基于三维界面应力传感器的微电容阵列测量方法的研究与实现-仪器仪表工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 （必威体育官网网址的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于必威体育官网网址，在 年解密后适用本授权书。 本人签字： 导师签字： 日期 日期 摘 要 截肢表面与假肢接口之间的应力分布以及足底应力分布对医学研究有重大意 义。为了测量这两种界面应力，利用平板电容和 PDMS 超弹塑性材料研发了能够 同时测量正压力和剪切力的界面应力传感器，该传感器为微电容传感器，其电容 输出值为 pF 级别，其变化量将达到 fF 级别，所以设计研发分辨率能够达到 fF 级 别的微电容测量电路显得尤为重要。 本文基于 AD7142-1 设计和实现了用于三维界面应力传感器的微电容测量电 路，该测量电路能够测量 20pF-1fF 范围内微电容，最大分辨率达到 4fF。同时设计 和实现了微电容阵列测量电路，可实现对 8×8 路微电容阵列的实时测量。该系统 主要分为硬件测量电路以及上位机显示两部分，可以完成对微电容阵列的测量以 及与上位机显示的通信。微电容采用的是平板电容式的传感器，对其施加外力所 引起的电容变化量经过 AD7142-1 转化为相应的数字量通过 I2C 串行通信总线口输 出，MSP430G2553 单片机对输出的电容变化量进行处理，并通过串口总线与上位 机通信，在 LabVIEW 界面显示电容阵列的变化分布。 本课题对微电容及其阵列的测量提供了解决方案，具有一定的现实意义。 关键词：微电容阵列 微电容测量 界面应力传感器 Abstract The interfacial stress distribution between residual limb and prosthetic socket is very important for medical research．In order to measure both the interfacial stress, interfacial stress sensor have been developed by using plate capacitors and PDMS super-elastic-plastic material and it can able to simultaneously measure pressure and shear forces. The sensor is a micro-capacitance sensor, its output value is pF level and the changes will reach fF level, so the design and development of a resolution to achieve the level of fF micro-capacitance measurement circuit is particularly important. Micro-capacitance measuring circuit based on the AD7142-1 is designed and implemented for three-dimensional interface stress sensor，the measurement circuit is capable of measuring the micro-capacitance within the range of 20pF-1fF, the maximum resolution of 4fF. Also micro-capacitor array measuring