仿生毛发传感器驱动控制系统仿真研究文献综述

 2023-08-04 11:51:38
  1. 选题背景和意义:

MEMS,即微型电子机械系统(Micro-Electro Mechanical System),是指采用微电子和微加工技术将微传感器、微执行器及微结构集于一体的微型器或系统。相对于传统机械,MEMS 传感器主要优势体现在:一是体积小,微型化程度高,尺度最大不超过一厘米,甚至仅仅为几微米,其厚度就更小;二是易于集成和实现智能化;三是采用以硅为主的材料,电气性能、强度、硬度和杨氏模量性能优良;四是采用与集成电路类似的生成技术,可大批量生产,成本低,使性价比大大提高。

MEMS技术最常用的领域便是微型传感器器件,这也是世界各科研机构及高校院所大力钻研的方面。现在已经形成产业化和正在投入大量资金人力研究的微型传感器有:压力、湿度、温度、加速度、角速度、微陀螺、磁场、流量、质量、PH值、电量等深入生活各个方面的应用领域。而自然界存在一些具有优异传感器特性的生物生理结构,这为工程师提供了丰富的灵感来源。生物学家发现,鱼类、昆虫、两栖动物和哺乳动物等各种动物都拥有生物毛细胞,其具有多样化的传感能力。生物利用毛细胞进行角度、加速度、振动和流量等物理量的检测。

仿生毛发传感器无疑是传感器领域的一颗新星,根据传感原理,现有的几种毛发传感器可以分为电容式,压电压阻式,光学式和谐振式等,其功能与控制电路也各有差异。毛发传感器结构简单,又有大表面积和大纵横比。这里研究的对象是谐振式毛发传感器,主要用来测量空气流速。与传统的机械式和热式流量传感器相比,毛发传感器体积较小、流量的测量范围较宽,而且限制较小。同时,毛发的大阵列排布又能增加灵敏度,并提高系统的鲁棒性。

本课题正是在此基础上,完成一个对仿生毛发谐振式流速传感器驱动控制系统的设计和仿真。

  1. 课题关键问题及难点:

详细收集国内外仿生毛发传感器驱动控制系统的最新资料,对资料进行认真阅读,理解,分析,弄清仿生毛发传感器驱动控制系统的原理。学习并掌握仿生毛发传感器驱动控制设计和Matlab仿真等软件的基本使用方法。在此基础上,提出仿生毛发传感器驱动控制系统的具体方案,并通过方案设计和Matlab仿真完成对生毛发传感器驱动控制系统的设计和仿真,并对数据进行处理和分析。

毛发传感器驱动控制系统的设计和仿真中的关键问题及难点以下:

关键问题:

1.毛发传感器动力学模型的理解;

2.相位、幅度双闭环数字控制电路的参数和结构设计。

难点:

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