硅微传感器中微弱信号的相关检测

主要论述全光纤硅谐振微传感器中微弱信号的相关检测技术,研究表明,对于高阻抗信号源,有效信号电流仅为纳安级,信噪比很低,谐振频率高达２００ｋＨｚ的微弱信号,可通过用低漂移－高输入阻抗和宽频带的运放作为前置放大器,并进一步应用相关检测原理,设计出相应的电路,就能极大地提高信噪比,检测出有效信号,实现硅微传感器微弱信号的检测。     

谐振式微小型压力传感器数字闭环系统

在微小型特别是硅谐振微传感器中,低信噪比的微弱信号检测、闭环自激电路的小型化和抗干扰等问题十分突出.复合音叉微小型谐振式压力传感器数字锁相环闭环检测系统将输入的模拟信号(压力)直接转换为准数字量(频率),测量精度高,基本上解决了测量系统中结构参数小、工作频率高、信号幅度弱、耦合强、干扰大等问题,该方法可直接应用于硅谐振式微传感器,对实现硅谐振微传感器的工程化具有指导意义.      

硅谐振式压力微传感器闭环系统

硅谐振压力微传感器在自激振荡回路中采取电阻热激励、电阻拾振时得到的信号,由于有用信号本身的量级小,因而含有严重的同频干扰信号(耦合激励信号),信噪比SNR (Signal Noise Ratio)仅为10^-3数量级.为了提高信噪比,滤除同频干扰,多级放大之后的处理中将锁相环PLL(Phase-Locked Loop)工作原理和分频技术相结合,由锁相环输出作为传感器的激励和鉴相相关信号,搭建硅谐振压力微传感器闭环自激振荡回路.结果表明:采用锁相分频技术的微传感器闭环系统能可靠运行,信噪比低的问题得到了很好解决.     

基于多重相关法的正弦信号初相检测方法

分析了基于多重相关法的微弱正弦信号检测理论,并提出了一种新的正弦信号初相检测新方法。通过对原始信号进行多重自相关运算得到信噪比高,初相为零的参考信号,对参考信号和原始信号做互相关运算和自相关运算,通过解析求解即可提取原始正弦信号的初相信息,不需要知道原始正弦信号频率及幅度,尤其适合低信噪比下未知频率的正弦信号的初相估计,算法简单,准确度可以满足工程要求,具有一定的实用价值。     

包络均值滤波算法实时检测微弱信号

在强噪声环境下提取微弱信号一直是信号处理方法研究的难点,提出一种基于包络均值滤波(EMF,Envelope Mean Filter)的微弱信号提取算法,可以实时恢复出深埋在均匀分布噪声中的微弱缓变非周期信号的波形.EMF算法通过对混有均匀分布噪声的信号进行过采样,对信号的包络线进行实时分析,并用上、下包络的均值作为真实信号的估计值.为了使输出信号平滑、无跳变,采用实时滑模平均滤波器对估计值进行滤波,最终恢复出的原始信号.通过仿真研究对包络的分析算法、最优衰减系数的选取、过采样系数、平滑序列长度和不同信噪比的微弱信号对还原精度的影响进行了研究.EMF算法简单,可使信噪比提高60 dB以上.已经成功用于IEEE 1588精密时钟同步的时钟伺服算法中.     

电容式微加速度计闭环检测电路

针对硅微惯性器件中的微小差分电容检测,提出了一种应用于三明治结构差分电容式微机械加速度计的闭环检测电路.通过等电势屏蔽法,相干解调技术和增加激励信号对称性等技术屏蔽杂散电容,抑制了电路噪声和共模误差,提高了检测电路的微弱信号辨识能力;静电力平衡闭环检测克服了开环输出信号的非线性缺陷,实现了高线性度、高分辨率的电容检测.设计的闭环检测电路具有电路简单、线性度好、抗干扰性强和易于集成的特点.实验结果表明,加速度计量程可达±15g,电容分辨率可达10^-16F.     

