多参数网络化智能传感器阵列技术研究

摘要

近年来飞机、导弹等飞行器的结构在外形、受力情况及边界条件等方面均变得十分复杂，因此气动力分析在飞行器研制过程中非常重要。传统的测试方法只适用于测试点不多且分布不密集的情况，当飞行器上需要测试的点较多，且分布密集时，传统的方法就不能满足测试的需要。为克服现有技术的不足，设计了一种基于MEMS传感器的飞行器气动参数测试用带式传感器阵列，可以对飞行器表面多点的压力、应变、振动、温度进行测试。 文章首先对阵列式多参数传感器的硬件设计进行了论述，详细介绍了系统总体设计方案，并从器件选型、信号调理、测试电路等方面对测试节点单元的设计进行了说明。由于阻式器件普遍存在着非线性及温漂问题，因此选用数字式信号调理器对其进行信号调理，并对校准补偿原理及步骤进行了说明。 系统的核心控制单元采用Silicon公司的8位单片机C8051F410，其片上资源丰富、抗干扰性强。基于嵌入式实时操作系统μC/OS- II进行了系统的软件设计，使得应用程序的设计过程大为简化，系统资源得到更好的利用，系统软件的可扩展性和实时性得到了提高，系统也变得易于维护。文章对操作系统在单片机上的移植，任务划分及资源管理进行了论述。 最后介绍了传感器的标定理论，根据大量实验数据对各传感器的重复性误差、线性误差、不确定度进行了计算，并通过曲线拟合得出了传感器的标定工作曲线。 经实际调试验证，该测试系统具有良好有测试精度，性能可靠，能够完成飞行器表面的多个气动参数测试，具有良好的工程化价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3课题的主要研究内容

2多参数智能化传感器阵列的硬件设计

2.1系统总体设计

2.2测试节点单元设计

2.3压力测试单元设计

2.3.1压力传感器选型

2.3.2压力传感元件的信号调理

2.3.3压力测试电路原理图

2.4应变测试单元设计

2.4.1应变片的构造及测量原理

2.4.2应变片的分类及选型

2.4.3应变测试电路原理图

2.5振动测试单元设计

2.5.1振动传感器选型

2.5.2振动测试电路原理图

2.6温度测试单元设计

2.6.1温度传感器选型

2.6.2温度测试电路原理图

2.7行测试信息管理模块

2.7.1微控制器

2.7.2数据通信接口设计

3传感器的校准及补偿

3.1校准补偿目的

3.2校准及补偿设备

3.3校准补偿方法及步骤

4传感器阵列的软件设计

4.1软件设计概述

4.1.1单片机编程

4.1.2基于μc/OS-Ⅱ的编程

4.2μC/OS-Ⅱ在微控制器上的移植

4.2.1移植的简单介绍

4.2.2开发工具

4.2.3移植的主要过程

4.3任务的划分及管理

4.4软件模块设计

4.4.1主函数设计

4.4.2主要任务设计

4.5系统通信协议

5传感器标定

5.1标定原理及步骤

5.2标定结果及曲线的生成方法

5.3压力传感器标定

5.4应变传感器标定

5.5振动传感器标定

5.6温度传感器标定

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致 谢