文档介绍：硕士学位论文

动态环境下高精度智能水深传感器的设计

DESIGN OF HIGH-PRECISION INTELLIGENT
DEPTH SENSOR UNDER DYNAMIC
ENVIRONMENT

张宁

哈尔滨工业大学
2012 年 3 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开

工程硕士学位论文

动态环境下高精度智能水深传感器的设计

硕士研究生:张宁
导师:王钢教授
申请学位:工程硕士
学科:电子与通信工程
所在单位:中国电科 49 所
答辩日期:2012 年 3 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

DESIGN OF HIGH-PRECISION INTELLIGENT
DEPTH SENSOR UNDER DYNAMIC
ENVIRONMENT

Candidate: Zhang Ning
Supervisor: Prof. Wang Gang
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Electronics munication
Engineering
Affiliation: CETC 49
Date of Defence: March, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
本文设计的水深传感器由高精度压力敏感芯体和微处理器电路组成,具有
高精度、高可靠性、自补偿性等特点,可在动态水生的环境中工作。该传感器
通过高精度 A/D 转换器将压力芯体的模拟信号进行采集,并对其进行数字滤波、
精度补偿、热零点补偿、热灵敏度,然后通过 RS-485 数字信号输出。本文主
要完成了这种传感器的设计、制作和测试,并对试验与理论结果进行了比较分
析,试验结果表明传感器的性能指标满足使用要求。
在传感器工作原理和模拟测试中,着重阐述了水深测量的基础理论和压力
芯体工作原理,从理论上推导出海水深度的公式,并分析了影响深度测量的因
素;然后从微观理论及数学推导介绍了单晶硅压阻效应工作原理,并对压阻式
压力传感器的信号转换理论进行了描述。
在传感器设计方案中,介绍了传感器的结构设计和电路设计方案,文中着
重分析了温度变化对压力敏感芯体产生的影响,对敏感芯体的温度补偿方式进
行了深入研究,设计外部补偿电路对压力敏感芯体进行初步补偿。研究发现仅
靠补偿电路对敏感芯体的温度补偿效果并不理想,因此本文又对线性拟合算法、
曲线拟合算法及曲面拟合法等几种常用软件拟合算法进行了详细的研究,在
Keil 单片机软件编译环境下对数据采集、软件滤波、通信协议等功能进行了设
计。传感器多次进行高低温环境试验,将得到的数据进行分析,整理出压力敏
感芯体的温度特征曲线,以实验数据为依据进行算法设计,确定了传感器温度
补偿与精度补偿的设计方案。
本文通过对传感器硬件电路的研究,掌握了压力敏感芯体的桥压信号与温
度变化间的对应关系,以及压力传感器的温度补偿、精度补偿、数字滤波、RS-485
通信等技术,实现了高精度、自补偿、数字输出式的动态环境下高精度智能水
深传感器的研制。

关键词:动态环境,温度补偿,精度补偿,水深传感器
- I -
Abstract
Abstract
In this paper, the design depth sensor consists of a high-precision
pressure-sensitive core and microprocessor circuit, high accuracy, high reliability,
compensatory, and other characteristics, dynamic aquatic environment. The sensor
accuracy A / D converter, the analog