MEMS高温温度传感器的研制和测量精度研究

智能航空发动机及其他机械系统的智能化需要原位集成制造的传感器,为此制作了发动机涡轮叶片原位集成高温温度传感器,该高温温度传感器采用MEMS微制造工艺将厚度在微米量级的微小传感器原位集成在航空发动机涡轮叶片表面,利用微技术制造的传感器和标准的热电偶进行了一系列的高温温度试验和一系列细致的高温温度表征测量研究。该微制造工艺攻克了两项技术难关：曲面表面的光刻技术和高温绝缘层的制作技术。涡轮叶片表面原位集成的微传感器不仅可以原位测量高达800C的环境温度,并且具有很高的机械强度,可以承受高达40g的振动和100g的冲力。研究还表明,在高温测量的环境下,高温温度的测量精度和高温环境的温度场（高温温度的空间分布与升温时间迟豫）密切相关。由于高温环境温度场的差异,可以产生高达10%的测量本征误差。     

涡轮叶片辐照晶体测温安装方式建模及仿真

针对辐照晶体传感器测量复杂工况条件下涡轮叶片表面温度时的安装问题，仿真分析了晶体温度传感器在涡轮叶片上的2种安装方式。选取航空发动机涡轮叶片吸力面的缘板处、叶片尾缘处和气膜孔背面3个位置，模化辐照晶体传感器在涡轮叶片工况下的安装条件，采用表面粘贴和开槽封胶2种安装方式建模，导入ANSYS Workbench进行流-固耦合有限元仿真，分析高温胶和辐照晶体在复杂工况下的应力、变形和温度等特性。结果表明，表面粘贴式安装的晶体传感器温度更高，但高温胶和晶体传感器所受应力远大于开槽封胶式安装所受应力，由此可知表面粘贴式安装的测温精度更高，但其牢固性不如开槽封胶式安装。研究结果可为采用辐照晶体测量航空发动机涡轮叶片温度的试验测试提供基础支撑。     

高温薄膜热电偶典型制备工艺研究现状分析

随着航空航天飞行器性能的不断提升,对温度传感器的要求不断提高,不断趋向于更高温度、更快响应、更小体积。薄膜热电偶因具有响应速度快、热接点小、便于集成等优点,非常适用于航空发动机涡轮叶片、燃烧室内壁、高温燃气进出口、高超声速飞行器表面等极端高温环境下的瞬态温度测量。对于薄膜热电偶来说,它的制备工艺显得尤为重要,因此分别从溅射工艺参数和热处理工艺参数两方面对薄膜热电偶的研究现状进行了汇总介绍和分析。     

航空发动机高温测试技术的研究进展

温度测试对于航空发动机设计与研制有极其重要的意义.航空发动机高温测试技术主要应用于热端部件高温燃气与壁面温度的测量,对于发动机燃气涡轮设计和了解燃烧室中的燃烧过程具有重要意义.主要介绍了热电偶测温、示温漆测温、红外光谱测温、晶体测温、蓝宝石光纤测温、超声波测温等目前航空发动机高温测试的方法及特点,对航空发动机高温测量方法的应用现状进行了分析,并对航空发动机高温测试技术的发展趋势进行了预测.     

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。本文设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO2/Al2O3热阻层、顶层Al2O3保护层组成,底层SiO2/Al2O3热阻层位于Al2O3陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0-110 kW/m2的热流和1000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10?6 V/(kW/m2),实验数据与仿真结果相近。具有Al2O3保护层的传感器在1000℃中保温3小时后电阻、灵敏度及响应特性基本上不受影响。设计的新型高温薄膜热流传感器具有较高的灵敏度和可靠性,将为高温环境中的热流测量提供一种新方法。     

压气机转子叶片表面温度测试

介绍了一种应用于航空发动机旋转件表面的温度测量方法,即使用测温片完成某航空发动机压气机转子叶片的稳态温度测试.试验结果表明,传感器安装及引线可靠,且具有较高的测量精度.该方法可推广应用到其他相关领域.     

陶瓷基底薄膜热电偶的研究现状及发展趋势

随着航空发动机推重比的不断提升,发动机热端部件的工作温度也不断提高,对高温测量也提出了更高的要求.未来航空发动机将采用陶瓷基底复合材料制造叶片,因此以陶瓷为基底的高温薄膜热电偶成为当前的研究热点.介绍了国内外陶瓷基底高温薄膜热电偶的研究现状以及工艺参数对薄膜制备过程的影响,并指出其存在的问题,最后对高温薄膜热电偶的发展...     

