主动电场传感器定位特性仿真及实验设计

摘要

仿生传感器是现代传感器研究的重要方向之一。在没有光线的情况下，弱电鱼通过感应自身发射与接收电场的变化信息，来捕获食物并导航。这种利用自身发射和接收电场来探测、识别、定位物体的能力被称之为主动电场定位识别。主动电场定位识别可用于机器人在水生环境中进行探测、定位开发。本文为在黑暗、恶心劣的水生环境中探测、定位物体提供了一种重要的方法--动电场定位系统，这种方法来自于生物的启发，是一种新型的水下定位系统。本文通过对主动电场定位识别系统进行了初步的试探性仿真研究，并提出了一种主动电场定位识别传感器的设计方法。
　　 本文首先运用了有限元（FEM）分析软件ANSYS建立了二维主动电场水下定位仿真模型，分析了主动静态电场定位系统中电场在水中的分布，并进行了数值仿真。在该二维仿真模型中，电接收器与被定位识别的物体分别位于模型中不同的三个部分：两电极的右上方、正中间、左上方。对每一个部分有被定位物体与没有被定位物体时电接收器所接收的电信号做了讨论、分析，为主动电场定位传感器的设计提供了理论指导。
　　 通过对水中二维主动静态电场定位识别系统模型的仿真及分析，本文还对二维仿真模型进行了相应的硬件设计，设计了与仿真模型相匹配的实验硬件模型。在实验平台硬件设计过程中，硬件电路只设计了与仿真模型相匹配的硬件电路，直接对电接收器所接收的信号进行处理。
　　 在实验平台设计过程中，电接收器所接收的电信号，通过硬件电路输出，输出的信号通过MP4210多功能数据采集卡进行模数转换，数字信号进入PC机。利用PC机强大的数据处理与计算能力，对接收的信号进行处理。在此过程中，针对多功能数据采集卡，运用了虚拟仪器LabVIEW开发平台开发了相应的多通道数据采集系统用户操作界面，用于控制MP4210多通道数据采集及采集的数字信号。
　　 通过对水中二维主动电场定位识别系统实验平台硬件及软件的设计，搭建了一套完整的实验平台，并进行了初步的实验研究，为后续的实验研究提供了实验基础。