碳纤维海洋电场电极响应特性分析

使用T700碳纤维制备了海洋电场探测电极,采用减小放大电路输入阻抗的方式提高电极的稳定性能,减少电极的稳定时间。对不同质量碳纤维电极的电化学性能和探测性能进行表征,分析影响碳纤维电极响应特性的因素。结果表明,比表面积对电极的响应性能影响较大,比表面积越大,电极的电容性能越好,在低频处的系统阻抗越小,电极响应增益越大。     

新型碳纤维海洋电场电极的制备及性能研究

针对传统碳纤维电极易受电容容抗效应影响而无法响应低频信号的问题,采用浓硝酸氧化+硅溶胶涂覆的改性方法,制备了一种新型的碳纤维海洋电场电极。实验结果证明,改性后碳纤维表面引入了大量氮氧官能团,使得电极比表面积和亲水性得到大大提高,同时电极受容抗效应的影响减小。在电场响应性能方面,改性后电极能够正确响应低至1 m Hz的低频信号,相较于改性前,响应的准确性和灵敏度也得到大大提高,改性后电极对10和1 m Hz信号响应的线性度分别为3. 3%、2. 1%,灵敏度分别为0. 048 2,0. 050 3。     

一种新型地球物理电容性电场传感器研究

当前在地球物理勘探中使用的电场传感器探头—不极化电极存在一些不足,如要求电极具有较低的接地阻抗,这使其在沙漠、冻土、戈壁等高阻区应用较为困难。分析了电场传感器系统的等效电路,指出低频电容性电场传感器应用在地球物理电法勘探中的可能性,并设计出一种低频电容性电场传感器,该电场传感器可直接放置于地面,进行地电场的测量。为提高电场传感器测量的准确性,采用输入电容中和技术以抑制耦合电容变化所带来的测量误差。该电场传感器工作频率为0.1~1kH z。外场测试表明,该电场传感器具备准确测量地电场信号的能力,在工作频率范围内获得与不极化电极相似的测量结果,幅值差异小于5%。该电场传感器在高阻区的地球物理勘探领域具有较好的应用前景。     

基于电容耦合式电极的非接触式 ECG 采集方法研究

目前心电图(ECG)采集主要使用湿式Ag/AgCl电极,这种电极需要与皮肤紧密贴合以获取高质量的信号,然而导电胶硬化,电极可能对皮肤造成刺激或损伤以及使用过程中的不适感使得Ag/AgCl电极不适合用于长期ECG监测。提出了一种搭载交流自举缓冲电路的电容耦合式PCB电极,具有约100 GΩ的超高输入阻抗。实验测试结果表明,该PCB电极可以隔着多层绝缘介质对不同频率的信号保持较高的耦合率,实际的输入阻抗为87.26 GΩ,与Ag/AgCl电极的同步采集结果相似度高达91%以上。最后就导联位置,耦合介质参数和被试者运动状态等因素对非接触式ECG采集效果的影响进行实验研究。结果表明,提出的非接触ECG采集方法可以在多种情况下有效采集ECG信号的主要成分和心跳节律。     

平面电极型MEMS电化学地震传感器

针对传统电化学地震传感器的加工工艺成本高、一致性差等问题,设计了一种新的平面电极型微机电系统(MEMS)电化学地震传感器结构。建立了平面电极型MEMS电化学地震传感器的计算模型,通过Comsol多场耦合数值模拟分析方法,对影响传感器的结构参数如:电极宽度、电极间距、流道高度等进行了计算和优化。采用MEMS表面工艺和准LIGA工艺,制备了平面电极型MEMS电化学地震传感器。最后,与采用传统方法精密加工的MET2003器件进行了频率响应和微震动的对比测试。实验结果表明:与MET2003器件相比,平面电极型MEMS电化学地震传感器的带宽从1Hz扩展到了30Hz,两种器件的采集结果具有很好的相关性和一致性,相关系数为0.887,在1Hz处的噪声低于120dB。     

车辆雨刷自动控制系统中相邻电容传感器设计

提出一种应用于车辆雨刷自动控制系统的新型相邻电容传感器设计方案,能够在节省成本的同时达到高灵敏度和高鲁棒性。对已有的光电传感器技术,压电传感器技术与电容传感器技术分别进行分析比较。设计三种相邻电容传感器,通过在等参数同测量环境下,利用有限元剖分法对三种相邻电容传感器分别进行的电场分布仿真,并使用阻抗分析仪对测量边缘电容进行比较,确定最优设计。对最优传感器进行测量噪声分析,并提出解决办法。试验结果表明,花形电容传感器性能最佳且相邻电容传感器能够取代光电,压电传感器应用于车辆雨刷自动控制系统中。     

不同晶型MnO2超级电容器电极材料的电化学特性

用不同晶型的MnO2粉体制备了β-MnO2和γ-MnO2电极,用循环伏安和恒流充放电试验研究了上述两种电极的电化学特性。结果表明:β-MnO2和γ-MnO2电极都具有良好的电容性能,但后者具有更为良好的倍率放电性能,适合大电流充放电;在300mA.g-1的电流密度下,经5 000个循环充放电之后,β-MnO2电极已失效,而γ-MnO2电极的容量保持率还高达89.2%。     

