基于光学读出的微悬臂梁温度传感器研制

为实现对环境温度的高分辨率、快速、准确测量,设计制作了一种基于光学读出的微悬臂梁温度传感器.由于组成微悬臂梁的两种材料——金和氮化硅热膨胀系数的差异,在温度变化时,梁内部会产生热应力导致其弯曲变形.不同温度下梁的弯曲变形量不同,利用光杠杆方法检测出此变形,经标定后就能实现环境温度的准确测量.实验中设定系统光臂长度为25mm,采用商业化三角形微悬臂梁(长200μm、宽40μm、氮化硅层厚0,6μm,金层厚60nm)对传感器进行了测试,实验结果显示其测量重复性好,温度分辨率达到0.02℃.对于特定尺寸的微悬臂梁,通过优化其双材料厚度比,温度分辨率可达10-4℃,可用于环境温度的精密测量.     

基于FPGA的数字闭环光纤陀螺研究

着重对全数字闭环光纤陀螺的信号处理方法进行了详细的分析，指出了闭环控制系数A和K对闭环控制的影响，同时研究了基于FPGA的数字闭环控制系统实现方法以及利用VHDL语言进行FPGA软件设计的优点，并给出了基于FPGA设计的光纤陀螺的实验结果。     

基于FPGA的组合导航系统专用接口板设计

在低成本MIMU/MR/GPS组合导航系统中,为了解决不同设备之间因接口不同而不能直接进行数据交互的问题,设计了一种专用接口板。该接口板选用FPGA作为核心的控制器件,并辅助以单片机PIC18LF6520和少量的芯片,为符合不同协议规范的多种设备间数据传输提供通道,在各种设备间架起一座通讯的“桥梁”。经过跑车实验,证明了该接口板性能可靠,功能强大,具有一定的通用性。详细阐述了该接口板的硬件设计思想和基本工作原理,给出了FPGA和PIC18LF6520的软件编程逻辑流程图。     

基于可编程互联点的FPGA布线故障注入方法

静态随机访问存储器类型的FPGA在空间中易发生单粒子翻转的现象,会引起布线资源的错误,在地面主要采用故障注入方法进行模拟。现有注入方法不能准确地解决布线故障问题,通过对可编程互联点的解析,创新地提出了改变可编程互联点配置位状态来模拟单粒子翻转对布线资源影响的故障注入方法,并应用此方法对实际电路进行了故障注入测试,成功模拟了布线资源三种故障模式,证明了此注入方法的有效性。同时对造成故障的翻转位统计分析,结果表明开路为布线资源受单粒子翻转影响的主要故障。通过改变可编程互联点配置位状态来模拟单粒子翻转对布线资源影响的故障注入方法对评估布线算法的单粒子翻转容错能力有重要意义。     

基于FPGA的高精度硅微谐振加速度计数据采集与参数补偿系统设计与实现

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。频率信号的高精度采集和系统参数补偿是提高硅微谐振加速度计性能的重要手段之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从双路差动频率信号的精确采集和系统误差参数补偿角度出发,分析了数据采集的原理,提出了一种高精度硅微谐振加速度计用数据采集与参数补偿方法。给出了设计思路和电路实现方法,讨论了误差来源与改进方法。所设计的数据采集系统针对中心频率18 k Hz.,标度因数400 Hz/g,量程±20g的加速度计,数据更新周期200 ms下频率分辨率为0.0005 Hz,等效加速度分辨率达到1.25μg。测试表明,补偿后的硅微谐振加速度计,在全温(-40~+70℃)内,K0温度系数从262μg/℃降低到29.9μg/℃,K1变化量从4.18%降低到2.04‰,全量程非线性从7.16‰降低到0.128‰,系统参数满足设计指标。     

