在許多應(yīng)用中，微機(jī)操作已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，特別是納微米定位系統(tǒng)，需要傳感器對(duì)微力和位移信息進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前，微位移檢測(cè)有很多原理，如光學(xué)、磁學(xué)、電感、電容、壓電，但是這兩種方法都不方便機(jī)器人獲得多維力和位移信息。在對(duì)多維傳感結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院合肥智能研究所機(jī)器人傳感實(shí)驗(yàn)室在單片機(jī)上進(jìn)行了大量新的改進(jìn)，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(shí)現(xiàn)力、位移的高精度測(cè)量。本文主要從微機(jī)的應(yīng)用角度出發(fā)，希望能對(duì)提高傳感器的集成度、分辨率、穩(wěn)定性以及人機(jī)交互能力作出一定貢獻(xiàn)。
微位移傳感器結(jié)構(gòu)主要借鑒了實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人多維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并采用了雙E膜結(jié)構(gòu)。第一，利用改進(jìn)的二維力敏元件對(duì)目標(biāo)進(jìn)行X、Y兩維力信息的檢測(cè)，并將其轉(zhuǎn)化為平面位移信息。并根據(jù)機(jī)器人六維力感應(yīng)器對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。
單片機(jī)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(hào)多路切換、信號(hào)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(hào)校正及UART通訊。對(duì)微位移傳感器進(jìn)行了介紹。
研究表明，輸入緩沖器能減少ADC測(cè)量時(shí)發(fā)生偏移的可能性。它應(yīng)當(dāng)在輸入信號(hào)特征被允許時(shí)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(wú)緩沖。啟動(dòng)緩沖時(shí)，通常阻抗為10Gω。減小輸入電壓范圍，模擬電源電流上升。實(shí)驗(yàn)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(wú)明顯變化。
數(shù)字濾波器分為三種類型：sinc2、sinc3和自動(dòng)模式。在輸入通道或PGA改變之后，自動(dòng)模式會(huì)使sinc濾波器變?yōu)樽詈玫倪x擇。當(dāng)你進(jìn)入一個(gè)新的通道，你可以在接下來(lái)的兩個(gè)轉(zhuǎn)換中使用快速建立濾波器，并且你應(yīng)該放棄第一個(gè)轉(zhuǎn)換。用sinc2。隨后，通過(guò)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(diǎn)和快速恢復(fù)時(shí)間濾波的優(yōu)點(diǎn)。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(huì)花費(fèi)一定的時(shí)間來(lái)表達(dá)新的輸入。需要的時(shí)間取決于濾光片的類型。sinc2通常表示兩個(gè)循環(huán)的數(shù)據(jù)輸出時(shí)間，sinc3表示三個(gè)循環(huán)的數(shù)據(jù)輸出時(shí)間，以及其他循環(huán)的數(shù)據(jù)輸出時(shí)間。一般而言，如果使用sinc3濾波器，在輸入通道改變時(shí)，第一采樣輸出的三個(gè)數(shù)據(jù)不能用，應(yīng)放棄，只使用第四輸出數(shù)據(jù)。
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