温度漂移和零点稳定性对热式风速传感器性能影响的测试分析与改善

发布时间：2017-11-01 08:38

  本文关键词：温度漂移和零点稳定性对热式风速传感器性能影响的测试分析与改善

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【摘要】：科技的发展使得人们生活质量提高的同时,也带来可能危及大众安全的不利因素如环境问题。其中雾霾等天气直接影响到大众的生活质量,提升各种呼吸道疾病的发病概率。风速和风向作为核心的气象要素,在检测气象环境问题时候起着十分重要的作用。热式风速风向传感器的零点稳定性以及温度漂移是影响其测量准确性的要素。本文采用新型脉宽调制型MEMS风速风向传感器。研究的主要内容有：设计控制电路,通过反馈控制改变加热电阻加热电压的脉宽占空比,使系统实现恒温差工作模式。对不同风速情况采用不同检测原理。风速低于软件设定阈值时,输出热温差型检测原理测得风速值,高于设定阈值时,输出热损失型检测原理测得风速值。分析对传感器零点稳定性造成影响的原因。通过设计分压电路使得传感器芯片表面热场趋于平衡；通过设计使用脉宽调制型控制电路,使得系统每次初始化后保持稳定,不产生零点漂移；随风速值增长的电压信号产生零点漂移,本文分析了原理给出影响该零点稳定性的可能性,经测试该零点漂移在20m/s风速下造成的风速误差值约为4%。温度漂移的解决是传感器在不同环境下能正常精确工作的前提。改变环境温度对恒温差控制原理进行测量,在系统工作温度范围内,恒定温度变化量最大仅为1℃。针对热温差检测原理进行了温度漂移测试,输出电压曲线偏移量较小,温度漂移整体误差约为2.3%。对于热损失检测原理,加热电压脉宽占空比随温度变化影响较大,通过分析数据得出该温度漂移的简单补偿公式,经过补偿的系统测得风速值偏差约为3.6%满足系统性能指标。通过对影响零点稳定性因素的分析优化和对温度漂移的补偿,实现了性能稳定,可在各温度环境下可靠工作的风速风向传感器。
【关键词】：热式风速传感器 零点稳定性 温度漂移 脉宽调制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景与意义9-10
• 1.2 国内外风速风向传感器的研究进展10-16
• 1.3 传感器温度漂移和零点稳定性的研究进展16-17
• 1.4 本论文的主要研究工作17-18
• 1.4.1 目前课题中存在的问题17
• 1.4.2 系统性能指标17-18
• 1.5 论文内容纲要18-19
• 第二章 脉宽调制型热式风速风向传感器的检测原理与控制模式19-31
• 2.1 热式风速风向传感器的检测原理19-22
• 2.1.1 热损失型检测原理19-20
• 2.1.2 热脉冲型检测原理20-21
• 2.1.3 热温差型检测原理21-22
• 2.2 热式风速风向传感器的控制模式22-25
• 2.2.1 恒功率控制模式22-23
• 2.2.2 恒温差控制模式23-25
• 2.3 脉宽调制型热式风速风向传感器25-29
• 2.3.1 工作原理25-26
• 2.3.2 加热电压脉宽调制电路26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 热式风速传感器零点稳定性的研究31-45
• 3.1 热式风速风向传感器芯片结构31-34
• 3.1.1 传感器芯片整体结构介绍31-32
• 3.1.2 热电堆电压输出电路32-34
• 3.2 传感器芯片结构造成的零点漂移34-36
• 3.3 基于一致性探讨的零点漂移36-38
• 3.4 测试过程中发现的零点漂移38-42
• 3.5 测试系统介绍42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 热式风速传感器温度漂移的研究45-57
• 4.1 常温时传感器的特性45-47
• 4.2 传感器输出的温度效应实验测试与分析47-52
• 4.2.1 不同温度下的恒温差控制模式48-49
• 4.2.2 不同温度下的热温差检测模式49-50
• 4.2.3 不同温度下的热损失检测模式50-52
• 4.3 温度漂移的理论分析52-54
• 4.4 温度补偿算法设计54-55
• 4.5 补偿后的温度特性测试分析55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 工作总结57-58
• 5.2 展望58-59
• 致谢59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

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本文编号：1126060