基于FPGA驱动微陀螺旋转的移相电路

传统的微陀螺转子驱动电路采用对模拟信号直接移相实现,为了解决模拟信号直接移相时移相范围有限、调试复杂等不足,设计出了基于FPGA的数字式驱动微陀螺旋转移相电路。通过FPGA产生相位差信号,经D/A转换电路和巴特沃兹滤波电路处理后输出信号。该数字式移相方法产生的信号的相位差（0°～360°）、频率均可调,为涡流旋转微陀螺转子提供了理想的信号源。     

基于FPGA＋DSP的嵌入式GPS数字接收机系统设计

介绍了一种基于FPGA+DSP(高速数字信号处理器+现场可编程逻辑门阵列)模块化的数字嵌入式接收机系统设计.由天线及前端射频模块完成GPS信号的接收、下变频及A/D采样,充分利用FPGA的高速并行处理能力和可灵活编程配置的特点实现接收机的基带相关器和用户接口设计,并结合高速DSP的数字信号处理和丰富的片上外围设备实现接收机的信号处理、导航解算及系统间各部分的无缝连接.系统测试结果说明该数字GPS接收机具有功耗低、体积小、集成度高、工作性能稳定的特点.     

基于光纤陀螺的温度补偿模型改进、压缩和FPGA实现

为提高光纤陀螺（FOG）在变温环境下输出误差的补偿精度,在长短期记忆神经网络模型（LSTM）基础上,利用分段非线性粒子群算法（PN-PSO）对LSTM模型超参数寻优,建立PN-PSO-LSTM光纤陀螺温度补偿模型。为有效降低计算和存储开销,便于部署在资源受限的硬件环境中,提出一套适用于光纤陀螺应用场景的模型压缩方案,包括：知识蒸馏、剪枝、激活函数线性化、定点数量化等。最后基于Xilinx公司某芯片完成部署。对比实验结果表明,相较于传统反向传播（BP）模型和传统PSO-LSTM模型,采用所提模型补偿后,陀螺零偏输出均方误差分别降低74.4%和53.5%,模型压缩后在大小减小94.1%的同时,陀螺零偏输出均方误差仍然比传统全精度模型更低,在FPGA实现后对比PC端模型推理速度提升98.47%。     

基于MEMS IMU和运动约束的共享单车定位算法

由于全球卫星导航系统在城市环境中信号遮挡严重,共享单车在这类关键区域难以实现连续可靠的定位.为解决这一问题,利用MEMS IMU和自行车运动特性,设计了一种基于惯性导航系统(INS)和非完整性约束(NHC)的融合推算定位方案(NHC/INS).尤其是深入探讨了IMU安装角误差与NHC杆臂补偿对自行车NHC/INS定位性...     

基于小波方差的MEMS IMU随机误差模型间接估计方法

MEMS IMU(Mirco Electro Mechanical System Inertial Measurement Unit)微机电惯性测量模块广泛应用于组合导航系统,其中MEMS IMU随机误差模型的准确性对导航精度有着重要的影响。针对Allan方差法在估计随机误差模型方面的不足,研究了间接估计方法。该方法以Daubechies离散小波变换与间接推断原理为基础,根据小波系数的零均值平稳特征,对分解尺度进行确定,将小波方差作为间接估计辅助参数,分析了最优估计准则的渐近一致性,最后使用高斯牛顿法对估计结果进行校正,获得满足渐近一致性的随机误差模型参数估计结果。仿真结果表明,间接估计方法提高了随机误差模型的估计精度,其中一阶马尔科夫过程的相关时间估计精度提高了12.383%,解决了一阶马尔科夫过程模型的准确估计问题。通过试验结果分析,进一步证明了以上结论。     

Internal field study of 21700 battery based on long-life embedded wireless temperature sensor

The safety of lithium-ion batteries is an essential concern where instant and accurate temperature sensing is critical.It is generally desired to put sensors in...     

