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基于IPMC微力传感器设计

冉现宾  
【摘要】:离子交换聚合体金属合成物(Ion-exchange Polymer-Metal Composites简称IPMC)是一种电致形变智能材料,它具有质轻、柔韧性好,可切割成任意大小和形状,施加较低的电压可产生较大的位移,更重要的是给它位移能产生微弱电压。因此,对IPMC力特性的研究在微力控制、生物医学等领域具有重大的意义。本文系统地介绍了悬臂梁传感原理,利用NI的PCI6221数据采集卡,通过LabVIEW系统分析IPMC的传感特性,并在此基础上设计并调试了IPMC差分电荷放大电路及滤波电路。 本文首先介绍了基于LabVIEW系统IPMC感知电压与含水量的关系,进而推导受力和变形模型,利用MATLAB进行拟合,从而得到IPMC力和变形模型,再由变形和感知电压的关系,从而知其力的传递方程;为了提高其精度,减少误差,阐述了FIR滤波器有关理论和设计方法。 其次,开发了一套完整的传感实验平台,同时由于检测的力信号非常微小,设计了硬件电路,包含前置运放电路(差分放大电路)及其相应的滤波电路,为便于微力传感器的小型化和精确,选用TMS320F28]2作为处理器,电路包括电源电路、复位电路、液晶显示电路等,为其提高AD转换,使用AD976A,并对电路进行了抗干扰性设计,并对其进行硬件调试。 然后,应用CCS进行程序设计,包括DSP初始化模块、看门狗模块、AD转换模块、液晶显示模块等,阐述了遇到的问题及解决方法。 最后,利用LabVIEW系统,对其力传感器进行标定,确定其参数。


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