（电工理论与新技术专业论文）磁流体加速度传感器外围电路的设计与实验研究.pdf

磁流体加速度传感器外围电路的设计与实验研究 d e s i g na n de x p e r i m e n to fm a g n e t i cf l u i d a c c e l e r a t i o ns e n s o r sp e p h e r a lc l r c u i t a b s t r a c t t h ea c c e l e r a t i o ns e n s o ri sav e r yi m p o r t a n tm e c h a n i c a ld e v i c e i ti sv e r ys i g n i f i c a n tf o r m e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n go b j e c t sm o t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ， t h e r ei sag r o w i n gd e m a n df o ra c c e l e r a t i o ns e n s o ln e wa c c e l e r a t i o ns e n s o r sw i t hn e wp r i n c i p l e ， n e ws t r u c t u r e , a n dn e wf u n c t i o nh a v eb e e nt h es t u d yf o c u si nt h ew o r l d m a g n e t i cf l u i di s an e wm a g n e t i cm a t e r i a lw h i c hi ss t a b l ec o l l o i d a ls u s p e n s i o n so f s u b m i c r o s c o p i cs u s c e p t i b i l i t i e s ，y e ti sf l u i d l i k ei nb e h a v i o r m a g n e t i cf l u i dh a ss h o w e di t sg r e a t p o w e ri nm a n yf i e l d ss u c ha se l e c t r i c i t y , m e c h a n i s m ，m e d i c i n e ，p h y s i c sa n dc h e m i s t r y , s i n c ei t w a sf o u n db yn a s a ( n a t i o n a la e r o n a u t i c sa n ds p a c ea d m i n i s t r a t i o n ) i nt h i st h e s i s ，m a g n e t i cf l u i dw a su s e di nd e s i g n i n ga na c c e l e r a t i o ns e n s o la n dt h i si sa l l a d v a n c e ds u b j e c t t h es t u d yo ni tw i l lm a k em e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n gm o r ec o n v e n i e n t l y , p r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fs e n s o ri n d u s t r y , a n de x p a n dt h em a g n e t i cf l u i d sa p p l i e df i e l d s d o c u m e n t sa b o u tt h i s s u b j e c th a v i n gb e e ns e a r c h e da n dr e a d ，t h ek n o w l e d g ea b o u t m a g n e t i cf l u i da