基于阵列MEMS磁传感器的测量与标定方法

针对MEMS磁传感器存在测量噪声大的问题,利用MEMS磁传感器体积小的特点,设计了阵列形式的MEMS磁传感器测量模块,减小了测量噪声对标定结果的影响。通过合理的硬件设计,实现同一时刻采集32个MEMS磁传感器信号。在硬件设计基础上,通过对阵列MEMS磁传感器建模与分析,设计了基于阵列MEMS磁传感器的标定方法。通过仿真及实物系统实验,验证了所提出方法的有效性。系统实验结果表明,采用阵列MEMS磁传感器标定结果的归一化模值标准差较单个磁传感器减小了70%。

基于MEMS红外热电堆传感器阵列的智能手势识别系统

提出了基于MEMS红外热电堆传感器阵列实现智能手势识别的方案,针对性设计出MEMS红外热电堆传感器阵列的信号调理电路,实现信号的高效处理。进一步地,基于单片机中加载的的卷积神经网络模型,对处理后的信号进行高精度识别与分类。测试结果表明,该系统对于四种静态手势的识别准确度达92.00%,并且能够实现通过识别手势来控制多级外设运作的功能。本系统还采用蓝牙技术,实现了系统与移动终端之间的数据交换,实际最大通信距离可达15 m,符合非接触测温场景的需求。最后还开发了相应的移动终端小程序,提高了人机之间的可交互性,进一步拓宽了该技术的应用场景。

磁性MEMS传感器制备技术及生物传感应用研究进展

对磁性传感器件的微电子机械系统(MEMS)加工技术以及在生物医学检测方面的应用进行了简单阐述,分析了磁性生物传感技术的工作原理,重点介绍了巨磁阻抗(GMI)、巨磁阻(GMR)和微磁通门传感器的MEMS制备工艺,其中详述了磁性传感器的材料、几何尺寸、结构以及基底对其性能的影响,总结了磁性生物传感器在生物检测中的研究进展,重点阐述了磁性生物传感器在磁性标签、癌症标志物、食源性细菌、病毒以及细胞检测方面的应用。最后,对当前磁性生物传感器在生物医学检测领域面临的问题进行了简要分析,并对磁性生物传感器未来的应用前景进行了展望,以期为研发新一代可用于临床检测磁性生物检测系统打下良好的基础。

基于微机电系统(MEMS)的磁通门传感器研究进展

磁通门传感器是由电磁感应效应衍生出来的一类主动式感应变压器,能够感应到外界微弱的直流或低频磁场,因为它在噪声、温度稳定性、磁场分辨率和灵敏度方面的优势,被广泛应用在了定位跟踪、航空航天、地磁探测和电流检测等领域。但现在,各类设备都朝着小型化发展,对磁通门质量、体积、功耗、集成度有了更高的要求,所以磁通门传感器的微型化研究十分必要。微机电(Micro-electro-mechanical System,MEMS)加工为此提供了技术基础。简要分析了磁通门传感器的基本原理,阐述了微型磁通门传感器工艺技术的发展历史,包括微加工技术、PCB技术和MEMS技术。重点总结了MEMS磁通门结构工艺的发展历程以及MEMS正交磁通门发展状况。介绍了MEMS磁通门在相应场合的应用优势与发展状况,并展望了此领域未来的研究重点。

隧穿磁电阻效应磁场传感器中的噪声分析及降低噪声的方法

隧穿磁电阻效应磁场传感器(TMR)虽具有灵敏度高、功耗低等特点,但器件的低频噪声限制了其在微弱磁场探测方面的应用。文章分析了隧穿磁场传感器中散粒噪声、热磁噪声、1/f噪声的产生机理,并结合几种噪声的解析式分析了各自的频率依赖关系。在低频率范围内,TMR传感器的噪声主要表现为1/f噪声。阐述了降低器件噪声的若干方法,并结合理论和实践分析了优化TMR传感器的结构、优化MTJ材料制备工艺、运用斩波技术、交流励磁以及MEMS聚磁器等方法后的降噪效果。通过对比分析发现MEMS磁聚集器是隧穿磁场传感器的最优降噪手段,利用MEMS磁聚集器可有效地将1/f噪声压制103倍,使TMR磁传感器的噪声低于10 pT/√Hz@1Hz。