一种基于双通道弱正弦信号频率检测新方法

针对传统的基于自相关法的弱正弦信号频率测量中存在准确度不高的问题,本文研究了一种新的检测微弱正弦信号频率的方法,利用正弦信号的特性,通过双通道采集微弱信号,利用多重自相关和互相关原理,结合四点式频率估计和多点绝对值补偿,有效地检测了微弱信号的频率,并与传统的单通道自相关频率检测原理做了对比,结果表明本文的算法准确度更高、算法简单、实用性较强。     

谐振式液体密度传感器压电激励与检测的实现

本文利用正压电效应和逆压电效应,实现谐振式液体密度传感器的压电激励与压电检测,原理简单、功耗低、检测方便。设计了基于该激励和检测方式的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)电路,当传感器的输出信号发生较大变化时,激励信号的增益可随输出信号的幅值进行自动调节,使输出信号的幅值保持稳定。该电路具有结构简单,适应性好,可靠性高,调节速度快等优点。同时,对所设计的谐振式液体密度传感器进行了标定实验,该密度传感器的精度约为±1.0kg/m³,重复性约为±0.05%,可以实现液体密度的高精度实时在线测量。     

一种基于多重相关法的相位差测量方法

研究了一种新的测量正弦信号相位差的方法,就是利用正弦信号的特殊性质,通过多次信号的自相关和互相关运算,能够检测信噪比很低的两路正弦信号之间的相位差,分别讨论了信号的信噪比,取样点数,A/ D的量化位数对测量结果的影响,并给出了具体的仿真结果。实验表明这种方法能有效的提取出被噪音严重污染的信号的相位差,而且算法简单,物理意义明确,精度却可以满足工程的要求。     

一种基于多重相敏解调算法的相位差测量新方法

研究了一种新的测量正弦信号相位差的方法,就是利用正弦信号的特殊性质,通过多次信号相敏解调运算,能够检测信噪比很低的两路正弦信号之间的相位差,分别讨论了信号的信噪比、取样点数、A/D的量化位数对测量结果的影响,并给出了具体的仿真结果。在低信噪比情况下与传统的互相关法进行比较,并给出实验数据,结果表明这种方法能有效地提取出被噪声严重污染的信号的相位差,而且算法简单,物理意义明确,精度可以满足工程的要求,具有检测能力强的优点,特别适合极低信噪比甚至负信噪比情况下的相位差的高精度测量。     

基于GPS的中、高轨道航天器定轨研究

利用GPS确定空间航天器轨道，尤其是GPS在中、高空间航天器定轨中的应用，针对中、高轨道中可见星少及GPS信号微弱等问题，提出了有效的微弱信号检测算法，提高了GPS接收机的接收能力，同时提出了利用伪加速度测量和轨道约束进行定轨解算的新方法，使得在HEO(高偏心轨道)中利用两颗可见星可以解算定位解，对GEO(静止地球轨道)只用一颗星就可求解，仿真结果表明该方法具有很好的效果。     

飞机发动机叶片缺陷的差激励涡流传感器检测

针对某型号飞机发动机涡轮叶片上预制的微裂纹缺陷进行了检测研究.基于涡流检测技术设计并研制了一种尺寸小、灵敏度高的差激励探头,应用有限元分析软件开展了叶片微裂纹缺陷仿真分析.为了实现叶片的自动高效检测,设计并采用数控多自由度扫查台来控制采集过程,实现了对叶片表面裂纹缺陷的快速扫查检测.采集信号经过信号调理电路,A/D转换后输入计算机,完成信号的保存、处理和输出.通过对比实验结果与仿真结果发现,研制的差激励式涡流传感器可以有效地实现对叶片类零件表面微裂纹位置的判定,对涡轮叶片类零件微缺陷早期诊断评估具有一定的现实和借鉴意义.      

基于反相取消结构的全差分微陀螺仪馈通取消电路

由于加工工艺和测试环境的限制,基于MEMS工艺制备的微陀螺仪存在寄生馈通电容,严重干扰信号的检测。而常用的馈通取消方法依赖于微陀螺仪和电路的对称性,难以有效地消除馈通信号。针对以上问题,通过建立包含馈通电容的RLC等效电路模型,分析馈通效应的影响,提出一种结合双边反相取消结构的全差分馈通取消电路,利用反相取消结构调节由差分电路的不对称性所引起的馈通误差,该方法可以在提高驱动力的同时有效消除馈通信号。以方形质量块微振动陀螺仪为研究对象,测试采用该方法取消馈通后的检测信号信噪比(SNR)为25.57dB,相比馈通取消前信噪比提高了13.32倍。测试结果表明该方案能有效地补偿馈通电流并提高微陀螺仪的信号检测性能。     

四柱式焊缝跟踪涡流传感器及其应用

研制了一种新型的四柱式焊缝自动跟踪用涡流传感器.传感器激励线圈在工件中感应出涡电流,利用测量线圈检测涡流的大小以获得焊缝位置信息,可以检测出薄板对接焊缝横向和纵向位置信息.它具有非接触、尺寸小、灵敏度高、响应速度快、并可以用于非铁磁性材料的特点,已成功地应用于焊接自动跟踪系统.对其原理、传感器探头、信号处理方法、传感器特性等进行了详细的介绍.      