c c e l e r a t i o ns e n s o rw e r es u r v e y e di nt h i sp a p e r m a g n e t i cf l u i d sp r o d u c t i o na n d i t sc h a r a c t e r sw e r es t u d i e d ，a n di t sa p p l i c a t i o n sw e r ea l s om e n t i o n e d s e v e nk i n d so fa c c e l e r a t i o n s e n s o r sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h e i rd e s i g np r i n c i p l e s ，m e r i t sa n dd e m e r i t sw e r ea l s os u m m a r i z e d s i xd e s i g np r o p o s a l so fm a g n e t i cf l u i da c c e l e r a t i o ns e n s o rw e r es t u d i e d a sar e s u l t ，t h ed e s i g n p r i n c i p l eo ft h i ss u b j e c tm a t t e rw a sc o n f i r m e d p e r i p h e r a lc i r c u i t so fs e n s o ra r es oi m p o r t a n tt h a t t h e ya r et h ek e yo f t h ep e r f o r m a n c e so f t h es e n s o r as e to f p e r i p h e r a lc i r c u i t so f t h ea c c e l e r a t i o n s e o s o rw e r ed e s i g n e di nt h i sp a p e r , w h i c hh a dh i g hp r e c i s i o na n ds t a b i l i t ya n dw h i c hi n c l u d e d a m p l i f i e r , r e c t i f i e r , f i l t e r ，a n a l o g - t o d i g i t a lc o n v e r t e ra n dl e dd i s p l a ys y s t e ma i m i n ga tt h e i n t e r f e r e n c ei nt h es y s t e m ，a n t i i n t e r f e r e n c et e c h n o l o g yw a sa p p l i e d t h et h e s i si sf o u n d e dt o g u i d et h em a g n e t i cf l u i da c c e l e r a t i o ns e n s o r sf a b r i c a t i o n k e yw o r d s ：m a g n e t i cf l u i d ，a c c e l e r a t i o n ，s e n s o r , p e r i p h e r a lc i r c u i t 第一章绪论 1 - 1 引言 传感器是实现测试与自动控制的首要环节。传感器是将被测量的某一物理量或信号，按一定的规律 转换为其对应的另一种物理量或信号的装置。目前，普遍的认识是为非电物理量与电量的转换。如果没 有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获与转换，那就可想而知，一切准确的测试与控制都将无法实现。 其实，探测外界物理世界状况的技术早就被使用了。众所周知的1 7 4 5 i t 年来顿人学用来顿瓶探测电 荷的有无、大小和极性是其一例；利用水银热胀冷缩做成温度计探测环境温度，之后又用干湿球温度计 转而测量环境湿度，都是其例子。