柔性传感器阵列数据采集系统设计与开发
发布时间：2022-01-09 09:26
智能蒙皮与电子皮肤集成的传感单元的种类日益增加,对传感器规模的需求越来越大。智能蒙皮与电子皮肤应用的优越性能不仅仅体现在传感器件的柔性,在很大程度上也取决于数据采集的可靠性。阵列式传感器的串扰问题、信号处理问题以及采集速度、精度与规模之间的矛盾问题一直制约着阵列式传感器应用的扩展,因此搭建适用于各类传感器的数据采集系统对实现大规模传感器在蒙皮与电子皮肤中的广泛应用是至关重要的。本文围绕常用柔性压力传感器阵列的数据采集系统的设计与开发开展了以下主要工作。1)详细分析了设计数据采集系统时遇到的原理性的难题,主要包括电容传感器阵列的原理性的串扰问题、压电式传感器的信号微弱与传输距离之间的矛盾问题以及与阵列传感器的机理匹配的情况下,多路复用器的开关切换导致的相位匹配的问题。首先,利用多路复用与计数芯片相结合实现了与传感器阵列的复用原理相匹配的分时扫描。其次,设计了电荷放大电路来解决压电传感器的微弱信号在长距离传输下的测量困难问题。然后,提出了以基于时间数字转换技术（TDC）的PCap01AD芯片为核心的电容检测系统,解决了智能蒙皮与电子皮肤应用场景下电容式传感器输出信号属于高精度微电容,难以测...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
智能蒙皮结构传感系统
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文无论是智能蒙皮中的飞行器表面，还是机器人的电子皮肤表面，都需要大面积、高密度、多功能阵列传感器实时获取其表面参数。分布式的柔性传感器阵列与蒙皮技术结合起来，不仅能很好的解决贴装问题，而且多种柔性传感器阵列能够很容易地获取多种物理场的物理量以及大量的表面数据，其大面积机翼传感器蒙皮分布与机器人电子皮肤应用分布如图 1-2 所示。在飞行器应用中，将柔性可拉伸传感器网络嵌入蒙皮系统可以实现监测飞行器的结构方面的健康[11-13]、流速、迎角和应变等的检测[14]，将分布式压电传感器形成的嵌入式网络表面安装在复合材料内部，可以获取结构状况信号及结构损坏的诊断，达到自我诊断的效果[15]。大面积电子皮肤[16]在机器人方面可以实现压力[17]、温度[18]、应变、湿度[19]、物体接近等功能，使机器人皮肤更加接近于人体皮肤[20, 21]。
因此需要针对智能蒙皮及其他大面积电子皮肤领域的大面积的分布式柔性传感器阵列开发相应的采集系统来进行高速、实时、有效的数据采集，以实时获取蒙皮或电子皮肤表面的结构参数、外界环境下不同物理场的环境信息，为实现蒙皮或电子皮肤系统的自我感知、自我调整、自我诊断[31]等提供真实、实时、有效的参考数据。1.3 柔性传感器阵列数据采集系统研究概况1.3.1 阵列化柔性压电传感器及采集系统研究概况智能蒙皮与电子皮肤领域所需要测的参数众多，其中表面的压力分布参数的测量尤为重要。而目前大面积压力的测量主要涉及到压阻式、压电式、电容式三类柔性传感器阵列的应用。其中针对柔性压阻式传感器阵列的数据采集已相当成熟，美国 Tekscan 公司已经将压阻式传感器阵列采集设备商业化，并且扫描速率高达 1600000 单元/秒，最大能测 2000 个传感元件[32]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW串口的心电信号传输[J]. 周到,黄敏. 科技创新与应用. 2019(02)
[2]基于STM32串口通信的车联网终端设计[J]. 罗洋坤. 无线电通信技术. 2018(05)
[3]基于电容法的施肥量检测系统设计与试验[J]. 周利明,马明,苑严伟,张俊宁,董鑫,韦崇峰. 农业工程学报. 2017(24)
[4]大型风洞全场智能感知的研究进展[J]. 杨华,黄永安. 中国科学基金. 2017(05)
[5]可拼接式全柔性电容触觉阵列传感器设计与实验[J]. 黄英,郭小辉,刘家俊,马阳洋,刘彩霞,刘平,田合雷. 机器人. 2015(02)
[6]高精度电容式角位移传感器测量方法[J]. 张宇鹏,徐钰蕾,王昱棠. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[7]用于智能蒙皮的集成化动静态测试系统设计[J]. 徐志伟,陈杰,张磊,肖国焘. 振动.测试与诊断. 2014(03)
[8]基于Pcap01芯片的高精度微电容检测系统设计[J]. 邓丽莉,桑胜波,张文栋,唐晓亮,李朋伟,胡杰,李刚,菅傲群. 传感技术学报. 2013(08)
