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摘 要

压阻材料的电阻率会因受力而改变，此特性被广泛应用于多种物理量的检测。使用压阻材料制作敏感芯体，在被测物理量的作用下，芯体阻值改变，检测其阻值变化即可反推出被测物理量的大小。本课题针对面向气体压力测量的谐振式压阻传感器的动态微小变化电阻检测，在广泛收集和阅读理解相关资料的基础上，设计适宜的检测方式与接口电路方案，并进行初步设计与仿真试验，为相关课题研究提供一定的技术基础和先期论证。本课题主要分为三个部分进行，首先选择采用灵敏度高、电路结构简单的惠斯通电桥作为检测电路并比较了在不同激励源下的温度对电桥输出的影响，从而确定合适的激励源。其次，主要设计了信号调理电路，包括高共模抑制比信号放大电路、压控电压源型二阶滤波电路和无限增益多路反馈型滤波电路、滞回电压比较器。最后，对所设计电路在相关平台上进行仿真实验，分析实验结果并说明所设计电路的可行性，为相关课题研究提供一定的先期论证和技术基础。

关键词：谐振式传感器；调理电路；仿真实验

Abstract

The resistivity of a piezoresistive material changes due to stress, and this property is widely used for the detection of various physical quantities. The piezoresistive material is used to make the sensitive core body. Under the action of the measured physical quantity, the resistance value of the core body changes, and the change of the resistance value can be detected to reverse the magnitude of the measured physical quantity. This topic is aimed at the dynamic small-variation resistance detection of resonant piezoresistive sensors for gas pressure measurement. Based on extensive collection and reading of relevant data, the design of appropriate detection methods and interface circuit schemes is carried out, and preliminary design and simulation tests are carried out. Provide a certain technical basis and preliminary argument for the research of related topics. This topic is mainly divided into three parts. Firstly, the Wheatstone bridge with high sensitivity and simple circuit structure is selected as the detection circuit and the influence of temperature under different excitation sources on the bridge output is compared to determine the suitable excitation source. . Secondly, the signal conditioning circuit is mainly designed, including high common mode rejection ratio signal amplification circuit, voltage controlled voltage source type second order filter circuit, infinite gain multi-feedback filter circuit and hysteresis voltage comparator. Finally, the designed circuit is simulated on the relevant platform, the experimental results are analyzed and the feasibility of the designed circuit is explained, which provides a certain initial demonstration and technical basis for the research of related topics.

KEY WORDS:Resonant sensor,Conditioning circuit,Simulation

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 本文主要研究内容 1

第二章 检测电路设计 2

2.1 谐振式压阻传感器基本原理 2

2.2 各部分检测电路设计 4

2.2.1 惠斯通电桥 4

2.2.2 信号放大电路设计 7

2.2.3 带通滤波电路设计 8

2.3 电压比较器设计 13

2.4 本章小结 14

第三章 仿真实验和结果分析 16

3.1 实验平台介绍 16

3.2 仿真实验及结果分析 16

3.2.1 三运放高共模抑制比放大电路 16

3.2.2 带通滤波器设计 19

3.2.3 电压比较器设计 25

3.2.4 整体电路仿真实验 27

3.3 本章小结 32

第四章 总结与展望 33

参考文献 34

致 谢 35

1. 绪论
   1. 课题背景及意义

21世纪以来，科学技术全面发展，而感应信息处理技术在社会生活中更加显得尤为重要。在机电设备中的传感器作为不可缺少的组分是整个装置的感觉器官。监视整个装置的工作过程，以保持它在最佳的工作状态，并且可以用作数字显示装置[1]。在闭环系统中，用作位置环路检测反馈组件的传感器的性能对机器的机械运动性能和控制精度有很大的影响。因此，传感器需要良好动态性能和高灵敏度，并且特别需要是能够稳定可靠，能够抗干扰和适应不同的环境。传感器无论作为闭环系统的感应部分，还是作为机电检测的第一个环节，都具有相当重要的地位。

谐振式压力传感器是利用压力变化来改变物体本身的谐振频率,从而通过测量物体的频率变化来间接地测量压力[2]。硅微谐振式压力传感器具有微型化，智能化，可集成化等优势。尤其是MEMS传感器，与大数据，物联网等新兴技术是近几年来开发比较热门的领域，是国内外科研机构研究的重点与热点，在国内和国际上的相关领域受到高度和广泛的重视。

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