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    技術文章/ ARTICLE

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    電學電壓放大器基于靜電傳感器的人體室內定位研究的應用

    更新時間:2025-03-18      瀏覽次數:78

      實驗名稱:基于靜電傳感器的人體室內定位研究

      測試目的:設計并制作了一種能夠對人體運動進行檢測的靜電傳感器。靜電傳感器由感應電極與信號調理電路組成,調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。人體運動對空間中的電場造成擾動,根據靜電感應原理,電極表面的電荷發生重分布,產生變化的感應電荷信號,電荷放大器將電荷信號轉換為電壓信號,且電壓與感應電荷量成正比,然后經放大、濾波得到低噪聲的人體運動靜電信號,以此可獲取人體運動信息。

      測試設備:電壓放大器、電荷放大器、濾波器、采集卡等。


    靜電傳感器結構示意圖


      圖1:靜電傳感器結構示意圖

      實驗過程:

      靜電傳感器結構如圖1所示,由感應電極、調理電路板以及金屬屏蔽殼組成。感應電極電路板與調理電路板用排針連接,并放置于鋁制金屬屏蔽殼內。

      感應電極輸出的電荷信號是非常微弱的,且容易受到環境喋聲的干擾。為了從信號中提取有效的信息,且在傳輸、處理過程中不丟失信號特征,需要對微弱電荷信號進行放大和濾波。圖2為靜電傳感器信號調理電路組成框圖,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。調理電路的供電電壓為直流±2.5V。

      信號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,可實現多路靜電傳感器輸出信號的模擬/數字轉換,并可按照需要調整采樣頻率,供計算機軟件分析、處理。


    信號調理電路組成框圖


      圖2:信號調理電路組成框圖

      實驗結果:

      詳細介紹了靜電傳感器的設計、信號采集裝置的選型和系統定位軟件的設計。設計的靜電傳感器電極為圓形電極,通過靜電感應的方式獲得變化的感應電荷信號,并輸入調理電路板中。信號調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,調理電路將微弱的感應電荷信號轉化為電壓信號,經過放大、濾波后輸出。采集卡采集調理電路輸出的靜電信號,并將模擬信號轉化為數字信號后上傳至系統定位軟件,通過定位軟件可以進行靜電信號實時分析與人體位置的實時測算。

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