電學(xué)電壓放大器基于靜電傳感器的人體室內(nèi)定位研究的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱:基于靜電傳感器的人體室內(nèi)定位研究
測(cè)試目的:設(shè)計(jì)并制作了一種能夠?qū)θ梭w運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)的靜電傳感器,。靜電傳感器由感應(yīng)電極與信號(hào)調(diào)理電路組成,,調(diào)理電路包括電荷放大器,、電壓放大器,、截止頻率為30Hz的低通濾波器以及陷波頻率為50Hz的陷波濾波器,。人體運(yùn)動(dòng)對(duì)空間中的電場(chǎng)造成擾動(dòng),,根據(jù)靜電感應(yīng)原理,電極表面的電荷發(fā)生重分布,,產(chǎn)生變化的感應(yīng)電荷信號(hào),,電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),且電壓與感應(yīng)電荷量成正比,,然后經(jīng)放大,、濾波得到低噪聲的人體運(yùn)動(dòng)靜電信號(hào),以此可獲取人體運(yùn)動(dòng)信息,。
測(cè)試設(shè)備:電壓放大器、電荷放大器,、濾波器,、采集卡等。

圖1:靜電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
實(shí)驗(yàn)過程:
靜電傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示,,由感應(yīng)電極,、調(diào)理電路板以及金屬屏蔽殼組成。感應(yīng)電極電路板與調(diào)理電路板用排針連接,,并放置于鋁制金屬屏蔽殼內(nèi),。
感應(yīng)電極輸出的電荷信號(hào)是非常微弱的,且容易受到環(huán)境喋聲的干擾,。為了從信號(hào)中提取有效的信息,,且在傳輸、處理過程中不丟失信號(hào)特征,,需要對(duì)微弱電荷信號(hào)進(jìn)行放大和濾波,。圖2為靜電傳感器信號(hào)調(diào)理電路組成框圖,包括電荷放大器,、電壓放大器,、低通濾波器以及雙工型陷波濾波器四部分。調(diào)理電路的供電電壓為直流±2.5V,。
信號(hào)采集裝置所使用的采集卡,,具有8路輸入通道,、48kS/s采樣率以及14位分辨率,可實(shí)現(xiàn)多路靜電傳感器輸出信號(hào)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換,,并可按照需要調(diào)整采樣頻率,,供計(jì)算機(jī)軟件分析、處理,。

圖2:信號(hào)調(diào)理電路組成框圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
詳細(xì)介紹了靜電傳感器的設(shè)計(jì),、信號(hào)采集裝置的選型和系統(tǒng)定位軟件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的靜電傳感器電極為圓形電極,,通過靜電感應(yīng)的方式獲得變化的感應(yīng)電荷信號(hào),,并輸入調(diào)理電路板中。信號(hào)調(diào)理電路包括電荷放大器,、電壓放大器,、截止頻率為30Hz的低通濾波器以及陷波頻率為50Hz的雙T型陷波濾波器,調(diào)理電路將微弱的感應(yīng)電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),,經(jīng)過放大,、濾波后輸出。采集卡采集調(diào)理電路輸出的靜電信號(hào),,并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后上傳至系統(tǒng)定位軟件,,通過定位軟件可以進(jìn)行靜電信號(hào)實(shí)時(shí)分析與人體位置的實(shí)時(shí)測(cè)算。
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圖:ATA-214高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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