MEMS傳感器數據采集器研究范文

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在本次研究中，主要通過硬件設計與軟件設計對mems傳感器進行分析。

1硬件設計

1）硬件電路總體結構。根據石油勘探的需求，結合MEMS傳感器工作原理與特點，數據采集器主要采用低噪聲運放OPA4228設計高信噪比的模擬放大電路，并依靠24位高分辨率的A/D芯片接入DSP。在DSP系統中，根據數字信號處理方式，以信號頻域、時域特性為基礎，通過提取弱信號來提高信噪比[1]。2）MEMS加速傳感器。本次研究中，MEMS加速傳感器以硅為基礎，屬于差動電容式傳感器。差動式電容的中間電極由加速傳感器質量模塊構成，電容器中間電極面積就是質量模塊面積。兩邊電極與質量模塊分別形成2個電容器。在傳感器運行過程中，當發現在Y方向（不確定的某一方向）出現加速度時，質量模塊就會向該方向的反方向偏離，導致電容出現相對變化，電容相對變化的大小，即為加速度的實際值。現階段，常見的MEMS加速傳感器為三臂梁結構的加速傳感器，該結構的特點是：質量模塊不是方形結構，而是一種正六邊形結構，臂梁與硅片主晶之間不全部平行。該結構的優點是靈敏度高、抗干擾能力強。MEMS加速傳感器的主要技術指標為靈敏度與固有頻率，其中，靈敏度Y的計算公式。

2軟件設計

石油勘探MEMS傳感器數據采集器的軟件系統，包括DSP程序模塊系統、ARM程序模塊設計等，本以此為基礎，對石油勘探MEMS傳感數據采集系統的團建系統設計內容進行分析。1）DSP程序設計。DSP程序需要完成A/D轉換驅動、數字濾波與信號識別等多方面內容。本文簡單統計常規條件下DSP程序運行流程圖，具體數據見圖1。《儀表技術和傳感器》指出[3]，5509是DSP程序中支持eXpress-DSPTM的關鍵，同時，5509所使用的唯一內存映射（代表程序空間與數據空間所共處的空間）。同時，在DSP設計過程中，要保證每個DARAM模塊都能在特定時間內完成固定訪問（一般情況下為2次/周）。2）數據信號處理程序。為保證石油勘探MEMS傳感器數據采集器能有效收集、處理相關數據，必須要對數字信號處理程序進行優化。其中，CAN通信模塊是整個數據信號處理程序的核心，本文通過CAN通信模塊設計對數據信號處理程序進行討論。現階段，CAN控制器主要存在兩種工作模式，分別為增強模式與基本模式，兩種模式均遵照CAN協議，進行錯誤數據處理、數據編碼等工序。CAN基本模式發送、接收等緩沖器長度為10字符，并且支持一種幀格式，一幀信息通常為2~10字節，前兩位字符由遠程請求、描述符等組成。描述符之后就是數據場，由1~8字符組成，負責分析、記錄相關數據。CAN增強模式支持擴展幀與標準幀，報文標示符為29位。通常情況下，CAN控制器為提升錯誤數據處理能力，會相應的增加部分特殊功能寄存設備，如出錯碼捕捉寄存器、仲裁捕捉寄存器等。3）APM程序設計。APM程序設計的重點PS485通信程序設計。目前，RS485通信主要為半雙工通信。由于在采樣過程中對信號采集速度提出較高要求，同時，現階段RS485通信串行輸出波特率為115200，經過相關轉換器處理后，可直接將數據傳遞給上位機軟件，而上位機軟件，能根據數據具體情況，進行參數設置、顯示信號波形、儲存數據等處理[4]。

3結束語

石油勘探、生產一直是國民經濟生產中的重點，其勘探、生產能力對社會產生重要影響。同時，MEMS石油勘探技術具有較高的發展空間，通過地震波紋，分析、記錄特定區域內的地下狀態，為石油勘探、開采提供具有參考價值的數據。本文簡單分析了石油勘探MEMS傳感器數據采集器的研究內容，并從硬件設計、軟件設計兩方面討論數據采集器的設計流程，從相關資料的應用效果來看，本文設計具有合理性，可以在實際勘探中做進一步推廣。

作者：柴小飛 藍永宗 單位：杭州豐禾石油科技有限公司