应用于液压泵的MEMS复合传感器+的建模研究
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目录
学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 ................................................................. I 摘 要........................................................................................................................................II ABSTRACT ............................................................................................................................. III 目 录........................................................................................................................................ IV 插图索引.................................................................................................................................. VI 附表索引 .................................................................................................................................VII 第 1 章 绪论............................................................................................................................ 1
Supervisor Professor Jinmin Senior Engineer Wuzhiyong
Dec, 2014
工程硕士学位论文
湖南大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
工程硕士学位论文
应用于液压泵的 MEMS 复合传感器 的建模研究
学位申请人姓名
刘继华
培养单位
信息科学与工程学院
导师姓名及职称 金敏（教授） 吴智勇（高级工程师）
学科专业
软件工程
研究方向
嵌入式系统应用
Modeling Research of MEMS Integrated Sensor Applied to Hydraulic Pump
Key Words: MEMS Integrated Sensor; modeling and simulation; Support Vertor Mechine; temperature compensation; fault diagnosis
III
应用于液压泵的 MEMS 复合传感器的建模研究
关键字： MEMS复合传感器；建模与仿真；支持向量机；温度补偿；故障诊断
II
工程硕士学位论文
Abstract
With the development of MEMS technology, the industry related to micro-sensor has been growing constantly. Meanwhile, the integrated sensor is more demanding than ever before, and one of them is the integrated multifunction sensor. Nevertheless, due to the introduction of MEMS technology, the design rules of sensor has been changed, which include the acquisition rules of micro mechanical stress, the rules of small capacitance measurement, temperature drift, the relationship between micro mechanical displacement and natural frequency, the order of noise effect and the final noise bottom line etc. All these problems may cause the difference between the MEMS sensors’ device index and application requirements, which should be solved during the research of MEMS sensor technology.
by Liu Jihuan B.E.( Hunan University )2010 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in the College of Computer Science and Electronic Engineering in the School of Hunan University
In the field of engineering machinery, a kind of integrated compound sensor is needed to measure the pressure, viscosity and flow at the same point of the hydraulic pump. With this point, this paper aims to conduct in-depth study of modeling of integrated sensor.
1.1 课题来源.......................................................................................................................... 1 1.2 研究背景及意义.............................................................................................................. 1 1.3 研究现状.......................................................................................................................... 1
为了得到传感器较为理想的设计参数，本文采用VHDL-AMS语言进行了混合信号系 统的建模，对多耦合场景进行了分析，并采用了商用软件Simplorer进行了仿真，以优化 其设计参数，得到系统设计方案。
复合传感器的测试、温度补偿以及故障诊断是制约复合传感器精度的一个重要因 素，本文采用支持向量机（SVM）的黑盒建模方式，设计了温度补偿和故障诊断的算法。 实验表明，本算法能提高温度补偿精度，降低标定成本，为该类型的传感器后期的标定 和测试提供了一种通用方案。
In order to get the ideal design parameter of sensor, the paper adopts VHDL-AMS language to conduct the mixed-signals modeling as well as the multi-field couplings analysis. And the commercial software is also used for simulation to optimize the design parameter and get the ideal system design scheme.
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
在工程机械领域中，对液压泵的往往需要测量同一点的压力，粘度和流量，这就需 要一种集成式的复合传感器。本文以该类型的传感器为切入点，对复合传感器器的建模 进行了深入研究。
针对复合传感器的设计初期，本文采用机理建模的方式，结合工程力学和流体力学 知识，得到传感器的数学模型，并依据测量原理设计了测量电路，为后期的仿真和生产 制造提供方案。
Based on the initial design of integrated sensor, the paper adopts the mechanism modeling method, engineering mechanics and hydromechanics to get the mathematical model of sensor; designs the measuring circuit according to the measurement principle and offers solution for the following simulation and production.
本学位论文属于
1、保密□，在______年解密后适用本授权书。
2、不保密。 （请在以上相应方框内打“√”）
作者签名： 导师签名：
日 期： 日 期：
年月日 年月日
I
应用于液压泵的 MEMS 复合传感器的建模研究
摘要
随着MEMS技术的不断发展，微传感器产业得到了快速的发展壮大。同时，人们对 集成传感器的要求也越来越高，集成式多功能传感器也成了一种不断增长的需求。而事 实上由于MEMS技术引入，传感器的相应设计规则也发生了变化。这其中包括：微机械 应力的获取规则、微小电容检测的规则、温度漂移的引入规则、微机械位移和固有频率 的关系、噪声作用的顺序、最终噪声底线等。这些问题导致制造出来的MEMS传感器器 件指标总是与应用需求有一些差距，需要在研发MEMS传感器技术的同时逐步加以解 决。
Aiming at the integrated sensor measurement, temperature compensation and fault diagnosis, the paper adopts the black-box modeling method of Support Vertor Mechine to design the algorithm of temperature compensation and fault diagnosis. Finally, the paper conducts the experiment based on the algorithm of temperature compensation and fault diagnosis to verify the validity and feasibility of the algorithm and provide a general solution for the standardization and measurement of this kind of integrated sensor.