只是在1 8 6 0 年西门子用铜线线圈的电阻变化来测量温度，这才有了“传 感器”这个名词。1 9 7 5 年美国国家标准协会( a n s i ) 定义传感器( t r a n s d u c e r ) 为“提供对指定被测量相应 有用输出量的装置”；1 9 8 4 年“国际通用计量学基本名词”定义测量传感器为“提供与输入量有给定关 系的输出量的测量装置”。 传感器作为信息技术和信息系统的关键基础元器件和最前沿工具，其技术水平直接影响检测控制系 统及信息系统的技术水平，起到促进传统产业和行业的技术跳跃式进步，同时拓展和涉足新的非传统领 域应用的作用。因此，传感器技术在现代信息社会的作用将更加重要。二十世纪初期( 2 0 1 0 年前后) ， 传感器发展的总趋势是小型化、集成化、阵列化、多功能化、智能化、系统化和网络化。传感器领域的 主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国竞相并加速新一代传感器的开发和产业化。在上述发展 趋势前提下，世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前发展。世界非军用传感器市场1 9 9 8 年为 3 2 5 ( 2 j 亿美元，包括2 9 3 亿成品传感器和1 7 亿半成晶传感器。据预测，2 0 0 8 年将增加到5 0 6 亿美元。传感 器的厂家和投资专家认为以上的增长是非常保守的，考虑到传感器价格降低和难以预知的新兴应用领域 的掘起等因素，其实际增长将会更多。 磁流体( 也称磁性液体m a g n e t i c l i q u i d 、磁性流体m a g n e t i c f l u i d 、或磁性胶体m a g x t e t i cc o l l o i d ，简 称磁液，此外还有一个专用名f e r r o f l u i d ) p 。4 1 目前已广泛用在润滑、密封、碾磨，分选、换能、印刷、 医药等许多领域。它是由强磁性粒子( d 8 * i s e g ( 如果是1 6 位的显示系统， 则要求i c e i 6 * z s e g ) ，i s e g 为每个显示段的峰值电流。 3 3 3 3 段驱动电路 b c 7 2 8 1 a 需要外接移位寄存器构成段驱动电路。 可以和b c 7 2 8 1 a 再己合的电路有很多我们在这里选用了m c 7 4 h c l 6 4 。其电路连接图如图31 6 所示。 3 r 3 0 一l k a。a 附闩 了1 面三= = _ _ 晡r 一 c l k咎 5 r 3 21 = = 型】kc 一= 昌 6 瑚= = = = = l kd 日日日日 丽5 e ，l k e l k $ 0 0 v c c k 匕 o d 1 0r 3 4 三= 三i ke 935=jkf 器一 b0 f 1 2 】0 6 = = = = 三l kg 1 3r 3 7 = = = 三l kd p 口昌d o 兰 t 了“ g 6 蓐 划“” 一1 j 一一一 b c 让8 【 l l l 。迫迫逸。迫迫迫。 r ：兰 ! ：兰 l 厂_ 兰 三i 坠 三r 芒= p l 广_ 垦 上r 墨= 卜lr 罂= 士 据。 3 6 图3 1 6 段驱动电路图 f i g3 1 6c i r c u i to f s e g m e n td r i v e r b c 7 2 8 1 a 送出的数据共1 6 位，数据结构如表3 】l 所示，发送的顺序是高位( m s b ) 在前。 表3 1 1b c 7 2 8 1 a 送出的16 位数据 t a b l e31 1t h e1 6b i td a t ac o m e sf r o mb c 7 2 8 1 a | d 1 5 d 1 4d l3d 1 2d 1 id 1 0d 9 d 8 d 7 d 6 d 5 d 4 d 3d 2d l d 0 l d p !g ， f ， e d ， c 2 b 。a d p ，g fej d j c lb la 1 - - 其h 前8 位( d 1 5 一d s ) 为第8 - 1 5 位显示的段驱动数据，后8 位( 0 7d o ) 为第o - 7 位显示的段驱动数 河北工业大学硕士学位论文 对于8 位( 6 4 段) 以内的显示系统，只需要接入对应d i g od i g 7 的一片8 位的移位寄存器。