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基于SAW技术的称重模块的设计研究

基于SAW技术的称重模块的设计研究

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作者：卢志浩上海工程技术大学

学位级别：硕士

近几年,细颗粒物PM2.5越来越影响人类的生活质量,为了能够有效预防和治理PM2.5,需要在野外布置多个监测仪器对其进行采样分析。采样分析的第一步,即对大气中PM2.5的浓度进行精确测量,一般将采样前后的滤料进行称重,其质量差值与采样体... 详细信息

近几年,细颗粒物PM2.5越来越影响人类的生活质量,为了能够有效预防和治理PM2.5,需要在野外布置多个监测仪器对其进行采样分析。采样分析的第一步,即对大气中PM2.5的浓度进行精确测量,一般将采样前后的滤料进行称重,其质量差值与采样体积的商即为采样浓度。因为野外环境状况恶劣,传统的PM2.5称重方法不能满足要求,所以新型的PM2.5称重方法是保证精确采样的关键。声表面波（SAW,Surface acoustic wave）是弹性波的一种,特性是沿固体的浅表面传播。SAW传感器是材料科学和电子技术的产品,它具有无源、无线和抗干扰的特点。SAW压力传感器使用声表面波振荡器感应外力场的干扰,使SAW振荡频率发生变化,通过精确测量频率变化来测量压力变化。本文主要设计研究了空气颗粒物自动监测技术及装置中基于声表面波压力传感器的自动称重方案,本文主要研究内容如下:1、研究了SAW压力传感器的原理和性能,选型了适合空气颗粒物称重的SAW压力传感器类型,主要技术指标包括SAW器件的结构为谐振器结构、SAW器件的基底为石英单晶、为了避免温度的影响选择双通道型振荡器结构的形式及传感器的误差分析。2、设计了基于LabVIEW2014和单片机的数据采集分析方案,可以更直观的观察采集数据,分析称重模块的工作性能,并解决了单片机和PC机通信的问题,提出了可行的通信方案。3、设计了基于卡尔曼滤波的空气细颗粒物称重数据处理方案,经过Matlab仿真证实了该算法的有效性,克服了称重部分数据采集易受外部环境的影响、产生测量误差和干扰的缺点。4、对整个的系统实验进行相关设计,并对和细颗粒物称重有关的前续技术部分给出详细设计,给出由伺服电机、升降臂、滤纸、滤网架、定位块、称重杆、称重传感器及支架等组成的自动称重模块的示意图。最后结合称重模块测得的数据,验证了称重模块的可行性。本文对SAW技术在细颗粒物称重方面应用的初步研究,将为我国未来在PM2.5野外检测仪器的研制打下一定的基础。

关键词：细颗粒物称重 SAW LabVIEW2014 STC89C52 卡尔曼滤波 Matlab

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