闭环加速度计CMOS接口电路

采用高压18 V CMOS集成电路工艺,设计了一种开关电容闭环加速度计接口电路芯片。芯片电路中包括开关电容型电荷敏感放大器,PID控制电路以及相关双采样电路。采用相关双采样技术并用大面积PMOS晶体管作前级放大器输入级来消除放大器的1/f噪声、失调电压及KT/C噪声;用高环路增益及静电力平衡技术消除后级电路的1/f噪声、电荷注入和时钟馈通。在相同电极的条件下,利用电荷检测与静电力反馈时域分离法,有效地消除了驱动馈通的影响。设计的芯片采用18 V电源电压供电,闭环加速度计刻度因子为420 mV/g,噪声密度为10 μg/ Hz ,芯片面积为15.2 mm²。     

基于ECT的传感器系统的优化设计

针对传统ECT电容传感器相邻极板间存在耦合电容,因干扰电容引起电容测量时噪声值的问题,提出了一种带差分电极的新型传感器系统,差分电极添加到测量电极与屏蔽罩之间,差分电极与测量电极通过同一圆心排列,测量电极之间不需加隔离电极,通过对差分电极激励消除测量电极之间的耦合电容。最后通过LBP、Landweber、Tikhonov算法对各个模型进行图像重建,并对重建图像进行误差分析。实验结果表明通过对重建图像进行误差分析和图像相关技术的计算,传感器经过添加差分电极可以使图像误差减小至0.24,图像相关系数提升到0.84,很大幅度改善了成像效果。     

碳纳米管/聚酰亚胺复合碳纤维的制备与性能

用F-MWNTs/PI复合纤维膜制备不同含量F-MWNTs碳纤维。扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、热重分析、电化学工作站对F-MWNTs/PI复合碳纤维进行结构、组成及电化学性能测试。结果:成功制备不同含量F-MWNTs碳纤维膜。(1)F-MWNTs含量增加,碳纤维产率及碳含量增加,纤维直径减小、分布变宽,且有卷曲和略微粗糙的表面;(2)F-MWNTs含量增加,电导率上升。5.0wt%F-MWNTs与0.0wt%F-MWNTs碳纤维电导率比较,提高364%。(3)F-MWNTs含量增加,电化学性能增强。扫描速率10mV/s、电位-0.5~0.1V条件下,5.0wt%F-MWNTs碳纤维电阻低、比电容121F/g,与0.0wt%F-MWNTs的碳纤维相比比电容显著提高67%,可作为超级电容器电极广泛应用。     

一种绝缘体表液体自动测试系统

提出一种绝缘体表液体自动测试系统的设计方案,在保证系统测试性能的同时能够大幅降低设计成本。通过对系统数据采集数据转换,以及系统控制部分的工作与设计原理的分析,设计三种相邻电容传感器,讨论分析传感器设计关键参数,并给出了最终设计参数;简单解释了测量数据转换部分和控制部分的系统设计思想。实验部分采用有限元仿真技术模拟了电容传感器的性能;通过阻抗分析仪对测得的数据进行分析、比对、讨论了测量噪声对系统检测的影响,并提出解决方法;实验结果表明,电容探测传感技术应用于绝缘体表液体自动测试系统中的可行性与重要性,设计的系统硬件部分能够实现自动探测分级报警功能。     

声级计电表不指示—∞故障的修理

ND10型声级计是一种袖珍式的声学测量仪器,用来测量噪声的计权声压级。由于仪器性能稳定,使用简单,价格低廉,携带方便等特点,广泛使用于环境噪声、机器噪声、车辆噪声、电机噪声、建筑声学、电声测量等领域,是人们生产活动中常用的噪声测试仪器。它的主要工作原理是用特制的精密电容作为传声器,把声信号转换成电信号,经放大器放大,而后由检波电路对信号进行近似有效值检波,检波后的直流被送到以dB刻度的电表进行指示读数。仪器使用中,由于各种使用情况不当等因素,会发生一些故障。本文介绍的是一种     

一种地面电场仪的自检电路

设计了一种地面电场仪的自检电路,对电场仪测量的电场值精度进行自动监测,保证其探测稳定性。电路由顺序连接的电场仪控制器、D/A转换器、模拟开关、放大器和标定电极板等组成,将标定电极板生成的电场值与电场仪实测电场值进行比较,检测二者误差是否在精度范围内,从而实现自检功能。     

基于MEMS工艺柔性电极制备与测试

针对柔性技术对柔性可拉伸电极的需求,提出一种在聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底上制备具有周期为8μm"三角波"结构Ag薄膜电极的方法。采用MEMS工艺技术制作柔性电极模板,结合PDMS倒模、plasma表面修饰、磁控溅射金属Ag的方法,制备了可拉伸柔性电极。通过测量柔性电极的初始电阻值、阻值与柔性衬底拉伸形变量的关系以及柔性电极的拉伸极限,测试结果表明该方法实现了粘附性能好、初始阻值小、重复性可靠、电阻变化速率小、拉伸形变为65%的可拉伸柔性电极。同时该方法制备的柔性电极尺寸、周期等参数可控,应用领域得到延伸,可适应不同需求的柔性电极的制备。     

