MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、MEMS熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器因具有傳統(tǒng)風(fēng)檢測(cè)設(shè)備所不具備的低功耗、小型化、智能化等優(yōu)點(diǎn)，而被眾多研究人員所研究。為了使其能夠更廣泛的應(yīng)用于氣象檢測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的各個(gè)方面，對(duì)于傳感器系統(tǒng)優(yōu)化的研究也在不斷的進(jìn)行中。
　　在本論文中首先分析了實(shí)驗(yàn)室對(duì)熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器溫漂現(xiàn)象現(xiàn)有的補(bǔ)償方法及其局限性，接著提出了一種基于軟件恒溫差控制的熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器系統(tǒng)，利用軟件模塊代替原有的惠斯通電橋來獲取溫差信息并利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒

2、溫差控制，目的是消除在使用惠斯通電橋進(jìn)行溫差信息采樣時(shí)，由于測(cè)溫元件溫度系數(shù)不同所造成的的溫漂現(xiàn)象，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱功率的準(zhǔn)確控制。課題的主要內(nèi)容如下:(1)對(duì)恒溫差控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路和軟件模塊的設(shè)計(jì)，利用反饋控制改變流經(jīng)加熱元件的電流以改變加熱功率，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫差控制;(2)對(duì)軟件算法中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——分別對(duì)溫度采樣濾波算法和恒溫差控制核心算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了定時(shí)采樣遞推平均濾波算法和PID恒溫差控制算法為

3、系統(tǒng)軟件算法的最終方案;(3)對(duì)優(yōu)化后的傳感器系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向性能測(cè)試;(4)對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)溫漂特性進(jìn)行測(cè)試并對(duì)存在的溫漂現(xiàn)象進(jìn)行分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終確認(rèn)該系統(tǒng)溫漂來源較為單一，主要是來自于測(cè)溫元件溫度系數(shù)檢測(cè)誤差，因而易于進(jìn)行溫漂補(bǔ)償，并依據(jù)分析結(jié)果對(duì)溫漂現(xiàn)象進(jìn)行了補(bǔ)償。
　　系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果顯示，基于軟件恒溫差控制的傳感器系統(tǒng)在溫差設(shè)為15℃的情況下，傳感器系統(tǒng)的風(fēng)速測(cè)量范圍為0m/s-19m/s，熱損失測(cè)量低風(fēng)速段靈敏度為4.5m