硅微传感器中微弱信号的相关检测1)

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，可通过选用低漂移、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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

微结构谐振传感器

阐述了频率输出的新型谐振传感器的发展方向之一——微型化。评价性地论述了热激励硅谐振压力传感器和热激励谐振膜质量流量传感器。重点讨论了热激励的原理,特点等。指出我国应对传感器的这一发展趋势给予足够的重视。     

空间粒子探测器中一种微电流测量电路设计

为了实现对空间粒子探测器中弱电流的测量,设计了以I-V变换、电压线性放大、二阶低通滤波和带阻滤波为主要结构的弱电流测量电路。通过I-V变换原理分析,为使电流信号尽量无失真地转变为电压信号,提出了选用高输入阻抗、高准确度的运放来构成I-V变换电路。根据弱电流的特性,从电路结构、参数设计方面,讨论了电路中噪声抑制和隔离的措施,来提高测量电路的性能。以高准确度运算放大器为核心部件,完成整个实际电路。该电路测量范围为10-7A^10-12A,最小可分辨电流为10-13A,响应时间不超过5ms,还具有漂移低、稳定性好以及价格低廉的优点。     

The radiation impedance of electrodynamic tethers in a polar Jovian orbit

Juno, the second mission in the NASA New Frontiers Program, will both be a polar Jovian orbiter, and use solar arrays for power, moving away from previous use of radioisotope power systems (RPSs) in spite of the weak solar light reaching Jupiter. The power generation at Jupiter is critical, and a conductive tether could be an alternative source of power. A current-carrying tether orbiting in a magnetized ionosphere/plasmasphere will radiate waves. A magnitude of interest for both power generation and signal emission is the wave impedance. Jupiter has the strongest magnetic field in the Solar Planetary System and its plasma density is low everywhere. This leads to an electron plasma frequency smaller than the electron cyclotron frequency, and a high Alfven velocity. Unlike the low Earth orbit (LEO) case, the electron skin depth and the characteristic size of plasma contactors affect the Alfven impedance.     

基于分形的宽带漏波天线研究

设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18～22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18～22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.      

航空发动机承力结构隔振设计方法及试验

基于先进航空发动机承力框架的结构与力学特征,通过理论分析与仿真计算验证了高隔振性承力框架结构动力学设计方法。通过对承力结构刚度/质量分布及几何构形突变的优化设计,提高转子支承结构在宽频域内的机械阻抗,实现在转子工作转速范围内的高隔振性。根据承力结构刚度/质量分布对隔振性的影响,采用折返式非连续结构,设计并搭建了转子-承力框架试验系统,通过试验进一步验证了高隔振性承力框架设计方法。试验结果表明:在承力结构中采用非连续性设计可在宽频域内对不同位置支点处激励具有良好的隔振效果。      

磁层电场仪前端信号处理电路研究

针对磁层稀薄等离子体环境中的电场测量,设计了一种电场仪前端信号处理电路方案.双探针电场仪通过向等离子体输出驱动电流,测量两探针间的电位差,从而测量空间电场的探测仪器.在磁层稀薄等离子体环境下,等离子体阻抗较高,电场仪探针将工作在较高的工作电压上.若探针电压接近或超过电路耐压值,则可能会影响探测结果,甚至损坏电场仪.本文结合低偏置电流的电压跟随方案和反馈悬浮电源控制方案,解决了稀薄等离子体环境中电场测量的弱电流采样和高动态电位处理问题,并采用低噪声元件和特殊电路设计,控制电路噪声.测试结果显示,本方案可使探针适应±100V的悬浮电位,实现150kHz带宽的电场信号测量,且噪声小于14nV·mHz-1/2,满足目前空间电场仪测量精度需求.      

高轨微弱信号的跟踪算法分析及仿真

高轨航天器自主导航技术是中国迫切需要发展的航天新技术之一,广泛应用于通信、导航、气象、预警等领域.高轨导航接收机为高轨航天器自主导航定位提供了便捷有效的手段.在高动态环境下,载波频率和相位、伪码相位均随载体运动发生较大变化.由于载体动态引入的多普勒频率变化对伪码跟踪环的影响可通过载波辅助消除,接收机的动态性能主要取决于...     

显微手术机器人末端微小型传感器集成研究

为提高显微手术机器人实施手术的效果,需要在机器人末端集成微小型传感器.在提出传感器集成设计要求的基础上,研究机器人末端环钻钻切力和深度的测量机理.采用微型力传感器和微型位移传感器测量手术中的钻切力和深度信息.采用线性滑动轴承和差动测杆机构实现对相应手术信息的测量.开发传感器数据采集卡,用功率谱估计分析传感器数据,并提出两种数字滤波方法来消除干扰信号.两种方法分别适合于PC机的低通、带阻串联结构滤波器和适合于数据采集卡的移动平均滤波算法.钻切实验表明,机器人末端传感器集成满足设计要求,末端环钻可以准确完成手术操作.     

高抗干扰性的多普勒频率测量系统

提供一种在噪声背景下可靠测量多普勒频谱信号中心频率值的方法，将锁相理论应用于干扰情况下的多普勒频率测量系统，利用跟踪搜索转换电路，实现了在窄频带内跟踪，宽频带内搜索，使系统具有抗干扰能力强，灵敏度高等优点。实验表明，当系统跟踪多普勒频率信号后，对较强的邻频干扰信号，不产生错误跟踪。     

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。