MEMS惯性传感器并行测试数据的采集系统设计与降噪处理方法.pdf

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1、硕士学位论文MEMS惯性传感器并行测试数据的采集系统设计与降噪处理方法ADESIGNOFACQUISITIONSYSTEMANDNOISEREDUCTIONMETHODFORMEMSINERTIALSENSORSPARALLELTESTDATA孙玮哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN492学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文MEMS惯性传感器并行测试数据的采集系统设计与降噪处理方法硕士研究生：孙玮导师：王常虹教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在

2、单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN492U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringADESIGNOFACQUISITIONSYSTEMANDNOISEREDUCTIONMETHODFORMEMSINERTIALSENSORSPARALLELTESTDATACandidate：WeiSunSupervisor：Prof.ChangHongWangAcademicDeg

3、reeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要MEMS惯性元件广泛应用于当今的工业、军工业以及消费电子行业，有着大量的市场需求。在MEMS元件大批量生

4、产的同时，如何提高其测试效率并控制测试成本，是当前研究的热点。本文为改进现有的单片MEMS测试系统，设计了一种并行MEMS测试数据采集方案。方案以硬件设计为主，同时，从硬件优化和算法设计两方面对系统采集到的MEMS信号进行降噪处理。本文首先介绍了并行测试系统结构的设计思路。以转台为测试载体，测试数据从MEMS输出后经过采集和传输两个步骤。数据采集使用8片8通道ADC实现多路模拟信号同步采集，由FPGA并行接收数据。数据传输跨越转台定转子，通过FPGA、USB2.0芯片和电滑环实现。本文还对包括数据采集

5、电路模拟元件的器件噪声和实际场景的MEMS实测信号进行了降噪处理。器件噪声主要包括电阻热噪声、元件1/f噪声、电源纹波噪声以及ADC的相位噪声、开关噪声和量化噪声等，对各类噪声进行了建模并给出了详细的数学模型表达式，从硬件设计角度和实际操作角度给出了降低噪声影响的建议和方法。为了对实际系统输出的MEMS信号进行除噪，本文还基于小波分析的基本原理，使用Mallat算法和阈值去噪方法完成了信号的去噪，得到了较为理想的结果。关键词：MEMS测试；并行采集；噪声建模；小波去噪-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论

6、文AbstractMEMSinertialelements,whichareextensivelyappliedinindustry,militaryindustryandconsumerelectronicsindustry,isofgreatmarketdemand.Thetestefficiencyimprovementandcostreductioninmanufactureprocessarebothcutting-edgetopics.ThispaperdesignsaparallelME

7、MStestdatacollectionschemetoimprovetheexistingsingle-chipMEMStestsystem.Theschemeismainlybasedonhardwaredesign,anddenoisethecollectedMEMSsignalfromtwoaspectsnamelyhardwareoptimizationandalgorithmdesign.Thispaperfirstintroducethedesignmethodofparalleltes

8、tsystemstructure.ThetestdataiscollectedandtransmittedafteroutputfromMEMS.Thedataiscollectedby88-channelADCstorealizemulti-channelanalogsignalsynchronousacquisition,andisreceivedviaFPGAinparallel.Thehighspeeddatatransmissionamongs