航空用电磁式硅谐振压力传感器检测电路及仪表研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuany06
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硅谐振压力传感器具有线性度好、分辨率高、稳定性好、准数字化输出和综合精度高等特点,广泛应用在航空航天、工业控制、气象等领域。本论文针对航空用电磁式硅谐振压力传感器,主要研究了传感器的温度自补偿方法、检测电路和仪表电路。  针对电磁式硅谐振压力传感器,本论文从理论上分析了传感器的工作原理和产生温度漂移的原因,据此初步研究了一种基于最小二乘支持向量机的温度自补偿方法。相比BP神经网络和多项式,该温度自补偿方法可以提高温度补偿的精度。补偿结果表明,压力传感器在满量程范围内的最高补偿精度从±1.089% F.S(未经过温度补偿)提高到了±0.003% F.S(经过温度补偿)。  对于高Q值大量程压力传感器,本论文对原有的检测电路进行了系统优化,主要包括:开机快速启动环节、模拟转数字环节、电源转换环节、增益环节、带通滤波环节和电路板结构。优化后的检测电路满足了航空用压力传感器体积小、信噪比高和稳定性好的性能指标要求。  针对航空飞行过程中温度急剧变化带来的硅谐振压力传感器输出精度差的问题,本论文设计了一种高精度同步频率采集数字仪表电路。仪表电路采用STM32F103系列芯片为主控制单元,利用单片机中两个内部定时器来同时采集传感器的两个谐振频率,通过I2C总线方式进行输出,然后采用最小二乘支持向量机的方法进行温度自补偿。为实现批量传感器的标定与测试工作,本论文对自动化标定与测试软件进行了设计。  本论文对航空用高精度压力传感器及相关电路进行了多项环境适应性测试,包括高低温、温度-高度、温度跟随、加速度、振动、冲击和长期工作稳定性等测试实验。测试结果表明,温度补偿后传感器在全温区的综合精度优于±0.02%F.S,证明检测电路及仪表具有优良的稳定性和环境适应性。
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