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MEMS热式风速风向传感器系统的优化设计

更新时间：2020-03-24 05:06:28 大小：15M 上传用户：六3无线电查看TA发布的资源 标签：mems风速风向传感器 下载积分：3分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

MEMS热式风速风向传感器因具有传统风检测设备所不具备的低功耗、小型化、智能化等优点，而被众多研究人员所研究。为了使其能够更广泛的应用于气象检测、农业生产以及日常生活的各个方面，对于传感器系统优化的研究也在不断的进行中。

  在本论文中首先分析了实验室对热式风速风向传感器温漂现象现有的补偿方法及其局限性，接着提出了一种基于软件恒温差控制的热式风速风向传感器系统，利用软件模块代替原有的惠斯通电桥来获取温差信息并利用单片机实现系统的恒温差控制，目的是消除在使用惠斯通电桥进行温差信息采样时，由于测温元件温度系数不同所造成的的温漂现象，同时实现对加热功率的准确控制。课题的主要内容如下:(1)对恒温差控制系统进行硬件电路和软件模块的设计，利用反馈控制改变流经加热元件的电流以改变加热功率，使系统实现恒温差控制;(2)对软件算法中的关键环节进行优化设计与实验验证——分别对温度采样滤波算法和恒温差控制核心算法进行了优化设计，确定了定时采样递推平均滤波算法和PID恒温差控制算法为系统软件算法的最终方案;(3)对优化后的传感器系统进行风速风向性能测试;(4)对系统的静态温漂特性进行测试并对存在的温漂现象进行分析与实验验证，最终确认该系统温漂来源较为单一，主要是来自于测温元件温度系数检测误差，因而易于进行温漂补偿，并依据分析结果对温漂现象进行了补偿。

  系统测试结果显示，基于软件恒温差控制的传感器系统在温差设为15℃的情况下，传感器系统的风速测量范围为0m/s-19m/s，热损失测量低风速段灵敏度为4.5mW/(m·s-1)，高风速段灵敏度为1.7mW/(m·s-1)，响应时间最长为40s，热温差检测中x方向和y方向最大灵敏度分别为22.4mV/(m·s-1)和14mV/(m·s-1)，基本可以实现风速风向检测功能。系统温漂补偿后测试结果显示，在环境温度从-20℃变化到40℃的过程中，传感器系统静态加热功率仅变化2mW，对应的静态风速输出值变化量小于0.5m/s，静态温漂现象得到了较好改善。

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