而对丁 多于8 位的显示系统，则需要2 片8 位移位寄存器或一片1 6 位的移位寄存器。出丁b c 7 2 8 1 a 的段驱动 数据输山极性及移位脉冲的时序均可调，因此可以适应与各种各样的移位寄存器相连。移位脉冲有两种 模式，分别是1 6 4 模式和5 9 5 模式。1 6 4 模式为普通的移位寄存器模式，每一位数据对应着一个移位脉 冲。而5 9 5 模式适应于象7 4 x x 5 9 5 等内部有二级缓存触发器的移位寄存器，使用时将二：级触发器的锁存 时钟与一级锁存( 移位寄存器) 的时钟并联在s c l k 上。这样二级锁存器与移位寄存器同步更新但其内容 比移位寄存器滞后一个脉冲。在5 9 5 模式下s c l k 在最后一个脉冲后，还会输出一个额外的脉冲，这样 数据便可以正确地锁存到二级缓存中。 b c 7 2 8 1 a 的段驱动数据的输出极性可以由软件控制，这样使用者可以灵活地使用各种外阳驱动电 路。b c 7 2 8 x 缺省的工作模式是1 6 4 模式，不反相输山，也就是说，输出的段驱动数据中，点亮的段对 应的数据为0 。如果电路中在移位寄存器的后面又使用了反相输出的驱动器，或者使用的是反相输出的 移位寄存器，则需要将b c 7 2 8 1 a 的t 作模式置为反相模式i n v1 。 3 - 3 - 4 工作原理 前面我们说过，对b c 7 2 8 1 a 的所有操作都要通过它的寄存器来完成。把字节写入b c 7 2 8 1 a 包括写入的指令字节和写入的数据字节。一个写入寄存器的指令，由两个字节的写入操作组成。第一个 字符为指令字节，而第二个字节则为数据字节。在接【_ 1 空闲的情况下，b c 7 2 8 1 a 的d a t 引脚处于高阻输 入状态，而m c u 端也应将d a t 线置于输入状态，上拉电阻使得d a t 线上为高电平。传送开始时，首先需 要建立握手信号。m c u 先向b c 7 2 8 1 a 发出一系列c l k 脉冲，脉冲的数量可以是任意多个，并同时监测d a t 线。而b c 7 2 8 1 a 则在收到该握手脉冲后在d a t 线上输出一低电平，表示准备好可以接收m c u 的数据。m c u 一旦检测到b c 7 2 8 1 a 的响应信号后，立刻停l t 发送握手脉冲，并在1 5 u s 之内，在c l k 线上再次发出一 个脉冲，该脉冲使得b c 7 2 8 1 a 的d a t 引脚恢复高阻输入状态。因为d a t 线上有上拉电阻，因此d a t 线上 恢复成高电平。m c u 在检测到d a t 线恢复成高电平后，即开始发送数据。发送时数据的高位( m s b ) 在前， 每发送一位，即输出一个c l k 脉冲。开始部分及数据传送部分的c l k 脉冲均为下降沿有效。需要注意盼 是，m c u 检测到b c 7 2 8 1 a 的低电平握手信号后，应该在1 5 u s 之内给出一卜一个c l k 脉冲。同时请注意数 据传送时的数据保持时间，如果数据保持时间小于规定的值，则有可能造成通讯错误。 读寄存器操作，由一个字肯写入操作和一个字节读出操作两部分组成。字节写入操作写入指令字， 数据则由字节读出操作读出。m c u 在传送完指令字后，应将d a t 线置于输入状态，以便从b c 7 2 8 x 接收 数据。读出数据时，也需要建立握手信号。过程与写入数据时相似，但也有所不同。数据读出时，m c u 仪发送一个单的握手脉冲，而不是像写入数据时不停的发送直到收到b c 7 2 8 1 a 响应信号。具体过程是 m c u 首先向b c 7 2 8 1 a 发出一个起始c l k 脉冲，b c 7 2 8 1 a 在收到该脉冲后在d a t 上响应一个低电平，表示 准备好输出数据。此后m c u 再发出一个c l k 脉冲，b c 7 2 8 1 a 的d a t 脚开始输出数据。此后b c 7 2 8 1 a 每收 到一个脉冲，即在d a t 上输h j 一个数据位。一个与写入指令不同的地方是，当8 个数据位均读出了以后， m c u 还必须再多发山个c l k 脉冲，表示数据接收完毕，b c 7 2 8 1 a 刊能从数据输山状态转成输入状态准 备接收| 。个指令。 磁流体加速度传感器外围电路的设汁与实验研究 3 4 本章小结 外围电路是传感器的重要组成部分，本文研究的磁流体加速度传感器列其外围电路提山了高精度、 高灵敏度、快速响应、高稳定性等要求。