基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计

针对声矢量传感器姿态变化难以准确测量导致目标测向精度低的现状,设计一种微型MEMS姿态传感器,并将其封装在声矢量传感器内部,实现基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计。首先根据声矢量传感器姿态测量与校正原理,采用四元数姿态解算方法及扩展卡尔曼滤波器设计MEMS姿态传感器,并对其进行姿态精度测试;然后基于MEMS姿态传感器进行声矢量传感器样机设计、制作、参数测试;最后对样机进行了海上实验,结果表明,通过姿态校正后声矢量传感器目标方位估计精度与GPS推算方位精度一致,验证了利用MEMS姿态传感器设计声矢量传感器的可行性。     

基于MEMS加速度传感器的步态识别

针对最小采集约束条件和经历长时间跨度下识别率低的问题,提出一种基于MEMS加速度传感器的步态识别算法。该算法以右髋部位置采集加速度信号构造多个高斯差分尺度空间,利用局部关键点生成稀疏表示的步态特征位置模板,并采用模板融合来有效转换稀疏性步态周期特征,最后利用最近邻算法和投票机制对步态特征进行识别。在公开的含175名测试者的步态加速度数据集上进行测试,实验结果显示识别率为98.67%和认证率为99.89%,并进一步研究了测试集和训练集样本数目对识别效果的影响,验证了特征提取的有效性和稳定性。     

基于改进猴群算法的传感器优化布置方法研究

提出了一种基于新型智能算法一改进猴群算法的传感器优化布置方法.考虑传感器优化布置的特点,采用整数编码的方式给出了猴群的位置,克服了猴群算法只能解决连续性变量优化的问题;在初始化猴群位置时通过引入欧氏距离来增强猴群的多样性,以提高其全局搜索能力;并在爬过程中加入和声算法中的随机扰动机制,来提高其局部搜索能力;文末以大连世贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择.结果表明,改进的猴群算法能较好地解决传感器优化布置问题,较经典的序列法有其明显的优越性.     

基于MEMS-MARG传感器的消防员室内定位算法

针对消防员在室内环境中进行灭火和救援时难以获知自身位置坐标的问题,采用MEMS-MARG传感器设计了一种室内定位算法。首先,根据加速度幅值波形使用峰值探测法和零点交叉法相结合的方式进行步数检测。然后,通过对消防员的行走路线进行分类,设计了一种基于直线判断辅助的航向反馈修正算法来提高定位精度,并将扩展卡尔曼滤波器融入到行人航迹推算算法中,用于估计消防员的位置坐标。最后,分别按照矩形、三角形、半圆形轨迹,进行了3组实验。实验结果表明,与未使用航向修正算法相比,位置误差减小了45%以上,航向角和位置的均方根误差分别减小了65%和76%以上。所提出的消防员室内定位算法具有良好的定位性能。     

微悬臂梁生化传感系统的性能分析

在基于光杠杆原理检测微悬臂梁变形的生化传感实验系统中,液体折射率的变化会导致PSD上光斑的位移,从而影响系统的检测信号。本文从理论上分析了在不同检测光束的入射角度、微梁的放置角度等参数条件下,液体折射率的变化对系统检测信号的影响。结果表明：在传统的光路下,液体折射率改变10-3引起的光斑位移与一般的生化反应引起的位移相当,即液体折射率的改变严重影响系统的检测信号。通过理论分析还发现在适合的参数配置下,可以忽略折射率变化对系统检测信号的影响。同时,参数的改变不影响系统的检测灵敏度。理论分析的结果得到了实验验证。     

Gating function based on transmission delays and stochastic resonance in motif network with FPGA implementation

Nonlinear Dynamics - Attuned function of different brain regions relies on the precise yet flexible communication between their subsystems, and flexible gating of information flow among brain motif...     

基于FPGA的保偏光纤偏振测试仪系统

对保偏光纤偏振参数的自动测量进行了实验研究。论述了保偏光纤的特性和参数，分析了光电信号的调制特性和提取微弱信号的有效方法，提出了基于FPGA的保偏光纤偏振自动测试方案，并对其进行了具体设计和实施，使之成为一个实用可靠的测试仪器。仪器的使用验证了方案和设计的有效性。