[發(fā)明專利]基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)的諧振式流速傳感器測(cè)控裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810110188.3
• 申請(qǐng)日: 2018-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN108387755A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊波;汪秋華;李成;高小勇;馮雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/24
• 分類號(hào): G01P5/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐瑩

本發(fā)明公開了一種基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)的諧振式流速傳感器測(cè)控裝置，包括：諧振式毛發(fā)傳感器、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)測(cè)控電路、激勵(lì)產(chǎn)生電路，所述諧振式毛發(fā)傳感器上設(shè)有兩組信號(hào)敏感電極以及驅(qū)動(dòng)電極；所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)測(cè)控電路包括C/V檢測(cè)電路、精密整流電路、濾波采樣電路、FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊、DA驅(qū)動(dòng)接口模塊、比較器模塊；所述諧振式毛發(fā)傳感器的敏感電極與C/V檢測(cè)電路、精密整流電路、濾波采樣電路、FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊、DA驅(qū)動(dòng)接口模塊依次連接后輸入至驅(qū)動(dòng)電極；所述C/V檢測(cè)電路的輸出同時(shí)連接至比較器模塊，且比較器模塊連接至FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊，F(xiàn)PGA驅(qū)動(dòng)控制模塊連接至激勵(lì)產(chǎn)生電路。本發(fā)明將幅值和頻率分開處理控制，避免了幅值和頻率之間的干擾，有效地提高了測(cè)量的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)的諧振式流速傳感器測(cè)控裝置，屬于微機(jī)電系統(tǒng)測(cè)控的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工程中常常借鑒來自生物的靈感來設(shè)計(jì)和制造微機(jī)電傳感器系統(tǒng)。毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛地采用，來獲得各種各樣的功能：氣流測(cè)量、溫度測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量等等。毛發(fā)傳感器具有許多優(yōu)良屬性，包括高縱橫比、大表面積、可定制的材料特性等。

當(dāng)有加速度和流速作用在毛發(fā)傳感器的毛發(fā)上時(shí)，諧振式毛發(fā)傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為諧振頻率，具有高靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的流速傳感器采用熱敏式或壓阻式結(jié)構(gòu)，所采用的測(cè)控電路相對(duì)簡(jiǎn)單，受溫度影響較大。并且，在恒風(fēng)室來測(cè)試及校驗(yàn)流速傳感器，而恒風(fēng)室不適用于產(chǎn)生較小的流速，使得現(xiàn)有的測(cè)控裝置測(cè)量精度低，實(shí)用性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)的諧振式流速傳感器測(cè)控裝置，解決現(xiàn)有的流速傳感器通過恒風(fēng)室產(chǎn)生特定的流速，受限于傳感器自身的測(cè)量精度，且較高精度的微流速不容易獲得的問題。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

本發(fā)明提出一種基于毛發(fā)結(jié)構(gòu)的諧振式流速傳感器測(cè)控裝置，包括：諧振式毛發(fā)傳感器、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)測(cè)控電路、激勵(lì)產(chǎn)生電路，所述諧振式毛發(fā)傳感器上設(shè)有兩組信號(hào)敏感電極以及驅(qū)動(dòng)電極，每組敏感電極和驅(qū)動(dòng)電極之間通過驅(qū)動(dòng)測(cè)控電路連接；

其中，所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)測(cè)控電路包括C/V檢測(cè)電路、整流電路、濾波采樣電路、FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊、DA驅(qū)動(dòng)接口模塊、比較器模塊；所述諧振式毛發(fā)傳感器的敏感電極連接至C/V檢測(cè)電路的輸入，且C/V檢測(cè)電路的輸出依次經(jīng)整流電路、濾波采樣電路、FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊、DA驅(qū)動(dòng)接口模塊后連接至諧振式毛發(fā)傳感器的驅(qū)動(dòng)電極；并且，所述C/V檢測(cè)電路的輸出同時(shí)連接至比較器模塊的輸入，且比較器模塊的輸出連接至FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊的輸入，以及FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊的輸出連接至激勵(lì)產(chǎn)生電路的輸入。

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述激勵(lì)產(chǎn)生電路包括USB轉(zhuǎn)串口模塊、FPGA激勵(lì)測(cè)量模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊、風(fēng)扇、揚(yáng)聲器，其中所述FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊的輸出、USB轉(zhuǎn)串口模塊分別與FPGA激勵(lì)測(cè)量模塊的輸入相連，且FPGA激勵(lì)測(cè)量模塊的輸出分別連接至DA轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊；所述DA轉(zhuǎn)換模塊與功率放大模塊、揚(yáng)聲器依次連接；所述驅(qū)動(dòng)器模塊與風(fēng)扇連接。

進(jìn)一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述FPGA驅(qū)動(dòng)控制模塊包括第一IIR低通濾波器、第一PI控制器、乘法器模塊、鑒頻鑒相器模塊、第二IIR低通濾波器、第二PI控制器、數(shù)控振蕩器，其中濾波采樣電路連接至第一IIR低通濾波器的輸入，且第一IIR低通濾波器的輸出與第一PI控制器、乘法器模塊的輸入依次連接；所述比較器模塊的輸出與鑒頻鑒相器的輸入連接，且鑒頻鑒相器的輸出與第二IIR低通濾波器、第二PI控制器、數(shù)控振蕩器的輸入依次連接；并且，所述數(shù)控振蕩器的輸出分別與乘法器模塊的輸入、激勵(lì)產(chǎn)生電路的輸入連接，及所述乘法器模塊的輸出與DA驅(qū)動(dòng)接口模塊連接。