针对这些要求本章设计了相应的外围电路。放大电路采用了两 级放大，并根据电路要求采用了相应的运放。整流电路采用了由两个运放组成了精密整流电路，克服了 由_ 二极管带来的信号失真，有效提高了电路的精度和灵敏度。滤波电路也采用了两级滤波形式，从而提 高了测量精度。模数转换电路以m a x l 9 7 为主要器件，它的1 2 位转换数据和l o v 至+ 1 0 v 的测量范刚保 证了电路的精度和可靠性。而四位l e d 显示即降低了成本又保障了足够快的响应。实验表明此外围电路 i 【二作效果理想，可靠性高，完全能够满足传感器的要求。 3 8 河北工业大学硕士学位论文 第四章抑制干扰的措施 电气设备经常会受到各种各样的干扰，而影响正常运行。产生这种情况的主要原因是设备中的某些 电路受到了干扰。实际上许多电子线路，特别是t 作频率较高的模拟电路和具有快述记忆功能的时序电 路，在i 作中极易受到无用杂散信号的干扰。尤其是在放大电路中，如果屯路中有来自外界的干扰或者 电路本身自激产生振荡，即使是在放大电路输人端接地的情况f ，干扰信号在经过多级放大电路放大之 后，在输l 山端仍然会有很大的交流信号输出，严重时可以使电路无法上e 常工作，所以必须采取有效的措 施消除、抑制干扰，以确保电路工作正常。 要想有效地消除、抑制干扰，首先必须弄清干扰信号产生的原因，然后找到干扰源，弄清干扰信 号的耦合方法和通道，以及被干扰的电路。这样就可以了解干扰信号是如何进行干扰的。进而找到有效 的方法去抑制甚至削除干扰信号，使电路能够按照原先所设想的功能正常工作。 4 - 1 电路中常见干扰的形成原因 电子线路常见干扰形成的原因有内部原因和外部原因。 首先，来看看内部原因。对于电子线路来说，当电路本身有瑕疵时，很容易产生电路中最常见、 最重要的干扰。另一种情况是，电路本身一切正常，但当电路工作时或电气设备启停时却会形成干扰。 其次，来看看外部原因。外部原因一般多为自然现象和人为因素造成的。自然现象主要表现为闪 电、雷击、宇宙的辐射等。人为因素主要指人们在使用电气设备的过程中所产生的干扰。 4 - 2 干扰的藕合途径 无论是外部原因还是内部原因所形成的干扰信号，其干扰方式无外乎有两种：一是有线干扰，二 足无线干扰。那么耦合途径也就有“有线”和“无线”两种，即“路”和“场”。 一、“路”的干扰：即通过电路渠道进行干扰。 “线”实际上就是导线，“有线”就是通过导线，如在多级放大电路中各级信号电流在公共电源内 阻上产生的电压降，就是通过“路”的形式干扰其它各级电路的：另外元器件间的分布电容和分布电感 都可以作为传导干扰信号的藕合途径。 二、“场”的干扰：通过电场或磁场的形式进行的干扰。 如电感线圈所产生的磁场，就可以通过其它感性元件产生感应电动势；另外磁场和电场总是交变 出现的，敞而磁场周嗣会产生感应电场，这种电场也呵以通过电容进行干扰。 j 9 磁流体加速度传感器外围电路的设计与实验研究 4 - 3 抑制干扰的主要方法 从f ：面可以看出，干扰信号的干扰不管是通过“路”还是通过“场”进行，其完整的干扰过程必 须经过三个环节：存在干扰源、存在藕合途经和被干扰的电路，如图41 所示。 图4 1 干扰形成条件 f i g4 1f o r m a t i o nc o n d i t i o n so f i n t e r f e r e n c e 要想有效地消除、抑制干扰，就可以从这三个干扰形成条件入手。 从而可以得到抑制干扰的主要方法有以f 几种： 第一，滤除干扰信号。 第二，切断传输干扰的藕合途径或是提高被干扰电路的抗干扰能力。 第三，保护被干扰电路。 具体采取什么行之有效的措施，需要结合具体电路的情况去具体分析。本文在实验中选用了商质 量的电源以减少干扰信号的产生，并在外围电路中设计了滤波电路以滤除部分干扰信号。 4 4 电子线路干扰的抑制 4 4 1 内部干扰的抑制 针对电子线路内部干扰产生的原因，具体抑制措施有以r 几个方面。 4 - 4 1 1 合理布局 当电路中导线、元器件的分布不台理时也会产生干扰，本文在设计p c b 电路板布线时使输出线与 输人信号引线尽量远离，从而避免输人信号通过线间的寄生电容或寄生电感产生正反馈引起干扰或白激 振荡。合理布线，各级电路的连线尽鼍缩短，以尽量减小分布电容和分布电感。各级电路按电路原理图 顺序排列布置，布线时尽量避免了各级电路交叉排列布置。