测量压电式微压传感器灵敏度的新方法

研制了一套压电微压传感器的性能测量系统,它采用均匀声腔硅油介质中传播的声波作为压力源,标准传感器和被测传感器同时接收波动声压,比较两传感器的输出,测定被测传感器的灵敏度及频响.实验测试了3只压电式微压传感器,结果表明:传感器的灵敏度平均为3.0 mV/Pa,工作频率为20～2 000 Hz,灵敏度随频率波动小于0.5 mV/Pa,灵敏度重复偏差小于0.24 mV/Pa.     

梯形变截面悬臂梁式微质量传感器设计与分析

针对微小集中质量测量问题,提出并制备了一种梯形变截面悬臂梁式微质量传感器,建立了梯形变截面悬臂梁式微质量传感器的振动分析模型。采用有限元方法求解其振动控制方程,获得了微质量传感器的灵敏度。仿真分析结果表明,相对于等截面矩形悬臂梁式微质量传感器,单层压电和双层压电结构的变截面悬臂梁传感器的灵敏度分别提高了127.00%和263.00%。采用线切割工艺,加工制备了单压电层梯形变截面结构的微质量传感器并对传感器进行了实验测试,在误差允许范围内,仿真结果与实验结果基本一致,验证了采用梯形变截面悬臂梁式结构可以有效的提高传感器的灵敏度。     

基于脉冲占空比调节灵敏度的光电开关传感器

调整光电开关传感器的检测距离可通过调节其灵敏度来实现。该研究讨论了脉冲占空比对红外光电开关传感器灵敏度的影响,提出了基于脉冲占空比调节红外光电开关传感器灵敏度的技术方法。以连续周期矩形脉冲信号为例进行了傅里叶级数展开,得到了直流电压分量和倍频信号电压幅值与占空比的正弦函数关系,并仿真分析了占空比与基频信号电压幅值的相关性,实验测量了占空比对传感器相对灵敏度影响的关系曲线。结果证明,在不改变矩形脉冲电压幅度和频率的情况下,通过调节占空比δ可以改变传感器的灵敏度。即当0<δ<50％时,灵敏度随δ增大而增大;当δ＝50％时,灵敏度最大;当50％<δ<100％时,灵敏度随δ增大而减小。在红外光电开关传感器上应用该技术方法,实现了利用软件控制占空比来调节传感器的检测距离。     

反射强度调制式光纤声音传感器优化设计与研究

反射强度调制式光纤声音传感器具有结构简单、灵敏度高、抗电磁场和射频干扰等优点。对反射式光纤声音传感器膜片的振动特性进行了理论推导和有限元分析,得出振动膜片几何参数和振动特性之间的关系及其膜片的设计方法。设计了结构简单的传感器探头,并以1310 nm波长的激光器为光源研制了光纤声音传感器。对所研制的光纤声音传感器进行了实验研究,实验测得传感器的频响为350 Hz~7.5 kHz;灵敏度为416.7mV/Pa。     

MEMS粗真空传感器研制

设计了硅基MEMS粗真空传感器及其工艺流程,分析了 MEMS粗真空传感器的工作原理和过程,制作了MEMS粗真空传感器,并对其真空敏感特性和温度交叉敏感特性进行了实验研究.研究结果表明:采用恒压源供电时,制作的MEMS真空传感器灵敏度高达0.55μV/Pa,同时,具有很好的线性度和重复性.     

微型热膜传感器的水下壁面剪应力标定研究

针对水下壁面剪应力的测量需求,建立了恒流模式下微型热膜传感器的剪应力测量与标定的数学模型,设计采用了扁薄矩形水槽剪应力发生装置,并在0 ～5 Pa范围内对传感器进行了测量标定实验.实验结果验证了测量与标定模型的正确性,标定实验的确定系数均超过了0.995,均方差保持在10-4量级,呈现良好的重复性与一致性,为水下壁面剪应力的测量应用奠定了重要基础.     

