在許多應用中，微機操作已經(jīng)被廣泛的應用，特別是納微米定位系統(tǒng)，需要傳感器對微力和位移信息進行檢測。當前，微位移檢測有很多原理，如光學、磁學、電感、電容、壓電，但是這兩種方法都不方便機器人獲得多維力和位移信息。在對多維傳感結(jié)構(gòu)參數(shù)進行改進的同時，中國科學院合肥智能研究所機器人傳感實驗室在單片機上進行了大量新的改進，如它的8路24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，以及可編程增益放大(PGA)及濾波器，實現(xiàn)力、位移的高精度測量。本文主要從微機的應用角度出發(fā)，希望能對提高傳感器的集成度、分辨率、穩(wěn)定性以及人機交互能力作出一定貢獻。
微位移傳感器結(jié)構(gòu)主要借鑒了實驗室機器人多維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點，并采用了雙E膜結(jié)構(gòu)。第一，利用改進的二維力敏元件對目標進行X、Y兩維力信息的檢測，并將其轉(zhuǎn)化為平面位移信息。并根據(jù)機器人六維力感應器對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了調(diào)整。
單片機是高精度微位移傳感器電路模塊的核心電路。該系統(tǒng)完成弱信號多路切換、信號緩沖、PGA編程放大、24位元A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理、信號校正及UART通訊。對微位移傳感器進行了介紹。
研究表明，輸入緩沖器能減少ADC測量時發(fā)生偏移的可能性。它應當在輸入信號特征被允許時使用。只有模擬輸入的最大電壓低于正常軌道電壓1.5V，才不使用輸入緩沖器。MSC1210輸入阻抗為5Mω/PGA，無緩沖。啟動緩沖時，通常阻抗為10Gω。減小輸入電壓范圍，模擬電源電流上升。實驗中不使用緩沖器，而是移除ADC控制寄存器中的BUF位置，也就是關(guān)閉緩沖器，但其結(jié)果比較理想，傳感器零輸出偏差無明顯變化。
數(shù)字濾波器分為三種類型：sinc2、sinc3和自動模式。在輸入通道或PGA改變之后，自動模式會使sinc濾波器變?yōu)樽詈玫倪x擇。當你進入一個新的通道，你可以在接下來的兩個轉(zhuǎn)換中使用快速建立濾波器，并且你應該放棄第一個轉(zhuǎn)換。用sinc2。隨后，通過sinc3濾波器改善了噪聲性能。這種方法結(jié)合了sinc3濾波器的低噪聲優(yōu)點和快速恢復時間濾波的優(yōu)點。sinc是常用于數(shù)字濾波器的FIR濾波器。如果輸入通道突然改變，輸出就會花費一定的時間來表達新的輸入。需要的時間取決于濾光片的類型。sinc2通常表示兩個循環(huán)的數(shù)據(jù)輸出時間，sinc3表示三個循環(huán)的數(shù)據(jù)輸出時間，以及其他循環(huán)的數(shù)據(jù)輸出時間。一般而言，如果使用sinc3濾波器，在輸入通道改變時，第一采樣輸出的三個數(shù)據(jù)不能用，應放棄，只使用第四輸出數(shù)據(jù)。
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