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硅热式风速传感器输出稳定性的研究
资料介绍
随着科技的日益更新，物联网、人工智能等技术的发展离不开传感器的支持。MEMS传感器以其便携性、低功耗、低成本等优势已成为诸多领域越来越重要的角色。气象监测对农业、林业、工业等领域有着重要的意义，同时也与人民的日常生活息息相关。风速监测是气象监测的重要环节之一，MEMS风速传感器比传统的风速计有着不可比拟的优势。本文主要介绍了一种硅热式风速风向传感器，研究了其输出特性，从传感器的芯片结构、信号检测电路和控制电路等方面分析造成的输出不稳定的原因，提出改善信号检测电路和控制电路的方案，并进行测试验证，本文具体工作如下:
(1)本文研究了硅热式风速传感器的输出特性，发现在稳定风速情况下传感器输出数据波动范围大于传感器的灵敏度，即传感器输出不稳定。针对传感器输出不稳定问题，从传感器的芯片结构、信号检测电路和控制电路等方面分析原因。传感器芯片中的测温热电偶的噪声电压、差分放大器AD623的失调电压、单片机的模拟数字装换模块量化噪声、电源模块的噪声以及温漂特性都是影响输出稳定性的因素。而电源模块的输出噪声和温漂特性是最主要的因素。
(2)本文为提高硅热式风速传感器输出稳定性，从硬件和软件两个方面制定方案。硬件方面，设计提高抗噪性的电源电路，即在电源输出模块改进滤波电路，同时设计温漂补偿电路，抑制温漂。软件方面，讨论数字滤波算法，融合限幅滤波算法和加权递推平均滤波算法，提出限幅加权递推滤波算法，并对算法中的限制幅度值进行了实验和讨论。
(3)本文对上述硬件方案和软件方案对传感器进行了验证测试与分析，单独地采用硬件方案能将在稳定风速下的传感器输出波动范围缩小至原来的一半，但是还是超过了灵敏度。结合硬件方案和软件方案，在稳定风速下传感器输出波动范围小于传感器灵敏度，从而进一步提高了传感器输出稳定性。
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