白光干涉型F􀀁P 光纤传感器结构参数研究

在腔长的允许变化范围内，根据被测结构所承受的最大正负应变确定出白光干涉型F—P光纤传感器的初始腔长，又根据灵敏度和初始腔长与标距的关系，分别确定出温度和应变传感器的标距，并根据标距、灵敏度、测试量程三者之间的关系，得出结论：标距越大则灵敏度越高，测试量程越小，反之亦然。为了验证理论分析结果，采用标距分别为6mm、8mm、10mm的应变传感器进行实验，实验结果和理论分析基本吻合。     

一种基于感声波纹结构的光学式声传感器

设计了一种基于硅MEMS敏感结构的光学式声传感器,其光学调制原理采用强度调制型,微敏感结构采用具有低应力波纹结构的感声薄膜芯片。对光纤与微敏感结构耦合技术进行实验研究,优化光学参数,并制作传感器样品。经实验测试,灵敏度达80mV/Pa。     

海洋电导率传感器动态标定方法研究

针对海洋电导率传感器动态响应特性测试需求，使用水文传感器时间常数测量装置对典型海洋电导率传感器进行了测试。通过实验，分析得到时间常数特性，总结提出动态标定方法，并全面准确地进行了测量不确定度评定。结果表明：时间常数与电导率阶跃大小无关，与运动速度符合特定函数关系，因此可以选择比较稳定的8 mS/cm～12 mS/cm中的任一点作为电导率阶跃标定点，用运动速度与时间常数的函数关系作为动态标定结果；各速度点时间常数测量结果的相对扩展不确定度优于7.4%,小于其最大允许误差±10%。     

基于打印聚合物薄膜技术的NH_3传感器

研究了一种新型的采用打印技术的NH3传感器,探讨了打印"墨水"材料聚苯胺和聚吡咯的制备和"墨水"掺酸比例对NH3传感器敏感度的影响。为了提高传感器灵敏度,分别对传感器的直流和交流阻抗特性进行了研究。结果发现在1.5 kHz左右交流阻抗的测试条件下,传感器灵敏度要较直流阻抗测试高近1个数量级。此外还通过构建1个交流阻抗拟合模型对传感器交流阻抗变化过程作了解释。研究的采用打印技术基于聚合物的NH3传感器具有成本低,可以制作在柔性衬底上和适合大规模生产等特点,在食品加工、养殖业和医疗等领域具有广泛的应用前景。     

闭合磁路的磁弹索力传感器优化及实验研究

针对目前已经工程应用的磁弹索力传感器的磁路结构、工作点及激励信号等设计的不足,从铁磁性材料的磁特性出发,结合基于磁弹效应的索力测量原理,设计并制作了单“U”型磁轭的闭合磁路磁弹索力传感器,确定了激励信号的幅值、频率及传感器工作点。实验结果表明,在激励峰峰值为6 V时,缆索处于近饱和磁化阶段,此时传感器灵敏度最高,为32.470 mV/kN,其测量结果的线性相关系数为0.9704。     

Fe-Ga磁致伸缩位移传感器驱动电流位置调整与回波速度校正

通过对传统Fe￣Ga磁致伸缩位移传感器驱动脉冲电流输入端位置的改进,降低了驱动脉冲电流噪声对检测线圈输出电压的影响,并使检测线圈输出电压信噪比由15.5 dB提高至23.7 dB。基于应力波无阻尼反射原理提出一种新的回波速度校正法,确立了回波速度与波导丝长度、应力波传播时间、反射波传播时间的数学关系,并给出此表达式适用的驱动脉冲电流频率范围。制作了样机,通过实验验证了此方法最大位移测量误差减小到原来的1/5,为Fe￣Ga磁致伸缩位移传感器输出性能研究提供了理论依据。     

A MEMS surface fence for wall shear stress measurement with high sensitivity

In this paper, an optimized micro-fabricated surface fence with high sensitivity is presented for measurement of wall shear stress. In order to improve the bending stress and thereby enhance the sensitivity of the sensor, the cantilever structure of sensor (the sensing element) is designed and optimized by optimization analysis and orthogonal experimental design. Several sensors are fabricated using the micromachining technology with the sensing element having a width of 5 mm, a thickness of 20 μm and a height of either 2,200 or 1,700 μm. Calibration against a Preston Tube over a range of approximately ±0.7 Pa demonstrates that the sensors have sensitivity extended up to 2.3 mV/(V·Pa), at least 13 % improvement in sensitivity compared to the previous MEMS surface fence with the same thickness of sensing element. The paper also introduces an acoustic excitation method to detect the resonant frequency of the MEMS surface fence, which features a very little deviation compared with the modal FE-analysis.     

