摩托车用霍尔效应转速传感器的研究与开发
传统的摩托车曲轴转速传感器一般使用磁电式传感器。磁电式转速传感器结构简单、成本低,但存在下述缺点:一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢,其输出信号低于1V,电控单元就无法检测。若车速过快,其输出信号电压值过高,会出现次脉冲,检测结果与真实转速不符;二是抗电磁波干扰能力差。霍尔效应式转速传感器则能克服上述的缺点。
摩托车发动机工作环境较为恶劣,震动大,油污多,而霍尔传感器具有无触点、长寿命、高可靠性、无火花、无自激振荡、温度性能好、抗污染能力强、构造简单、坚固、体积小、耐冲击等诸多优点,这些特点决定了摩托车上使用霍尔效应式传感器是个很好的选择。对霍尔转速传感器磁路的设计进行了研究,确定了适合于摩托车具体应用环境的信号发生方案,选择了合适的霍尔芯片,通过对磁性材料的分析比较确定了性价比高的材料;用有限元分析软件FEMM对磁路进行模拟,从原理上论证了方案的可行性。
嵌入可动电极的微惯性传感器的设计
MEMS电容式微惯性传感器因其具有尺寸小、灵敏度高、稳定性好、温度漂移小、功耗低、很好的工作在力平衡模式下等等优点，在军事、汽车工业、生物***、消费电子、惯性导航等领域得到广泛的应用。 本首先分析了电容式微惯性传感器的测量控制原理和系统动态模型，并在此基础上通过三个方面设计出新型嵌入横向可动电极的微惯性传感器，分别是：支撑梁结构、微执行器结构和检测电容结构。通过分别对以上三方面不同结构模型的分析对比，在传感器设计中选用U形梁结构作为传感器的支撑梁，电磁执行器作为驱动力，梳栅结构作为检测电容结构。
其中为了克服深反应离子刻蚀关于深宽比不能做大的限制和降低噪声，详细介绍了电磁驱动增大传感器初始检测电容的工作原理，通过嵌入可动电极和电磁驱动作用减小电容间隙，结果表明，电磁驱动使得传感器的电容间隙减小4μm，初始检测电容由1.28pf增大到6.4pf。 根据以上理论分析和参数设计，给出了新型电容式微惯性传感器的整体结构模型，并利用有限元软件Ansys进行。结果表明所设计的传感器在非敏感方向上梁的刚度较大，轴向交叉效应得到了有效***；传感器的静态位移灵敏度为0.659μm/g，施加电磁驱动前后的电容灵敏度分别为0.15pf/g和0.192pf/g，增大为原来的1.28倍；同时应力分析结果表明，传感器能够抵挡1000g的加速度信号的冲击而不被损坏。之后利用电磁分析软件ANSOFT-Maxwell分析了边缘效应对传感器性能的影响，表明小尺寸的传感器电容的边缘效应不可忽略。
多传感器
1.关于检测概率引起的传感器更新顺序问题。在迭代形式的多传感器PHD(Iterated corrector PHD,IC-PHD)滤波中,跟踪结果的好坏主要取决于后一个更新传感器的检测概率。当该传感器的检测概率较低时,极易造成整个多传感器系统发生漏检。为此,基于高斯混合实现的IC-PHD滤波,本文提出一种改进的滤波算法。该算法与原始滤波算法的结构类似,不同的是改进算法中每个高斯分量对应的检测概率或漏检概率是由多个传感器的检测概率和漏检概率融合而成的。结果表明,改进算法不仅降低检测概率的影响,同时也弱化了传感器顺序的影响。
2.关于漏检引起的目标问题。在乘积多传感器PHD(Product multi-sensor PHD,PM-PHD)滤波中,修正系数需要计算每一项均大于零的无穷项的和,计算不可行。为此,提出一种有限项近似方法。该方法在分析无穷项收敛性的基础上,利用具有代表性的有限项的求和来近似。此外,一旦发生目标漏检,PM-PHD滤波则有可能估计出目标。为此,基于高斯混合实现的PM-PHD滤波,本文提出一种高斯分量权重的重分配方法。结果表明,该方法能同时避免目标和漏检的发生,有效提高了滤波算法的性能。
3.关于量测信息利用不完全引起的目标权重估计错误问题。在计算由量测划分产生的量测子集的权重时,由于IC-PHD滤波不能充分利用多个传感器的量测信息,有时会出现权重过大或过小的现象。为此,本文提出一种双向权重计算方法。该方法将量测子集的权重分为两部分。一部分主要用于解决因漏检造成的权重过低问题,另一部分主要用于解决因虚警造成的权重过高问题。结果表明,改进方法能有效提高滤波算法的跟踪精度和鲁棒性。