整体式耐高温振动传感器的研究

介绍了航空发动机用整体式耐高温振动传感器的设计要点，制造工艺和性能指标，这种传感器适用于航空发动机地面试验时的振动测量和空中运行时的振动监视。     

PLM在航空发动机制造企业的实施策略研究

航空发动机的设计和制造是一项非常复杂的工程,涉及大量的信息系统.将PLM技术引入到航空发动机的生产,对于改进现有工艺和流程并全面提高制造水平具有重要意义.本文以黎明公司为例,从设计/制造协同、工艺管理、工作流程、标准化和集成等方面分析了航空发动机制造企业实施PLM的对策……     

航空发动机叶片激光冲击强化技术的研究

介绍了激光冲击强化航空发动机风扇叶片的国内外研究进展情况。激光冲击强化处理是近年出现的表面改性新工艺,其效果优于传统表面改性技术(如喷丸)。通过在航空发动机叶片表面引入残余压应力,激光冲击强化可以大幅度提高叶片的疲劳寿命。激光冲击强化近年的研究,形成了多学科并存的制备技术体系,开发了一系列新的设备和技术,并很快进入了实际应用。制定正确的工艺规程、探索精确控制激光冲击强化的方法,以及结合现代高新技术,引进交叉学科,是今后的发展方向。     

基于MSP430F448的压力智能变送器的设计与实现

针对硅压阻式传感器输出信号的非线性和温度失调,提出了以仪用嵌入式微处理器MSP430F448为核心,利用神经网络进行非线性补偿的智能压力变送器的设计方案。文章描述了智能压力变送器的系统架构,着重阐述了对压阻式传感器输出信号智能补偿的原理。测试结果表明经补偿后的模拟输出有良好的线性特性,变送器的输出精度达到了0.72%。     

Temperature compensation of micromachined silicon hot wire sensor using ANN technique

Temperature is one of the most important factors influencing accurate silicon sensor devices and is one of the largest sources of error in measurement. In this paper, a model based on Neural Networks (NN), has been implemented to generate fluid velocity data, knowing fluid temperature measurements. The proposed model based on neural networks can provide the calibrated response characteristics irrespective of change in the sensor characteristics due to change in ambient temperature. The NN-based sensor model automatically calibrates and compensates with high accuracy for the nonlinear response characteristics and nonlinear dependency of the sensor characteristics on the environmental parameters. Through extensive simulated experiments, we have shown that the NN-based silicon hot wire sensor model can provide flow speed readout with a maximum full-scale error of only 1.5% over a temperature range from 0 to 40°C for nonlinear dependencies.     

钢板表面缺陷在线视觉检测系统研究

本文设计了一套智能无损检测系统以实现对钢板表面缺陷的在线检测.检测系统由新型LED光源,明暗域结合成像光学系统、高速高分辨率线阵CCD器件、FPGA嵌入式处理系统和缺陷自动分类子系统等组成.系统对钢板表面的气泡、夹杂、结疤、划伤和压痕等主要缺陷进行无损检测,并基于Bayes决策理论,实现缺陷的自动分类功能.本系统在实验室检测指标为:宽度最大为1 800 mm,运行速度不大于1.5 m/s,振动幅度小于1 mm,横纵向检测分辨率为0.8 mm×0.8 mm,尺寸检测误差不大于1 mm.     

Error sources on the land surface temperature retrieved from thermal infrared single channel remote sensing data

In this paper, a theoretical study complementary to others given in the literature about the errors committed on the land surface temperature retrieved from the radiative transfer equation in the thermal infrared region by remote sensing techniques has been analysed. For this purpose, the MODTRAN 3.5 code has been used in order to simulate different conditions and evaluate the influence of several parameters on the land surface temperature accuracy: atmospheric correction, noise of the sensor, land surface emissivity, aerosols and other gaseous absorbers, angular effects, wavelength uncertainty, full‐width half‐maximum of the sensor and band‐pass effects. The results show that the most important error source is due to atmospheric effects, which leads to an error on surface temperature between 0.2 K and 0.7 K, and land surface emissivity uncertainty, which leads to an error on surface temperature between 0.2 and 0.4 K. Hence, assuming typical uncertainties for remote sensing measurements, a total error for land surface temperature between 0.3 K and 0.8 K has been found, so it is difficult to achieve an accuracy lower than these values unless more accurate in situ values for emissivity and atmospheric parameters are available.     