微管道内的剪应力传感器

制作了一个微管道内的剪应力传感器,该传感器通过热传递的原理工作.采用硅微加工技术制作微管道,在玻璃上通过溅射方法形成钛铂合金热膜,最后将两者键合封装,形成埋置了热膜的封闭微管道.测量了热膜的电阻温度系数,确定了热膜处于不同输入功率下的过热比.对该剪应力传感器进行了方波实验,确定其工作在不同过热比下的时间常数.对传感器进行实验标定,得到不同进出口压差下,微管道内的壁面剪应力大小.     

爆炸冲击条件下的加速度传感器结构分析

针对加速度传感器在爆炸与冲击测试中的应用,从理论与有限元仿真出发,分析传感器结构的静态响应与冲击响应.在15.4×104gn的静态载荷下,传感器结构最大应力超过材料的许用应力,将会发生结构断裂.在静态载荷下,加速度传感器在15.4×104gn的冲击加速度载荷下结构最大应力超过材料的许用应力,将会发生结构断裂.在加速度传感器的工作方向上施加幅值为15×104gn,半周期为5μs、10μs、20μs、30μs、40μs的半正弦加速度冲击载荷.在幅值为15×104gn、半周期为30μs的冲击载荷下,传感器的固定端处应力为334MPa,将会使传感器断裂失效.在幅值为15×104gn、半周期为5μs、10μs、20μs的冲击载荷下,固定端处应力超过材料许用应力,将也会发生结构断裂.悬臂梁在半周期为5μs、10μs、20μs的冲击下,将会出现断裂.大体上,冲击载荷的周期越小,固定端的应力越大集中越严重.由于传感器固有周期为9.5μs,加速度传感器在半周期为10μs的冲击载荷下出现谐振,固定端处应力变大集中加剧.分析加速度传感器在冲击载荷下的结构响应为传感器的结构设计与具体应用时的可靠性分析提供了理论依据.     

基于RFID技术的状态监测智能电子装置设计

针对传统输变电设备在线监测系统难以满足故障定位精确、多参数集中监测的现状,提出一种新型输变电设备在线监测系统架构,并重点研究了用于状态监测的智能电子装置（ IED）。设计了一种基于射频识别（ RFID）技术的状态监测IED,主要由微处理器、温度传感器、电流传感器、电压传感器和一种有源RFID芯片构成。仿真与测试结果表明：IED天线回波损耗约为－13.1 dB,载波频率为865.8 MHz时, IED最大读写距离为18 m,IED驱动电流和工作电流分别为520,210μA,性能优于SL9000A。     

一种采用压电复合音叉的电流传感器研究

针对当前非接触电流测量方式存在的灵敏度低、结构复杂等问题,本文提出了一种采用压电复合音叉的电流传感器用于非接触低频微弱电流测量,其结构由永磁体、弹性音叉、压电片及底座组成.当该传感器处于电线周围交变磁场中时,永磁体在磁场作用下产生扭矩并驱动弹性音叉臂及压电片产生形变;因压电效应,形变的压电片两端电极之间输出交变电压信号,从而实现电流的测量.由于磁扭矩效应,这种传感器具有较高的谐振灵敏度,大约是压电悬臂梁式电流传感器的4.0倍;在负载电阻为10 MΩ、频率为41.7 Hz时,灵敏度可达1.393 V/A,线性度约为0.57%.这种压电复合音叉式电流传感器模型还可以应用于微弱振动、磁场信号探测等.     

数字补偿式巨磁阻抗传感器设计

地磁环境下弱磁信号的检测要求地磁传感器具有灵敏度高、工作范围宽的特点,非晶丝在高频交流激励下具有阻抗变化率高的特点,宜于用来作地磁传感器.但非晶丝线性工作区较短,不能完全覆盖地磁场范围,通过采用数字补偿技术可以补偿大部分地磁场,使传感器工作于非晶丝的线性区,提高了传感器的灵敏度,扩展了传感器的工作范围.通过测试,采用数字补偿技术的巨磁阻传感器灵敏度为71. 133μV/nT,工作于-61 750. 8~73 774. 8 nT,与被测磁场的最大误差为2. 45 nT.