学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 ................................................................. I 摘 要........................................................................................................................................II ABSTRACT ............................................................................................................................. III 目 录........................................................................................................................................ IV 插图索引.................................................................................................................................. VI 附表索引 .................................................................................................................................VII 第 1 章 绪论............................................................................................................................ 1
Supervisor Professor Jinmin Senior Engineer Wuzhiyong
Dec, 2014
工程硕士学位论文
湖南大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
工程硕士学位论文
应用于液压泵的 MEMS 复合传感器 的建模研究
学位申请人姓名
刘继华
培养单位
信息科学与工程学院
导师姓名及职称 金敏（教授） 吴智勇（高级工程师）
学科专业
软件工程
研究方向
嵌入式系统应用
Modeling Research of MEMS Integrated Sensor Applied to Hydraulic Pump
Key Words: MEMS Integrated Sensor; modeling and simulation; Support Vertor Mechine; temperature compensation; fault diagnosis
III
应用于液压泵的 MEMS 复合传感器的建模研究
关键字： MEMS复合传感器；建模与仿真；支持向量机；温度补偿；故障诊断
II
工程硕士学位论文
Abstract
With the development of MEMS technology, the industry related to micro-sensor has been growing constantly. Meanwhile, the integrated sensor is more demanding than ever before, and one of them is the integrated multifunction sensor. Nevertheless, due to the introduction of MEMS technology, the design rules of sensor has been changed, which include the acquisition rules of micro mechanical stress, the rules of small capacitance measurement, temperature drift, the relationship between micro mechanical displacement and natural frequency, the order of noise effect and the final noise bottom line etc. All these problems may cause the difference between the MEMS sensors’ device index and application requirements, which should be solved during the research of MEMS sensor technology.
by Liu Jihuan B.E.( Hunan University )2010 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in the College of Computer Science and Electronic Engineering in the School of Hunan University
In the field of engineering machinery, a kind of integrated compound sensor is needed to measure the pressure, viscosity and flow at the same point of the hydraulic pump. With this point, this paper aims to conduct in-depth study of modeling of integrated sensor.
1.1 课题来源.......................................................................................................................... 1 1.2 研究背景及意义.............................................................................................................. 1 1.3 研究现状.......................................................................................................................... 1
为了得到传感器较为理想的设计参数，本文采用VHDL-AMS语言进行了混合信号系 统的建模，对多耦合场景进行了分析，并采用了商用软件Simplorer进行了仿真，以优化 其设计参数，得到系统设计方案。
复合传感器的测试、温度补偿以及故障诊断是制约复合传感器精度的一个重要因 素，本文采用支持向量机（SVM）的黑盒建模方式，设计了温度补偿和故障诊断的算法。 实验表明，本算法能提高温度补偿精度，降低标定成本，为该类型的传感器后期的标定 和测试提供了一种通用方案。
In order to get the ideal design parameter of sensor, the paper adopts VHDL-AMS language to conduct the mixed-signals modeling as well as the multi-field couplings analysis. And the commercial software is also used for simulation to optimize the design parameter and get the ideal system design scheme.
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
在工程机械领域中，对液压泵的往往需要测量同一点的压力，粘度和流量，这就需 要一种集成式的复合传感器。本文以该类型的传感器为切入点，对复合传感器器的建模 进行了深入研究。
针对复合传感器的设计初期，本文采用机理建模的方式，结合工程力学和流体力学 知识，得到传感器的数学模型，并依据测量原理设计了测量电路，为后期的仿真和生产 制造提供方案。
Based on the initial design of integrated sensor, the paper adopts the mechanism modeling method, engineering mechanics and hydromechanics to get the mathematical model of sensor; designs the measuring circuit according to the measurement principle and offers solution for the following simulation and production.
本学位论文属于
1、保密□，在______年解密后适用本授权书。
2、不保密。 （请在以上相应方框内打“√”）
作者签名： 导师签名：
日 期： 日 期：
年月日 年月日
I
应用于液压泵的 MEMS 复合传感器的建模研究
摘要
随着MEMS技术的不断发展，微传感器产业得到了快速的发展壮大。同时，人们对 集成传感器的要求也越来越高，集成式多功能传感器也成了一种不断增长的需求。而事 实上由于MEMS技术引入，传感器的相应设计规则也发生了变化。这其中包括：微机械 应力的获取规则、微小电容检测的规则、温度漂移的引入规则、微机械位移和固有频率 的关系、噪声作用的顺序、最终噪声底线等。这些问题导致制造出来的MEMS传感器器 件指标总是与应用需求有一些差距，需要在研发MEMS传感器技术的同时逐步加以解 决。
Aiming at the integrated sensor measurement, temperature compensation and fault diagnosis, the paper adopts the black-box modeling method of Support Vertor Mechine to design the algorithm of temperature compensation and fault diagnosis. Finally, the paper conducts the experiment based on the algorithm of temperature compensation and fault diagnosis to verify the validity and feasibility of the algorithm and provide a general solution for the standardization and measurement of this kind of integrated sensor.