基于数据融合的MEMS阵列加速度传感器实现方法

针对单MEMS加速度计性能有限无法满足实际工程中日益复杂且严苛的检测需求的问题,提出了一种基于数据融合的MEMS阵列加速度传感器实现方法。首先,设计了MEMS阵列加速度传感器的系统架构,并分析了对数据融合算法的技术需求;然后,针对已有的数据融合技术无法满足MEMS阵列加速度传感器的精度与实时性要求的问题,提出了基于离散对数映射的自整定加权融合算法,在此基础上,设计了MEMS阵列加速度传感器的仿真验证方案。仿真实验结果表明,提出的方法通过三个不同范围MEMS加速度计的阵列集成提高了信号检测能力,相比于最优拼接法其平均损失降低了6.1%,且融合数据精度优于各个加速度传感器的原始仿真数据,是高性能MEMS阵列加速度传感器的有效实现方案。

磁性目标探测传感器布阵设计与定位方式研究

磁异探测技术作为一种被动探测手段,具有隐蔽性好、抗干扰能力强等特点,由磁传感器构建的固定测量阵列可用于无人车、无人潜航器、水雷等磁性目标的探测。对磁传感器的阵列布阵方法和定位算法展开研究,提出了一种由7个磁传感器组成的空间十字形阵列,通过获取多点磁场的总量信息,联立方程组求解可得磁性目标的位置信息,从而在传感器数量有限的情况下提升探测的范围和效率。运用COMSOL有限元仿真软件展开建模分析和实验检验,以验证设计的可行性。阵列组网探测技术的应用对特定区域的实时、连续探测具有重要意义。

MEMS壁面剪应力传感器阵列水下标定实验研究

壁面剪应力的精确测量对于研究水下物体边界层流动、寻求有效的减阻增效措施至关重要。MEMS壁面剪应力传感器的标定首先是最基本的静态标定,其决定了其测量的精度和数据的可信度。本文在分析已有标定方法的基础上研发1种新型水下壁面剪应力给定装置,并采用数值方法计算分析不同流速下的壁面剪应力给定条件,进而设计壁面剪应力传感器静态标定方案,开展了一种MEMS热膜式壁面剪应力传感器阵列的水下静态标定实验,获得了各传感单元的标定系数。

一种基于磁传感器的MEMS陀螺标定方法

根据微型航姿测量系统各传感器的特点,研究出了一种基于磁传感器输出的MEMS陀螺标定方法,并根据MEMS陀螺误差参数模型设计相应的补偿算法,分别对MEMS陀螺的零偏和标度因数误差进行了补偿。与传统标定方法相比,该方法实现简单,适用于现场标定。实验结果表明,该标定方法能够有效地提高MEMS陀螺测量精度,补偿后陀螺在静态条件下2min内,俯仰角漂移小于0.035°,倾斜角漂移小于0.15°,航向角的漂移小于0.2°。当陀螺三轴均有角速率输入时,在角速度小于25°/s情况下误差都能保持在±2°以内。

基于电容检测MEMS磁传感器的设计与制作

为实现微型化、低功耗、低成本和高灵敏度的磁传感器,提出了一种基于微型磁扭摆结构的磁传感器,并利用对角度变化非常敏感的差分电容检测技术对磁扭摆的扭转角度进行检测.设计的磁传感器包括微扭摆结构、磁性敏感薄膜和差分检测电容等部分.分析了器件的磁敏感原理和电容检测原理,给出了器件的结构参数和综合设计考虑.利用体硅加工工艺成功制作出了磁传感器样品,并进行了实验测试.测试结果表明磁传感器有良好的线性度和重复性,其磁场检测的电容灵敏度可达到0.2 fF/Gauss.根据对磁传感器的热噪声分析,可得到磁传感器最小可分辨的磁场为6.72μT.该磁传感器结构简凑、工艺简单,无需电流激励,大大降低了磁传感器功耗.

基于动态分类器集成的MEMS气体传感器阵列的气体定性识别方法

气体识别研究中,传感器的性能漂移问题始终是最具挑战的问题之一。为了减少漂移对气体识别的影响,利用动态分类器集成技术,针对基于MEMS技术的气体传感器阵列,提出了气体识别方法。主要关注对气体样本在任意浓度下的定性分析。该方法基于支持向量机(SVM)分类器,首先利用在不同时间段采集的数据分别训练SVM分类器,再利用各分类器对不同时期数据的最优权值,估计拟合函数的参数;然后利用拟合函数,根据数据的采集时刻,预测各分类器的权值;最终利用预测的权值,对所有分类器的识别结果进行集成,得到最终识别结果。利用累积三年的测量数据,对该方法与已有类似方法的性能进行了比较。结果显示,该方法可以在较长时间内具有更高的准确率,而且,该方法可以通过选择更合理的拟合函数,提高识别性能。

基于洛伦兹力的MEMS磁传感器的研究进展

文中对制作MEMS磁传感器过程中涉及的主要设计参数、器件的制备工艺进行了介绍,综述了基于洛伦兹力的各种结构MEMS磁传感器的灵敏度、品质因子、噪声和探测极限等特性,并对其未来发展进行了展望。