[9]基于压电传感器的电荷放大测量电路的优化方案[J]. 仵征,郝屏. 河南科学. 2012(12)
[10]柔性触觉传感器主要技术[J]. 王钰,李斌. 传感器与微系统. 2012(12)
硕士论文
[1]电容式物位测量系统的设计与实现[D]. 袁玉卓.山东大学 2017
[2]基于电容阵列的柔性触觉传感器的研究[D]. 程丁儒.浙江大学 2017
[3]非均匀触觉传感阵列数据采集系统的研究[D]. 王珣.重庆大学 2014
本文编号：3578434
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
智能蒙皮结构传感系统
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文无论是智能蒙皮中的飞行器表面，还是机器人的电子皮肤表面，都需要大面积、高密度、多功能阵列传感器实时获取其表面参数。分布式的柔性传感器阵列与蒙皮技术结合起来，不仅能很好的解决贴装问题，而且多种柔性传感器阵列能够很容易地获取多种物理场的物理量以及大量的表面数据，其大面积机翼传感器蒙皮分布与机器人电子皮肤应用分布如图 1-2 所示。在飞行器应用中，将柔性可拉伸传感器网络嵌入蒙皮系统可以实现监测飞行器的结构方面的健康[11-13]、流速、迎角和应变等的检测[14]，将分布式压电传感器形成的嵌入式网络表面安装在复合材料内部，可以获取结构状况信号及结构损坏的诊断，达到自我诊断的效果[15]。大面积电子皮肤[16]在机器人方面可以实现压力[17]、温度[18]、应变、湿度[19]、物体接近等功能，使机器人皮肤更加接近于人体皮肤[20, 21]。
因此需要针对智能蒙皮及其他大面积电子皮肤领域的大面积的分布式柔性传感器阵列开发相应的采集系统来进行高速、实时、有效的数据采集，以实时获取蒙皮或电子皮肤表面的结构参数、外界环境下不同物理场的环境信息，为实现蒙皮或电子皮肤系统的自我感知、自我调整、自我诊断[31]等提供真实、实时、有效的参考数据。1.3 柔性传感器阵列数据采集系统研究概况1.3.1 阵列化柔性压电传感器及采集系统研究概况智能蒙皮与电子皮肤领域所需要测的参数众多，其中表面的压力分布参数的测量尤为重要。而目前大面积压力的测量主要涉及到压阻式、压电式、电容式三类柔性传感器阵列的应用。其中针对柔性压阻式传感器阵列的数据采集已相当成熟，美国 Tekscan 公司已经将压阻式传感器阵列采集设备商业化，并且扫描速率高达 1600000 单元/秒，最大能测 2000 个传感元件[32]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LabVIEW串口的心电信号传输[J]. 周到,黄敏. 科技创新与应用. 2019(02)
[2]基于STM32串口通信的车联网终端设计[J]. 罗洋坤. 无线电通信技术. 2018(05)
[3]基于电容法的施肥量检测系统设计与试验[J]. 周利明,马明,苑严伟,张俊宁,董鑫,韦崇峰. 农业工程学报. 2017(24)
[4]大型风洞全场智能感知的研究进展[J]. 杨华,黄永安. 中国科学基金. 2017(05)
[5]可拼接式全柔性电容触觉阵列传感器设计与实验[J]. 黄英,郭小辉,刘家俊,马阳洋,刘彩霞,刘平,田合雷. 机器人. 2015(02)
[6]高精度电容式角位移传感器测量方法[J]. 张宇鹏,徐钰蕾,王昱棠. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[7]用于智能蒙皮的集成化动静态测试系统设计[J]. 徐志伟,陈杰,张磊,肖国焘. 振动.测试与诊断. 2014(03)
[8]基于Pcap01芯片的高精度微电容检测系统设计[J]. 邓丽莉,桑胜波,张文栋,唐晓亮,李朋伟,胡杰,李刚,菅傲群. 传感技术学报. 2013(08)
[9]基于压电传感器的电荷放大测量电路的优化方案[J]. 仵征,郝屏. 河南科学. 2012(12)
[10]柔性触觉传感器主要技术[J]. 王钰,李斌. 传感器与微系统. 2012(12)
硕士论文
[1]电容式物位测量系统的设计与实现[D]. 袁玉卓.山东大学 2017
[2]基于电容阵列的柔性触觉传感器的研究[D]. 程丁儒.浙江大学 2017
[3]非均匀触觉传感阵列数据采集系统的研究[D]. 王珣.重庆大学 2014
本文编号：3578434
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