硅微半球陀螺结构与制造方法及其接口电路设计

针对微半球陀螺加工对称性差的问题，提出了自对准球形电极的多晶硅半球谐振器架构，实现了电极与谐振器相同曲率的一体化成型工艺，从而确保了谐振器的对称性。为使谐振器具有较大的驱动和检测电容，电极和外壳之间的间隙由牺牲层制成，电容间隙均匀且达到了1.5μm。接口控制电路采用基于FPGA的数字化设计，发挥了数字系统信噪比高和开发灵活的优势，实现了开环扫频、锁相环、自动增益控制、交流正交抑制等核心功能。实验结果表明，该陀螺的品质因数达到了42554，谐振频率为5.130kHz和5.128kHz，零偏稳定性达到了3.4°/hr。     

扩频信号声光相关解调技术

声光相关技术在检测宽带微弱信号中有很大的潜力，提出在射频上用声光相关器对扩频信号做相关运算的方案，给出扩频信号的快速捕获、精密跟踪和信息解调的方法，并设计了实验系统，结果得到了验证。     

一种导致压电式冲击传感器零漂原因分析及抑制措施

冲击加速度传感器输出零漂是影响传感器使用的重要特性，对零漂问题探索由来已久。根据冲击传感器输出信号特点，从传感器模型到传感器与变换电路角度进行了分析，结合传感器安装频响与冲击信号之间的关系，得出高频冲击信号在传感器安装谐振频率处被放大导致传感器零漂的结论。通过理论推导与实际传感器输出结果对比，验证了理论推导的正确性。最后，对零漂抑制措施以及实际作用结果进行了阐述。     

考虑互相关干扰的GPS信号捕获门限设定方法

传统GPS卫星信号捕获门限设定方法在互相关干扰情况下存在较大虚警概率,所以无法捕获弱信号.针对该问题进行分析,在此基础上提出一种针对多颗能量不同卫星同时存在情况下的信号检测模型和概率模型.信号检测模型在相关积分非相干累加基础上引入双门限多次检测,由于在考虑噪声的同时也考虑了互相关干扰对弱信号捕获的影响,其概率模型为非中心χ2分布.在原有的恒虚警门限检测方法基础上,提出考虑强信号互相关干扰对微弱信号检测影响情况下的门限计算方法作为新的门限上限,而将原有的门限计算方法作为门限的下限.在此基础上提出强、弱卫星信号共存时的检测思路,即先用门限上限检测强信号并进行互相关干扰消除处理,再用门限下限判断是否有弱信号存在.采用仿真数据和实际数据针对考虑互相关干扰的门限上限进行实验,并和原有门限方法进行比较,证明在强、弱信号共存情况下原有门限无法检测出卫星信号,而新的门限设定方法可以正常工作,并具有较高的检测概率和较低的虚警概率.      

一种无源无线筒弹环境监测系统设计

针对现有筒弹环境监测系统的缺陷和实际需求,利用声表面波传感测试技术,设计了一种基于SAW传感器的无源无线筒弹环境监测系统,选用多种类谐振型SAW传感器集成安装、共用天线的方式实现温湿压传感信息的同时读取,结合谐振型SAW传感器反射信号特性设计了阅读器电路,实现了发射扫频信号,无线激励SAW传感器,以及解调传感器反射信号的功能。     

电子照射对硅漂移探测器性能的影响

由于高能电子辐射的长期照射,新一代太阳X射线探测器硅漂移传感器的探测性能可能发生变化.通过用电子放射源模拟空间电子对硅漂移探测器进行辐射照射试验,以测试电子照射对传感器能量分辨率、效率、信号幅度等性能的影响.试验结果表明,长期的电子照射造成硅漂移探测器面损伤和体损伤,使其漏电流增大,信号幅度减小,能量分辨率也受到照射的影响,而探测效率未发生变化.