基于Harris-SUSAN算法的发动机叶片裂纹检测系统设计

目前设计的发动机叶片裂纹检测系统存在裂纹感应电压能力差的问题,导致缺陷信号峰值检测结果误差较大,为此提出基于Harris-SUSAN算法设计一种新的发动机叶片裂纹检测系统。利用传感器中高灵敏度的二轴霍尼韦尔各向异性磁阻(AMR)元件,分析水平与垂直方向范围内的磁场分布与变化情况,设计传感器,选择旋转电磁激励台实现激励台的旋转磁化。引用Harris-SUSAN算法设定检测程序,计算兴趣值确定最优点,比较磁场强度,检测发动机叶片裂纹。实验结果表明,基于Harris-SUSAN算法的发动机叶片裂纹检测系统能够有效提高裂纹感应电压能力,增强缺陷信号峰值检测结果检测准确率。     

基于光电复合传感器的重金属原位监测系统嵌入式软件设计

针对水环境重金属监测仪器,设计了一种智能化嵌入式软件。该仪器采用光电复合传感器芯片,包括微阵列电化学传感器和光电位寻址传感器。仪器设计了可靠稳定的通信机制与上位机进行人机交互,仪器具有智能化自检功能,能够及时反馈传感器的故障信息。在检测过程中具有自动量程功能,能够最大发挥硬件优势,同时具有误差补偿和电路异常的检测机制。仪器具有高稳定性、自动化检测的特点,并完成了在野外无人值守的条件下的检测任务。     

Modeling errors for dimensional inspection using active vision

In active vision inspection, errors in dimensional measurements are often due to displacement of the sensor and image digitization effects. Using a model of error in linear measurements based on a normally distributed sensor displacement, uniform image digitization and geometric approximation, the accuracy of measurements from a particular sensor setting can be assessed. In comparison with experimental measurements, this error model demonstrates a high predictive ability. Related experiments demonstrate a procedure for assessing the accuracy of sensor settings providing insight into what sensor settings lead to lower measurement variances and thus higher measurement reliability.     

基于光电复合传感器的重金属监测系统嵌入式软件设计?

针对水环境重金属监测仪器,设计了一种智能化嵌入式软件。该仪器采用光电复合传感器芯片,包括微阵列电化学传感器和光电位寻址传感器。仪器设计了可靠稳定的通信机制与上位机进行人机交互,仪器具有智能化自检功能,能够及时反馈传感器的故障信息。在检测过程中具有自动量程功能,能够最大发挥硬件优势,同时具有误差补偿和电路异常的检测机制。仪器具有高稳定性、自动化检测的特点,并完成了在野外无人值守条件下的检测任务。     

MEMS陀螺仪在恶劣高温环境下提供准确的惯性检测

越来越多的应用需要从处于高温环境中的传感器收集数据。相比同等的分立式传感器,MEMS通常更小巧,功耗和成本都更低。此外,它们还可以在同样大小的半导体封装内集成信号调理电路。除了可以提供高精度倾斜(倾角)测量,还需要更加灵活和自由,以准确测量系统在严苛环境应用下的移动,在这些环境下,最终产品可能遭受冲击、振动和剧烈移动。这种类型的滥用会导致系统过度磨损和提前出现故障,由此产生高额的维护或停机成本。为了满足这一需求,开发了一款集成信号调理功能的高温MEMS陀螺仪,此传感器即使在冲击和振动环境下也能实现准确的角速率(转速)测量,且额定工作温度高达175℃。     

嵌入式机房多功能模块智能监控系统设计

为充分提高嵌入式机房运维能力,及时排除异常情况,提出嵌入式机房多功能模块智能监控系统。设计信号采集层、数据传输层、后台监控层的多层架构模式。硬件结构设计用户登录模块、传感器运行模块、数据记录模块和监控显示模块,四个功能模块在多层架构下工作。软件部分通过数据传输程序连接终端设备与云计算中心,利用数据处理程序完成功能模块参数设置,完成嵌入式机房运行数据自动监控。实验结果表明,所设计系统数据采集精度高,可以实时响应接入设备,及时获取预警信息,实现嵌入式机房自动智能监控。