一种离散阵列的平面二维电场式时栅位移传感器

针对平面二维光栅位移测量技术在高精度和大量程之间难以兼顾的现状,基于前期一维电场式时栅的研究基础,提出了一种离散阵列结构的二维电场式时栅位移传感器。传感器采用平面正交离散栅面空间排布的编码方法,实现了对平面二维电场式时栅激励电极编码;建立了平面二维电场式时栅位移测量模型,从理论上推导了受X和Y两个方向位移信息调制的耦合信号表达式;提出了一种二维位移测量信号直接解耦方法,利用差动感应电极空间位置关系,通过简单的加减运算实现了测量信号的解耦。使用PCB工艺制造了传感器样机并进行了性能测试,验证了提出的编码和解耦方法的可行性。最终结果表明,所提出的传感器在160 mm×160 mm测量范围内,X和Y方向测量误差峰峰值分别为13.1μm和11.8μm。     

KD05电导率仪的研究

研制了一种电导率仪,采用方波激励,并合理的选择取样点范围,避免了电极的极化现象和电缆线的电容对电导率测量的影响,同时使用温度控制器来控制温度,并进行温度补偿,以减小温度对测量的影响。提高了整机的测量精度。该仪器能利用标准溶液自动校准电极常数、可进行上限报警、输出信号完全隔离并可电子校准、历史数据查询等功能。该仪器配有0.0l cm-1,0.l cm-1或1 m-1常数的电极,测量范围相应为0~1,0~100或0~10 000μs.cm-1,精度为0.2%(满量程)。     

直流电激励下的IPMC弯曲大变形力-电耦合模型

为了描述离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composites, 简称IPMC)悬臂型驱动器在直流电激励下的非线性大变形行为，采用数字图像相关法(digital image correlation, 简称DIC)获得的IPMC应变梯度与激励电压间的关系，与修正后的IPMC电极分布式电阻电容（resistor-capacitor, 简称RC）电路模型相结合，提出了一种具有解析解的IPMC弯曲大变形力-电耦合模型，并采用Pt电极和Ag电极两种IPMC试样对该模型进行了实验验证。结果表明，该模型能够准确地反映IPMC悬臂型驱动器在直流电激励下的整体弯曲变形现象，且适用于采用沉积法制备电极的IPMC驱动器。     

一种新型传感用补偿光纤干涉仪的研制

若补偿干涉仪对外界环境的抗噪性能差,将会提高系统的相位噪声本底,降低传感器的探测性能。从结构设计角度对干涉仪进行相关设计,包括隔声设计、减振设计及吸声设计。试验发现采用新型结构补偿光纤干涉仪,整个系统的本底噪声得到了降低,1 k Hz位置降低了约16 d B,100 Hz位置降低了约15 d B,提高了系统的探测性能。     

电极表面粗糙度对检测电容的影响

平行板电容是大多数MEMS传感器件的核心检测结构.考虑随着检测电极间距的减小,电极表面粗糙度会对其空间电场分布产生影响,本文研究了电极表面粗糙度对检测电容性能的影响.建立了单粗糙电极的平行板电容器模型,并采用有限元法分析了表面粗糙度和边缘效应对静电场分布的影响;针对粗糙表面增大了电极存储电荷的能力,对粗糙表面的平行板电容器计算公式进行了修正.采用原子力显微镜对不同粗糙度的样本进行了表征,实验和仿真结果表明:减小两电极之间的距离,增大检测电极的表面粗糙度,可以显著增大检测电容.当检测电极的粗糙度从0.063 nm增加到60 nm时,平行板电容器电容值增大了9.0％.结论显示,增大MEMS电容器两电极的表面粗糙度,可以有效地增大MEMS器件的检测灵敏度.     

差分式自阻尼位移传感器传感特性研究

"能量天平法"是一种基于机械电磁能量平衡的普朗克常数测量方法,该方法因存在一项由线圈特征矢量的非对准状态引起的"特征矢量对准能量误差",其普朗克常数测量不确定度难以降低至1×10~(-8)。为实现对准能量误差的精确补偿,针对能量天平线圈垂向运动过程中的残留水平位移的精确测量问题,提出一种基于电磁自阻尼直接垂向测量参考的差分线面式位移传感测量方法。为避免间接测量参考的调整过程引入系统误差进而导致测量精度降低,线面式位移传感器利用细丝电极作为直接垂向测量参考;设计差分式三电极电容结构用于抑制单端电容非线性特性;将另两个电极的表面形状设计为相互正对的外圆柱面,利用圆柱面在横截面内的几何形状各向同性抵消姿态倾斜对测量结果的影响,提高传感器对复杂测量条件的适应能力;采用电磁阻尼器稳定细丝电极,保证测量结果的准确性。实验结果表明,在正常工作量程范围内,差分式自阻尼位移传感器的合成扩展不确定度约为2.81μm。