隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,各領(lǐng)域自動(dòng)化程度越來越高,各行各業(yè)對(duì)智能傳感器的需求也與日俱增。就目前市場而言,高速度和高精度的智能傳感器依舊是主要發(fā)展趨勢。優(yōu)質(zhì)的傳感器可以節(jié)約大量人力成本,縮短工作時(shí)間,提升工作效率,進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于傳感器本身,其速度特性和精度特性卻相互制約,如何同時(shí)兼顧兩者是傳感器領(lǐng)域研究的永恒話題。本文通過對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行研究,選用對(duì)速度和精度同時(shí)敏感的電阻應(yīng)變式傳感器作為研究模型,設(shè)計(jì)了一套高速度和高精度的傳感器處理模塊實(shí)現(xiàn)方案。該方案硬件部分采用交變激勵(lì)、全差分信號(hào)調(diào)理、過采樣和比率測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的高速低噪聲特性,軟件部分采用ARM Cortex-M4微處理器進(jìn)行數(shù)字濾波和補(bǔ)償算法實(shí)現(xiàn)快速高精度特性。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)本系統(tǒng)的精度可達(dá)百萬分之五,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

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工作原理和ＡＲＭ微處理器的特性，??結(jié)合其工作所需的條件和山東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目所要求的指標(biāo)，分析設(shè)計(jì)了本課題??研宂的傳感器處理模塊的總體設(shè)計(jì)方案，然后介紹了在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中，??實(shí)現(xiàn)處理模塊髙速度和高精度性能同時(shí)滿足需求的具體方案。??２．１電阻應(yīng)變式傳感器原理??電阻應(yīng)變式傳感器在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，其原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，??當(dāng)材料受到外力作用產(chǎn)生拉伸或壓縮等形變時(shí)，材料的電阻值會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。??根據(jù)元件制作的原材料，通常分為金屬元件和半導(dǎo)體元件，以金屬為例，如圖２－??１所示的是金屬電阻絲形變示意圖，長度為Ｉ，半徑為ｒ的金屬絲在受到外力Ｆ??作用后，產(chǎn)生軸向拉伸形變ＡＬ和縱向收縮形變Ａｒ。??Ｌ?ａ！??＜??？???Ｆ?????—？??ｒ?????Ａｒｔ???圖２－１金屬電阻絲形變示意圖??７??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???變化與形變關(guān)系如公式２－１０所示：??ｖ（＼?＋?２ｊｕ）ｅ＝Ｋｅ?（２－１０）??式中尤為常數(shù)，定義為金屬材料的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起??的電阻相對(duì)變化量。電阻應(yīng)變片所用的金屬絲材料的靈敏系數(shù)一般在１．?８－３．?６之??間。??對(duì)于半導(dǎo)體材料，其靈敏系數(shù)要比金屬材料高５０？８０倍，半導(dǎo)體材料的靈??敏度雖然較高，但其易受溫度影響，穩(wěn)定性較差，在大應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生較大的??非線性誤差。而金屬材料工作性能穩(wěn)定、可靠性好、壽命長、成本低、易于加工、??種類繁多，更易于滿足各類需求和大規(guī)模應(yīng)用。??電阻應(yīng)變片便是基于金屬絲應(yīng)變原理的一個(gè)應(yīng)用。圖２－２所示為電阻應(yīng)變片??的結(jié)構(gòu)圖，其主要由覆蓋層、基底、引線、黏合劑、敏感柵構(gòu)成。覆蓋層和基底??主要起保護(hù)作用，敏感柵一般選用靈敏系數(shù)較高且穩(wěn)定性好的金屬絲，敏感柵粘??貼在覆蓋層和基底之間，使用引線將其引出。??敏感柵?甚底??覆蓋層?＼?卷＾氐??＼?＼?ｙ／引線??圖２－２電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖??電阻應(yīng)變式傳感器通常將電阻應(yīng)變片與電橋電路結(jié)合，通過電橋特性把應(yīng)變??片的電阻變化量轉(zhuǎn)化為更易于進(jìn)行測試的電壓信號(hào)。各種電橋電路中，單臂電橋??技術(shù)成熟、成本低，應(yīng)用最為廣泛。單臂電橋的最具有代表性的例子就是惠斯通??電橋，它使用方便、靈敏度高且結(jié)構(gòu)簡單，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，惠斯通電橋也??被廣泛地應(yīng)用于實(shí)際生活中［１（）］。??９??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2861959