基于数字滤波器的压力传感器动态补偿设计方法
发布时间：2021-04-26 06:53
动态测试技术广泛应用于生产、科研、试验等各个领域,及时获取被测、被控对象的有关信息,实时地反映一些参量或被测量的动态变化信息。传感器作为测试系统的首要环节,由于制作工艺和技术水平的限制,导致传感器动态特性难以满足某些实际测试的需求。测试系统无法达到实时响应、快速准确反映被测量的目的,从而导致测试误差的存在。本文以实时补偿传感器动态特性为目的,重点讨论了以粒子群优化算法设计补偿滤波器模型的方法和基于FPGA设计数字滤波器的实现方式,设计出符合测试要求的硬件设备。首先,本文对传感器的动态特性进行分析和研究,明确动态误差产生的原因。由于传感器的动态特性不理想,导致其工作带宽难以覆盖测试信号的频率范围,从而引入动态测试误差。其次,为弥补传感器动态特性不理想,采用传感器动态标定数据构建补偿模型,基于MATLAB平台选择粒子群优化算法进行逆滤波快速估计动态补偿滤波器结构和模型系数,并对所设计的模型进行仿真验证和重复性对比实验,验证模型的正确性。在补偿模型硬件实现的过程中,需要考虑IIR数字滤波器的实现结构和有限字长效应,因IIR滤波器结构存在反馈环节,常规的直接型结构精度低,受参数量化影响较大,运...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 课题研究背景、目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 压力传感器动态补偿技术研究现状
1.2.2 数字滤波器实现技术研究现状
1.3 本文章节安排
1.4 本章小结
2.压力传感器动态特性分析
2.1 压力传感器动态模型
2.1.1 微分方程
2.1.2 传递函数
2.1.3 频率响应函数
2.2 压力传感器动态特性参数
2.2.1 时域动态特性参数
2.2.2 频域动态特性参数
2.3 压力传感器标定
2.3.1 压力传感器静态标定
2.3.2 压力传感器动态标定
2.4 动态误差来源及分析
2.5 本章小结
3.压力传感器动态补偿滤波器设计
3.1 压力传感器动态补偿原理
3.2 补偿滤波器算法设计
3.2.1 粒子群算法的基本原理
3.2.2 粒子群优化算法的运行流程
3.3 动态补偿模型搭建
3.3.1 压力传感器动态标定实验
3.3.2 基于MATLAB的动态补偿模型仿真
3.4 补偿结果仿真分析
3.5 本章小结
4.数字滤波器优化及软核设计
4.1 数字滤波器基本理论
4.2 数字滤波器实现结构
4.2.1 直接型结构
4.2.2 级联型结构
4.2.3 并联型结构
4.3 数字滤波器量化精度设计
4.3.1 A/D转换的字长效应分析
4.3.2 滤波器系数的字长效应分析
4.3.3 滤波器运算中的字长效应分析
4.4 IIR数字滤波器优化和仿真
4.5 数字滤波器的软核设计
4.6 本章小结
5.基于FPGA的数据采集系统设计
5.1 动态采集存储系统总体设计
5.2 系统各子模块设计
5.2.1 传感器信号调理电路
5.2.2 AD采集模块
5.2.3 SDRAM数据存储模块
5.2.4 USB通信模块
5.3 基于LabVIEW采集系统上位机软件设计
5.3.1 参数设置
5.3.2 读取文件
5.3.3 数据保存
5.4 实验及分析
5.5 本章小结
6.总结与展望
6.1 本文总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]适用于变流器控制的数字滤波器原理及实现方法[J]. 陈宇航. 科学技术创新. 2017(27)
[2]基于改进QR-PSO算法的压力传感器的动态补偿方法[J]. 魏娟,张志杰,杨文杰,赵晨阳. 传感技术学报. 2017(04)
[3]基于FPGA的多通道数据采集系统设计[J]. 刘欣萌. 制造业自动化. 2017(02)
[4]基于动态特性补偿的冲击波测试数据处理方法[J]. 赖富文,张志杰,张建宇,李冬. 爆炸与冲击. 2015(06)
[5]压力传感器测试系统的动态校准及特性分析[J]. 轩春青,轩志伟,赖富文. 传感技术学报. 2015(07)
[6]基于PSO多目标搜索算法的充电控制策略研究[J]. 孙育娇,陈霞. 电子质量. 2014(10)
[7]冲击波测试系统中传感器动态补偿装置[J]. 刘一江,孟立凡,张志杰,王维琴,张海龙. 传感技术学报. 2012(11)
[8]高阶IIR滤波器的FPGA实现[J]. 曾菊容. 电子设计工程. 2011(10)
[9]传感器标定的神经网络杂交建模方法[J]. 谢石林,陈胜来,张希农,朱长春. 机械工程学报. 2010(22)
[10]一种基于改进遗传RBF神经网络的传感器动态特性补偿算法[J]. 王军号,孟祥瑞. 传感技术学报. 2010(09)
博士论文
[1]群体智能算法及其在数字滤波器优化设计中的研究[D]. 方伟.江南大学 2008
硕士论文
[1]动爆冲击波测试及关键技术研究[D]. 孟博.中北大学 2017
[2]压力传感器动态特性与补偿技术研究[D]. 杨文杰.中北大学 2017
[3]瞬态高温传感器动态特性分析及爆温测试应用[D]. 赵学敏.中北大学 2017
[4]冲击加速度测量不确定度的评估方法研究[D]. 高建丽.中北大学 2017
[5]不确定激励下动态测试模态参数的识别方法及不确定度评定研究[D]. 王君.合肥工业大学 2016