基于MEMS传感器的旋转永磁体定位技术

基于地磁场的随钻测量系统具有问题:进行轨迹拟合时存在误差积累;在地磁场受干扰时无法进行准确定位。使用永磁体进行定位可以消除以上问题。利用永磁体的磁场模型,建立了旋转永磁体定位模型,利用MATLAB对模型的数学特性进行了分析。提出了基于旋转永磁体的曲线拟合定位算法,并给出了算法实现流程。基于3轴MEMS加速度计和3轴MEMS磁阻传感器搭建了测量系统,并在实验室环境下进行了模拟实验,定位精度达到cm量级。

基于MEMS技术的磁通门传感器制备研究

基于MEMS(Micro Electro-Mechanieal systems)技术的微型磁通门传感器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、灵敏度高等传统磁通门器件无法比拟的优点。为此对磁通门的原理与结构进行了阐述,并介绍了3种典型磁芯结构微型磁通门传感器的研究现状,指出提高精度、缩小体积、集成化制造、数字化设计、批量化生产是微型磁通门传感器的发展趋势。

基于磁感式和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计

无人机、车载导航等方面需要用到地磁定向,而电子罗盘在应用中起到关键作用。针对车载导航的姿态控制和导航精度,本文以PNI公司磁感传感器为基础,结合MEMS加速度传感器、温度传感器及处理器MSP430F1611等器件构建一个具有倾角补偿的电子罗盘。实验结果表明,该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低和精度高等特点。通过实验验证了该方案的可行性与有效性。

谐振式MEMS磁传感器数字锁相放大器设计

介绍了一种用于谐振式微机电系统(MEMS)磁传感器输出信号检测的数字锁相放大器。通过分析MEMS磁传感器的工作原理和输出信号特征,并根据相干解调原理,设计了数字锁相放大器,其中包括信号通道、参考通道和数字式相干解调器的设计。在数字式相干解调器的设计中,通过正交解调法来消除相位差对磁传感器灵敏度的影响,利用带通采样和降采样来降低硬件要求。将数字锁相放大器应用于磁传感器,顺利实现了对磁传感器输出信号的解调。测试结果具有良好线性度,其非线性度为0. 46%。

运用于MEMS磁传感器的数字锁相放大器

文中研究了用于静电驱动-电磁感应敏感的MEMS磁传感器的数字锁相放大器电路。为了对该种传感器输出自调制的信号进行解调,基于ARM微控制器设计了一种无需相位调整的双路数字锁相放大器。在参考通道的设计中,将驱动传感器处于谐振状态的正弦信号转为矩形波信号。应用电路测试结果表明:传感器输出信号的非线性度达0.23%,迟滞性误差和重复性误差分别为0.09%和0.29%。数字锁相放大器能够有效而稳定地解调MEMS磁传感器输出信号,为具有输出信号调制特点的传感器提供一种可行的数字信号处理方案。

MEMS磁传感器斜面Barber电极制作技术

本文介绍了一种在MEMS磁传感器中利用剥离工艺制作斜面barber电极的技术。通过研究曝光量、PEB温度和PEB时间对负胶倒角的影响得到最佳工艺条件,负胶形貌为倒梯形,等效倒角约69°。曝光量主要影响曝光区域链式反应的充分度;PEB温度和PEB时间主要影响链式反应后收缩应力的释放程度。优化后的工艺成功运用在MEMS磁传感器barber电极的制作中,平面和斜面barber电极无脱落异常。

基于MEMS气体传感器阵列的集成式检测芯片研究

基于SMIC 180 nm工艺设计了一款集成式气体传感器阵列的检测芯片,为气味识别算法提供采样数据。该检测芯片具有分时复用的多通道电阻频率转换、上电自复位、片内时钟生成、数字控制以及I2C通信的功能。芯片面积为1.58×1.66 mm^(2),供电电压为3.3 V,信号的采样速率为20 ms/S。由不同气体传感器构成的传感器阵列在乙醇和丙酮气体环境中的测试结果表明,该芯片可以检测出传感器阵列在不同气体中的响应差异,并且结合卡尔曼滤波来处理采样的数据可以减小测量误差。

磁传感器阵列测量电流时的干扰排除理论研究

用单个磁传感器测量母排周围的磁场可以得到母排中的电流,为了提高测量精度,在电流测量中引入了磁传感器阵列。提出一种基于离散傅立叶(DFT)分析的算法,用来区分测量电流产生的磁场和干扰电流产生的磁场。建立了适用于直流和交流、不同母排形状、任意数量平行母排的电流测量干扰排除数学模型。数值分析和初步试验结果验证了该模型的正确性。