第五章 总结与展望 1.总结： 本文对自适应滤波器的 FPGA 实现研究，主要涉及两方面的内容，一方面结合 FPGA 设计数字信号系统具有可并行调用运算的特点，设计实现了可以独立调用功能模块的自 适应横向滤波器的结构，并利用该结构的设计方法，设计了 16 阶的自适应横向滤波器， 这种设计方法具有灵活，可以根据实际情况选择资源以及处理速度的特点。另一方面针 对传统自适应陷波器仅能对已知频率的单频噪声进行滤除，采用将采集到的噪声信号进 行 FFT 变换并提取几个特征频率值并将频率值作为自适应陷波器的期望信号频率，周 期性地提取并改变噪声特征频率值，并通过自适应算法，将变动的主要噪声频率值滤除， 最终提出该滤波器的 FPGA 结构设计。本文完成了以下设计内容。 （1）充分了解本文设计自适应滤波器所需的知识的基础上，采用 Matlab 的仿真功 能，对自适应横向滤波器以及符号算法的自适应陷波滤波器进行功能仿真，了解自适应 滤波器的滤波特点以及运算参数，以及滤波器阶数对滤波器收敛性能做了一定的研究， 为之后的滤波器设计奠定了理论基础。 （2）结合自适应横向滤波器可以独立的分为滤波部分，权值更新部分以及误差求 取部分，提出一种将各部分模块化设计，最后再调用组合的自适应横向滤波器设计方法， 最终利用该方法设计出了 16 阶的自适应横向滤波器，并对全串行，并行设计方法进行 了比较研究。 （3）对如何进行噪声特征频率提取的问题，提出了一种首先进行 FFT 变换之后对 变换值进行最大值提取求取对应频率值的方法，介绍了该方法的原理，并编写了 verilog HDL 程序，采用 Modelsim 进行了行为仿真。仿真结果说明能正确的提取出对应频率值。 （4）结合提取出来的噪声特征频率，设计陷波频率可变的自适应陷波滤波器，给出 了部分设计的 verilog HDL 设计程序，并进行了行为仿真测试。仿真结果说明，功能设 计是正确的。 2.展望 针对 FPGA 的自适应陷波滤波器设计，本文进行了 Matlab 仿真以及 verilog HDL 程 序编写并使用 Modelsim 仿真功能证明设计的正确性，但是由于个人理论知识以及研究 时间有限，在以下几个方面有待改进。 万方数据

1.3 课题的主要研究内容 1.3.1 课题的主要工作 （1）本文先采用模块化方式设计自适应横向(FIR)滤波器,对 FPGA 设计自适应算法 的基本滤波器的方法进行探究，并对后文设计自适应陷波器提供设计思路，具有一定的 普遍意义。 （2）本文所要研究的自适应陷波器，需要对噪声信号以及有用信号进行分别采集， 所以对噪声采集分析模块要进行一定的研究工作，利用振动传感器采集对应的噪声信号 作为参考噪声信号进行分析，利用 FPGA 设计 FFT 噪声信号幅频转换模块。所以对采集 后进行 AD 转换以及，FFT 变换后的噪声分析进行控制程序编写以及研究。 （3）针对自适应陷波器结构特点，设计一种新型自适应陷波器，可以将 FFT 变换 后的噪声分析出的三个噪声特征频率输出到自适应陷波器模块中，并实时调整滤除噪声 频率，以得到更好的滤波效果。 万方数据