另外在安装元器件特别是对于能产生电磁场 较强的元件，如电择、线圈、变压器等在布置时要特别注意，线圈和变压器应互相垂直、远离，甚至要 加以屏敲，以防i r 或减少互感藕合。 河北工业大学硕士学位论文 4 4 一卜2 完善工艺 在安装元器件时要注意避免虚焊，接地线要短，这样可以减少接地线的分布电感和电阻。为进一 步减小分布阻抗，常采用镀银地线和接地线排。对于接地1 艺，要求接地干线粗而且尽量短，接地线环 绕布置在印刷板的边缘。本文在设计p c b 布线时将接地线和电源线均设置成了1 2 7 毫米，比普通信号 线的0 2 5 4 毫米粗了很多。 4 4 1 3 多点接地 对于电子线路来说，接地线是十分重要的。如果随意地接地，如串联接地就会使各级电路的信号 电流，在接地回路接触电阻上或地线电阻上产生的压降会反馈到其它各级，从而引起交流干扰，如图 42 所示【3 4 】。 图4 2 接地电阻形成的干扰 f i g42i n t e r f e r e n c em a d eb yg r o u n d r e s i s t a n c e 图中r 1 、r 2 、r 3 为各级电路的地线电阻，a 1 、a 2 、a 3 为各级放大电路，各级信号电流i l 、i 2 、 i 3 在相应的地线电阻上产生电压降。从图中可咀看出r 3 上的电流为i l 、i 2 、i 3 之和，这样a 3 接地电 位就为r 1 、r 2 、r 3 上的压降之和，因而所受影响很大。 对于这种情况，可以采取并联接地方式去处理，如图43 所示。 图4 3 多点接地 f i g43m u l t i p o i n te a r t h i n g 其特点是接地线最短，而且还可以减少接地线的分布电感和电阻。 4 4 1 4 提高电源质量和滤波性能 在多级放大电路中，如果前、后级共用一个商流电源，那么电路中的反馈电流通过电源内阻r 后， 就会产生一个交流电压，使电源端电压随信号电流而波动。此电压作用到前面各级放大电路，对第二级 4 l 来说虽然是负反馈，但对第一级来说却是正反馈，它能使第一级放大电路的净输人信号加强，很容易产 生自激振荡。 可以采用质量较好的稳压电源或者是提高电源的滤波性能，本文在实验时选用了高质量的稳压电 源t 可以提供+ 5 伏、一5 伏、+ 1 2 伏以及一1 2 伏稳压电源，实验效果良好。而在滤波电容旁并接一个小容 量的无感电容，可使高、低频成份的滤波效果更好，能有效地抑制电源端电压随信号电流而波动的现象。 4 4 1 5 利用r c 电路减小附加相移 在多级放大电路中，由于电路内晶体管极之间在高频时存在分布电容，所以当电路正常工作时会产 生附加相移，在深度负反馈时，很容易因正反馈丽引起自激振荡。 我们在合适的位置加r c 校正网络”1 ，减小附加相移，所加电容和电阻的大小可根据电路的情况计 算确定。本文中的电路中，屯容采用1 0 t f ，电阻采用1 5 q ，实验效果良好。 4 4 2 外部干扰的抑制 本文中没有采取抑制外部干扰的措施，毕竟本文仍处丁实验阶段，并且抑制外部干扰的许多途径实 现起来并不容易，但是抑制外部干扰的办法还是有必要了解一下。根据外部干扰产生的原因，抑制措施 有以下几个方面。 4 4 2 一l 安装避雷针 安装避雷针可以很好地预防雷击、闪电引起的干扰。 4 4 2 2 屏蔽外部电磁场 当电路受到外界电磁信号的干扰时，可以采用屏蔽的方法有效地抑制干扰。在屏蔽时要注意屏蔽盒 与电路地线应有可靠的焊接，且磁场的屏蔽要注意高、低频屏蔽所用的材料的不同。另外，单纯用屏蔽 不能很好地解决问题时，还可以安装合适的带通滤波器或有源滤波器，进一步滤除干扰信号，以尽可能 减小外界的干扰。 4 4 2 3 引线上的电磁场的抑制 在实验室中一些仪器设备，如示波器，虽然设备里的电路已经被屏蔽了，但引线却暴露在外面， 这样就会引起两个问题：第一，引线暴露在空间，会感应出干扰信号，使示波器无法正常显示信号。类 似的还有闭路电视信号。第二，引线与机壳问的输入电容和寄生电容会使被测信号产生高频失真，特别 是对丁矩形脉冲，引起波形前沿上升时间秆后：； _ f 降时问都会增人，使波形严重失真。 这时可以用屏蔽线或者同轴电缆加以抑制。在使用时要注意将屏蔽层接地。同轴电缆和屏蔽线原 理一样。另外对丁高频失真严重的还可以利j ：| ；| r c 电路补偿由输入电窖和寄生电容所造成的火真。 4 4 2 4 接地环路干扰的抑制 在电路内部还有一种独特的情况要引起注意，那就是当屯路内的接地点不同删，接地点电位就会 4 2 河北工业大学硕士学位论文 不同。