基于FPGA的硅微陀螺儀數(shù)字測控電路關鍵技術研究[D]. 柳小軍.南京信息工程大學 2015
[5]基于MEMS技術的仿生三軸向壓阻矢量水聽器的研制[D]. 李振.中北大學 2014
[6]三軸諧振式加速度計測控電路的設計[D]. 趙輝.南京理工大學 2014
[7]微風速矢量測量系統(tǒng)[D]. 姚煒.合肥工業(yè)大學 2012
[8]采用MEMS技術研制硅氣體流速傳感器[D]. 林定選.黑龍江大學 2009
[9]硅微MEMS仿生矢量水聲傳感器研究[D]. 陳尚.中北大學 2008



本文編號：3364071