### 压阻式压力传感器及其应用电路设计 #### 一、引言 随着现代工业技术的发展，压力传感器作为重要的传感设备，在各个领域发挥着关键作用。本文将详细介绍压阻式压力传感器的工作原理及其相关应用电路的设计，并通过一个具体的应用案例进行说明。 #### 二、压阻式传感器概述 压阻式传感器是一种能够将机械应变转化为电阻值变化的传感器。其基本工作原理是基于半导体材料的压阻效应，即在外力作用下，半导体材料的电阻率发生变化。这一特性使得压阻式传感器能够在各种恶劣环境下保持稳定的工作性能。 #### 三、压阻式传感器的工作原理 ##### 3.1 半导体材料的压阻效应 压阻式传感器的核心在于利用半导体材料（通常是单晶硅）的压阻效应。当半导体材料受到外力作用时，其内部的电子结构会发生变化，从而导致电阻率的变化。这一变化可以通过公式表示： \[ \Delta R / R = \alpha \cdot \epsilon \] 其中，\(\Delta R / R\) 表示电阻的相对变化量；\(\alpha\) 是压阻系数；\(\epsilon\) 是材料的应变（长度的相对变化量）。压阻系数 \(\alpha\) 和材料的弹性模量 \(E\) 有关，可以表示为 \(\alpha = - \pi E\)，其中 \(\pi\) 是泊松比。 ##### 3.2 应变片的应用 为了将非电量如压力、力或加速度等转换成电信号，通常需要在弹性元件上贴附应变片。当这些物理量作用于弹性元件时，会使弹性元件发生形变，进而产生应变。应变片会将这一应变转化为电阻值的变化，通过这种方式实现非电量到电量的转换。 #### 四、压阻式传感器的应用电路设计 ##### 4.1 供电电路 压阻式传感器可以采用恒压源供电，也可以采用恒流源供电。恒压源供电方式简单，但在温度变化较大的环境中可能会对测量结果产生影响。相比之下，恒流源供电方式可以有效减少温度变化带来的影响。 ##### 4.2 桥式电路的应用 为了提高测量精度，通常采用惠斯通电桥（Wheatstone Bridge）作为压力传感器的检测电路。电桥由四个电阻组成，其中两个电阻作为固定参考电阻，另外两个电阻则作为感压元件。当压力作用于传感器时，感压元件的电阻值会发生变化，导致电桥不平衡，从而产生输出电压。输出电压与压力成正比关系，可以用来精确地测量压力的大小。 #### 五、应用实例 假设有一个压阻式压力传感器用于监测管道中的气体压力。该传感器采用恒流源供电方式，并通过惠斯通电桥来提高测量精度。当管道中的气体压力发生变化时，传感器中的应变片随之产生应变，进而引起电阻的变化。通过测量电桥输出电压的变化，即可得到管道内气体压力的具体数值。 #### 六、总结 压阻式压力传感器因其简单可靠的结构、良好的稳定性以及广泛的适用范围，在众多压力传感器中脱颖而出。通过合理的电路设计，可以进一步提高其测量精度和稳定性。未来，随着材料科学和技术的进步，压阻式压力传感器将在更多领域发挥重要作用。

摘要：硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一，如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法，并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法，并用Matlab GUI软件来实现温度补偿系数计算，进而实现传感器输出的动态温补，达到了很好的输出线性性。实验结果表明，补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5% F.S. 　　0 引言 　　硅压阻式压力传感器利用半导体材料的压阻效应来进行压力测量，以其体积小、灵敏度高、工艺成熟等优点，在各行业中得到了广泛应用。实际工程应用中由于硅材料受温

压阻式压力传感器的输出信号是非常微弱的，微弱信号在传输过程中容易产生失真现象，同时也会受到各种干扰信号的影响，不利于有用信号的提取，因此文中针对压阻式压力传感器的输出信号设计了一种调理电路。该信号调理电路主要由AD8221芯片搭建的放大电路以及LTC1569-7芯片搭建的滤波电路组成，使用贴片电位器与AD8221结合可改变其增益。通过Multisim14.0软件进行电路的仿真验证，并制作电路板对其进行调试。实验结果表明，该信号调理电路能够将传感器输出的mV级别信号准确放大到0~5 V，并能够很好的过滤噪声，最终得到平稳的电压信号。同时，电路板尺寸为45 mm*20 mm，适用于微小型封装的传感器结构。

在传感器设计过程中压阻式压力传感器存在的主要问题是温度飘移和非线性问题，这种问题影响传感器性能的发挥，所以必须对传感器实施性能补偿，弥补测量误差。本文主要通过设计一种LabVIEW压阻式压力传感器校准系统来完善感器校准功能，利用软件设置和硬件设计，并通过反复的实验证明校准装置的精确度和稳定性，以便设计出高性能的传感器校准系统。实验结果表明该系统能够满足压阻式压力传感器稳定性和精确度，并使其稳定性和精确度提高了72％、76％。

摘要：硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一，如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法，并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法，并用Matlab GUI软件来实现温度补偿系数计算，进而实现传感器输出的动态温补，达到了很好的输出线性性。实验结果表明，补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5% F.S. 　　0 引言 　　硅压阻式压力传感器利用半导体材料的压阻效应来进行压力测量，以其体积小、灵敏度高、工艺成熟等优点，在各行业中得到了广泛应用。实际工程应用中由于硅材料受温

压阻式压力传感器及其应用电路，它采用集成电路 工艺, 结构简单, 测压上限可达到60M Pa, 具有 工作可靠、耐腐性、抗干扰能力强等特点, 国内 有些厂家利用美国生产的传感器芯片, 加上严 格的组装工艺, 其不确定度可达0104%FS 以 上, 在压力测量领域得到了较广泛的应用。

陶瓷压阻式压力传感器.pdf

硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一，如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法，并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法，并用Matlab GUI软件来实现温度补偿系数计算，进而实现传感器输出的动态温补，达到了很好的输出线性性。