冈此在两个接地点之间对地会形成电压差，这样就会形成环路电流，造成干扰。 常用的抑制方法就是在陌接地点间用隔离变压器。使用隔离变压器时，绕组间应加屏蔽层。 44 3 综合防护措施 对于电了电路的干扰防护，采用一种器件或单一措施，常常防护效果不理想或无法满足技术要求。在 实际应用。f 1 ，可采用综合防护措施进行防护，即要对电子电路进行有效的屏蔽和良好的选择，也要利用 滤波电路对各种持续干扰噪声进行滤除，还须注意结构的布置等方面，综合考虑，才能取得更好的防护 效果，保证电子电路正常、稳定的工作 3 7 - 3 9 】。 4 - 5 本章小结 电路中干扰信号的存在无法避免，如果没有足够的抑制干扰的措施足以使整个实验无法进行下去， 其危害性不言而喻。本章首先分析了干扰信号的危害性及抑制干扰的必要性，其次分析了电路中常见干 扰的形成原因，接着有的放矢地采取了一系列抑制干扰的措施：采用高质量电源、多点接地、加粗接地 线、采用r c 校正网络等等，实验效果良好。 磁流体加速度传感器外围屯路的设计与实验研究 第五章结论及展望 本课题的开始时间是2 0 0 3 年1 1 月，于2 0 0 5 年1 月基本完成。在这一年多的时间里，我前后经历 r 课题调研、方案设计、传感器硬件制作、控制系统软件开发、系统整体调试、撰写论文等几个阶段。 每一个阶段都使我受益匪浅，培养了我的工程意识，增长了我的专业知识，提高了我的科学素质，使我 对磁流体加速度传感器有了更深一层的认识。 本论文对磁流体加速度传感器进行了分析和设计，主要工作有以下几个内容： 第一，论述了用磁流体设计加速度传感器的可行性及其优点，分析了目前多种磁流体加速度传感器 的设计原理及其优缺点，进而确定了本论文的设计方案，并对此方案进行了详细的分析，最终给出了输 出电压与被测加速度之间的关系式： 吼= 胁z z 筹 第二，设计并制作了一整套适用于本文设计方案的外围电路，其中包括两级放大电路、整流电路、 两级滤波电路、模数转换电路以及l e d 显示电路，实现了从传感器的输出信号到人机界面的一整套转 换过程，精密整流电路解决了普通整流电路中出现的失真问题。实验表明此套外围电路具有高精度、高 灵敏度、高可靠性、快响应速度等优点，工作情况良好。 第三，针对本文系统中出现的干扰信号采取了一些抑制干扰的措施，诸如多点接地、加粗地线等， 保障了整个系统的稳定运行。 本论文为今后磁流体加速度传感器的研究工作奠定了一定的理论和实验基础。目前在进行磁流体加 速度传感器技术的研究时，主要难点有如f 几个方面： 第一，如何设计出结构更加合理的加速度传感器，可以用以更加精确地感测出加速度信号。 第二，研究磁流体加速度传感器的理论基础一一磁流体一阶浮力原理和磁流体的二阶浮力原理”。 第三，分析、选取适合加速度传感器使用的磁流体。 目前，集成化、微机械化、系统化和采用新型功能材料设计新型原理的传感器是传感技术的研究方 向1 4 l io 磁流体加速度传感器必将广泛的应用剑 ：业生产、国防、科学研究等各个部门中去。 4 4 河北工业大学硕士学位论文 致谢 本文的研究工作是在导师杨庆新教授的悉心指导下完成的。杨老师对事物敏锐的洞察力为论文的 选题和研究工作指出了正确的方向，使本课题的研究才有今天的成果。杨老师广博深远的学识和对课题 的独特见解，使我受益匪浅。杨老师公务繁忙，但仍不断关心着课题的进展。杨老师渊博的学识、敏锐 而超前的学术意识、民主而严谨的治学作风和“授人以鱼不如授人以渔”的教学态度将使我受益终生， 并将激励我在今后的工作、学习和生活中，时刻保持勤奋刻苦的工作态度和求实创新的敬业精神。值此 成文之际，谨向杨老师表示最诚挚的感谢和最崇高的敬意! 同时感谢师母徐桂芝教授在我学习和生活上 给予的指导利帮助，徐老师的专业水准和温柔善良令我永生难忘。 在此特别感谢北京交通大学的李德才教授。李老师在课题研究过程中无私的帮助和正确的指导是 完成课题不可缺少的。李老师为本文的研究提供了重要材料一一磁流体，并不辞辛劳来我校讲授专业知 识，这些都为我的研究工作提供了不可或缺的帮助。不仅如此，李老师在学业上的造诣和积极的科研精 神都为我树立了清晰的榜样。请允许我在此向李老师表示最诚挚的感谢和最崇高的敬意! 衷心感谢杨文荣老师、张文涛师兄、李应雄师兄、胡旭东师兄在课题研究中对本人的不倦指导和 帮助。 