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智能位移传感器系统的研究

冯平  
【摘要】: 随着计算机测控系统特别是基于现场总线的多传感器计算机测控系统的发展,智能传感器系统作为一个与之相应的新兴研究方向,正受到人们越来越多的关注。然而,虽然近年来它的研究与开发已取得一定成果,但还远远不能满足实际需求,尤其在位移测量领域更是急待发展。本文对智能传感器系统理论及其在位移测量方面的应用进行了深入研究,提出一种新型智能位移传感器系统,并对其智能化功能、硬件配置和智能化软件进行了全面的设计。 1.系统采用小型廉价8位微控制器控制,电路内配置了为实现多功能智能化所必需的硬件,并全部采用低价格、小体积器件,还将所有辅助逻辑电路设计在一片复杂可编程逻辑器件CPLD内,所有模拟电路集成于一片专用集成电路ASIC内,大大缩小了电路板尺寸,再与传感元件组装在一起,从而使整个系统在保证智能化功能的前提下,具有体积小、成本低、一体化和抗干扰能力强的特点。 2.提出一种新型电感式位移传感元件,采用方波驱动模式和运放电路提取信号,克服了传统电感式位移传感元件的缺点,获得体积小、重量轻、线性好、频响高、驱动电路和信号检出电路简单等优点,并更易于和微机控制相适应。 3.针对某些计算机测控系统不配备完善的人机对话装置情况,提出了一种外挂式人机对话进行系统组态方案。采用PC机作为外挂式人机对话装置,可在现场以对话方式进行智能位移传感器的系统组态,使其具备了更为灵活的适应能力。实验结果表明,它使用方便、人机对话功能完善、可靠性好。 4.对传感器系统进行了较全面的抗干扰和系统故障自诊断设计,保证了系统的稳定性和可靠性。提出一种带有程序判断的智能数字滤波算法,它既具有较好的平滑能力,又具有较快的响应速度。 5.在对智能传感器系统的智能化功能深入研究的基础上,设计了较为完善的智能化软件,实现了自动增益控制、温度补偿、自动校准、数据融合、总线数字通讯等多种智能化特性,使传感器具有了较高的智能化程度。提出了利用 浙江大学博士学位论文 智能位移传感器系统的研究 传感元件自身特性实现温度补偿的算法以及对模拟电路特性漂移的系统自校准 算法,并在此基础上,提出一种将两者有机地结合在一起的数据融合算法。其 次,提出一种高效率的总线通讯方案,在简单的硬件配置下增强了传感器的总 线通讯能力。此外,还设计了传感器的多输出模式,扩大了其适用范围。 6.提出了传感器的数字化标定概念,设计了应用计算机对智能位移传感器 系统进行辅助标定和辅助调试程序,使标定效果可视化,简化了标定过程,提 高了标定精度。可极大地方便传感器的开发、调试、使用和维护,并为进一步 研究和改进传感器的性能提供有力工具。 本研究设计的智能位移传感器系统具有体积小、成本低、可靠性好、响应 速度快、智能化程度高等特点,在汽车变速控制系统的应用中获得了满意的效 果,并在众多位移测控系统中有着广阔的应用前景。


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