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电容式湿度传感器测试方法与测试系统研究

丁喜波  
【摘要】:湿度传感器已经在许多领域得到广泛应用。本课题是针对目前影响湿度传感器产量和产品质量的产品批量检测问题而提出的,目的是解决湿度传感器的高精度测试问题,减少测量误差,提高工效,降低生产成本,增强国产湿度传感器的竞争力。本论文从测量方法及系统设计两方面对电容式湿度传感器测试系统进行了深入研究,测试系统的对象主要是目前得到广泛应用的高分子电容式湿度传感器。文中对测量方法、误差修正技术、过采样技术及数字滤波技术等测试系统的几个关键技术进行了理论分析、仿真验证和应用设计,解决了电容式湿度传感器测试系统理论和设计上的难题。本文主要完成了以下几方面的工作: 1. 离散化的复数电压测量法及其数学模型的建立。进行了离散化的复数电压测量法的理论分析,建立了数学模型,并对以数字离散化方式完成测量进行了数学分析,给出了离散化参数。 2. 离散化的复数电压测量误差跟踪修正技术。对复数电压测量的主要测量误差源进行了分析,提出了误差修正的数学方法,并建立测量误差跟踪修正数学模型。 3. 谐波分析测量法。将傅立叶变换应用于测试系统中,采用傅立叶变换完成了从测量数据中提取信号的工作,并有效地将干扰噪声从测量数据中分离出来。 4. 数字滤波技术的理论分析和应用设计。将经典数字滤波技术应用于测试系统中,完成了IIR 数字低通滤波器设计。将小波分析理论应用于测试系统中,进行了小波滤波器设计。 5. 正弦波信号源频谱及失真度的理论分析。对作为激励信号施加到被测传感器上的正弦波信号的频谱及失真度进行了理论分析,为正弦波信号发生电路的D/A 字长、每波输出点数及运算放大器的确定提供依据。 6. 采用过采样技术提高测量精度和抗干扰能力。由于进行数据采集时可能引入多种噪声,并且测试系统采用的DSP 芯片的A/D 是10 位,不能满足测试系统高精度测量的需要,所以在进行测控软件设计时,充分利用DSP A/D 转换速度快的优点,用过采样技术有效地提高了测量分辨力和抗干扰能力。 7. 测试系统硬件电路设计。在基于DSP 的测试系统中,硬件电路以DSP


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