衷心感谢赵宁、高圣伟、韩伟、吕殿利、张欣、耿跃华、徐书雨、谷志峰、王绍亮、李新、张闯、 陈中剑、孟红芳等同学，你们的帮助实在是帮我克服了不少困难。 衷心感谢电工理论实验室的全体同仁，你们在各自的事业和学业发展中，都在苦苦追求，超越我 们所处的科研和管理水平，这是一件非常具有挑战性的事情，但大家都在坚定不懈地努力着。你们是我 的榜样。 衷心感谢2 0 0 2 级1 2 班的全体同学，和你们一起走过的两年多注定永存我心里。 衷心感谢父母和哥哥的支持和关怀。漫漫求学路，是你们给我力量和信心。 在求学期间认识的众多朋友，对我的工作和生活给予的关心和帮助，在此一并表示衷心的感谢。 磁i j c 体加速度传感器外围电路的设计与实验州究 1 9 3 4 6 参考文献 郭以述敏感元件和传感器见：中国电：- 学会第七届学术年会论文集【c 】中国北京 中国 电子学会2 0 0 1 9 0 2 9 0 4 吴荣军张宝成。亢春梅国外传感器市场发展现状及预测【j 2 0 0 3 ，2 2 ，( 5 ) 5 - 7 翁兴园磁流体技术及应用的发展现状与未来 j 磁性材料及器件，2 9 ，( 6 ) ：3 5 3 9 王瑞金磁流体技术的应用与发展【阳，新技术新工艺，2 0 0 i ，g o ) ：1 5 1 8 顾红，王先逵，祝琳华，等磁流体技术及发展方向综述 j 昆明理工大学学报，2 0 0 2 ，2 7 ， ( 1 ) ：5 5 5 7 ， m 0 l u t s e t va s t a r o v o i t o v e x p e r i m e n t a ls t u d i e so fh i g h s p e e dc r y o g e n i cm a g n e t i cf l u i ds e a l s j li e e et r a n s a c t i o n so nm a g n e t i c s ，1 9 8 0 ，m a g 一1 6 ，( 2 ) ：3 4 3 3 4 6 r o n a t ds n e w h o w e r m a g n e t i cf l u i d si nt h eb l o o d j 】i e e et r a n s a c t i o n so nm a g n e t i c s ，1 9 7 3 ， m a g 一9 ，( 3 ) ：4 4 7 4 5 0 尤辉，李川奇电容式微型加速度传感器的建模仿真及优化设计研究 叫中国科学技术大学 1 9 9 9 曼建义，吴鸿适，张福学气流式加速度传感器的研究及其应用 d 北京真空电子技术研究 所，1 9 9 8 隋丽，石庚辰，压阻式硅徼加速度传感器的结构设计与仿真【j 测量与控制学报，2 0 0 3 ，( 2 5 ) ： 5 2 5 5 陈佳品。吴智政，程君实电容式微加速度传感器控制电路研究l j 仪表技术与传感器，1 9 9 7 ， ( 1 ) ：3 6 3 9 田文杰，路峻岭，张伟，等数字式压电石荚加速度传惑器的支撑结构研究j 云南大学学报 ( 自然科学版) ，2 0 0 2 ，2 4 ( 4 ) ：2 7 4 - 2 7 6 王生旺，董永贵，冯冠平谐振式声表面波加速度传感器特性研究 压电与声光，1 9 9 9 2 1 ， ( 3 ) ：1 6 4 1 6 8 陈德英隧道式加速度传感器的制备 j 传感器技术，2 0 0 0 ，6 ，( 1 9 ) ：4 - 6 王惠文，娄英明，江先进光纤加速度传感器研究进展 j 光学技术，1 9 9 7 ，( 5 ) ：1 5 2 0 任俊表面= ；舌性荆的陛质及在界面分选中的应用 j 四川有色金属，1 9 9 7 ，( 4 ) ：3 4 3 6 ，4 7 任欢鱼，刘蕾，刘勇健磁流体的制备与性质研究 n 中国粉体技术，2 0 0 3 ，0 ，( 1 ) ：2 12 3 崔海蓉，李德a ，廖平，等磁性液体水平传感器的初步研究 j 功能材料，2 0 0 4 ，( 3 5 ) ： 5 6 9 5 7 2 池k 青，王之珊，赵孤智铁磁流体力学 m 北京，：化京航空航天人学出版社，1 9 9 3 m 团吲嘲嘲 吲 m 嘲 吲 m 三 l 兰_ l 三 河北工业大学硕士学位论文 2 0 叶荣吕，刘b 进，高宏，等磁流体制备技术的研究现状及其存在问题 l 机械上程利料 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 3 2 9 3 0