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

　　實驗名稱：基于靜電傳感器的人體室內(nèi)定位研究

　　測試目的：設(shè)計并制作了一種能夠?qū)θ梭w運動進行檢測的靜電傳感器。靜電傳感器由感應(yīng)電極與信號調(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。人體運動對空間中的電場造成擾動，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，電荷放大器將電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，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動靜電信號，以此可獲取人體運動信息。

　　測試設(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

　　實驗過程：

　　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是非常微弱的，且容易受到環(huán)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(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(xiàn)多路靜電傳感器輸出信號的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并可按照需要調(diào)整采樣頻率，供計算機軟件分析、處理。

　　圖2：信號調(diào)理電路組成框圖

　　實驗結(jié)果：

　　詳細介紹了靜電傳感器的設(shè)計、信號采集裝置的選型和系統(tǒng)定位軟件的設(shè)計。設(shè)計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，并輸入調(diào)理電路板中。信號調(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)電荷信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，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，并將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后上傳至系統(tǒng)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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