[6]射孔器内动压测试技术研究[D]. 刘超.中北大学 2015
[7]基于FPGA的土壤数据采集系统[D]. 张道.西北师范大学 2015
[8]基于粒子群寻优理论的六自由度运动平台位姿解算方法研究[D]. 张敬师.吉林大学 2014
[9]快速滤波技术的研究与实现[D]. 王圣英.山东大学 2014
[10]基于虚拟仪器的动态压力测试系统设计测试系统设计[D]. 唐杲.电子科技大学 2013
本文编号：3160955
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1.绪论
1.1 课题研究背景、目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 压力传感器动态补偿技术研究现状
1.2.2 数字滤波器实现技术研究现状
1.3 本文章节安排
1.4 本章小结
2.压力传感器动态特性分析
2.1 压力传感器动态模型
2.1.1 微分方程
2.1.2 传递函数
2.1.3 频率响应函数
2.2 压力传感器动态特性参数
2.2.1 时域动态特性参数
2.2.2 频域动态特性参数
2.3 压力传感器标定
2.3.1 压力传感器静态标定
2.3.2 压力传感器动态标定
2.4 动态误差来源及分析
2.5 本章小结
3.压力传感器动态补偿滤波器设计
3.1 压力传感器动态补偿原理
3.2 补偿滤波器算法设计
3.2.1 粒子群算法的基本原理
3.2.2 粒子群优化算法的运行流程
3.3 动态补偿模型搭建
3.3.1 压力传感器动态标定实验
3.3.2 基于MATLAB的动态补偿模型仿真
3.4 补偿结果仿真分析
3.5 本章小结
4.数字滤波器优化及软核设计
4.1 数字滤波器基本理论
4.2 数字滤波器实现结构
4.2.1 直接型结构
4.2.2 级联型结构
4.2.3 并联型结构
4.3 数字滤波器量化精度设计
4.3.1 A/D转换的字长效应分析
4.3.2 滤波器系数的字长效应分析
4.3.3 滤波器运算中的字长效应分析
4.4 IIR数字滤波器优化和仿真
4.5 数字滤波器的软核设计
4.6 本章小结
5.基于FPGA的数据采集系统设计
5.1 动态采集存储系统总体设计
5.2 系统各子模块设计
5.2.1 传感器信号调理电路
5.2.2 AD采集模块
5.2.3 SDRAM数据存储模块
5.2.4 USB通信模块
5.3 基于LabVIEW采集系统上位机软件设计
5.3.1 参数设置
5.3.2 读取文件
5.3.3 数据保存
5.4 实验及分析
5.5 本章小结
6.总结与展望
6.1 本文总结
6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]适用于变流器控制的数字滤波器原理及实现方法[J]. 陈宇航. 科学技术创新. 2017(27)
[2]基于改进QR-PSO算法的压力传感器的动态补偿方法[J]. 魏娟,张志杰,杨文杰,赵晨阳. 传感技术学报. 2017(04)
[3]基于FPGA的多通道数据采集系统设计[J]. 刘欣萌. 制造业自动化. 2017(02)
[4]基于动态特性补偿的冲击波测试数据处理方法[J]. 赖富文,张志杰,张建宇,李冬. 爆炸与冲击. 2015(06)
[5]压力传感器测试系统的动态校准及特性分析[J]. 轩春青,轩志伟,赖富文. 传感技术学报. 2015(07)
[6]基于PSO多目标搜索算法的充电控制策略研究[J]. 孙育娇,陈霞. 电子质量. 2014(10)
[7]冲击波测试系统中传感器动态补偿装置[J]. 刘一江,孟立凡,张志杰,王维琴,张海龙. 传感技术学报. 2012(11)
[8]高阶IIR滤波器的FPGA实现[J]. 曾菊容. 电子设计工程. 2011(10)
[9]传感器标定的神经网络杂交建模方法[J]. 谢石林,陈胜来,张希农,朱长春. 机械工程学报. 2010(22)
[10]一种基于改进遗传RBF神经网络的传感器动态特性补偿算法[J]. 王军号,孟祥瑞. 传感技术学报. 2010(09)
博士论文
[1]群体智能算法及其在数字滤波器优化设计中的研究[D]. 方伟.江南大学 2008
硕士论文
[1]动爆冲击波测试及关键技术研究[D]. 孟博.中北大学 2017
[2]压力传感器动态特性与补偿技术研究[D]. 杨文杰.中北大学 2017
[3]瞬态高温传感器动态特性分析及爆温测试应用[D]. 赵学敏.中北大学 2017
[4]冲击加速度测量不确定度的评估方法研究[D]. 高建丽.中北大学 2017
[5]不确定激励下动态测试模态参数的识别方法及不确定度评定研究[D]. 王君.合肥工业大学 2016
[6]射孔器内动压测试技术研究[D]. 刘超.中北大学 2015
[7]基于FPGA的土壤数据采集系统[D]. 张道.西北师范大学 2015
[8]基于粒子群寻优理论的六自由度运动平台位姿解算方法研究[D]. 张敬师.吉林大学 2014
[9]快速滤波技术的研究与实现[D]. 王圣英.山东大学 2014
[10]基于虚拟仪器的动态压力测试系统设计测试系统设计[D]. 唐杲.电子科技大学 2013
本文编号：3160955
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3160955.html
