用于地表相对介电常数测量的同面极板电容传感器优化设计

在雷暴云定位中,地表相对介电常数测量传感器至关重要,但当前传感器设计高度依赖仿真,缺少理论支撑。本文基于同面极板电容传感器测量原理,利用保角变换和单元积分法,分别建立传感器的电容信号测量和电场分布模型,得到不同极板参数与信号测量灵敏度和测量范围的关系,并进行实际验证。能够表明,同面极板电容传感器的测量电极面积越大,电场信号测量强度越大,有效测量范围越小;极板宽度与极板间距比值越大,其信号强度越大。因此,结合应用场景,进一步优化极板设计。最终,共设计三组极板,每块极板长300 ,宽100 ,极板间距为1 ,极板宽度与极板间距比值为100：1。经实际测试,传感器在60 的测量范围内,测量相对误差小于10%。     

同面散射场电容式砂含水量传感器的研究

针对电容式砂含水量传感器的特殊结构,本文从同面散射场电容传感器的等效电容的分析出发,优化了电容极板的大小;使用有限元法分析了极板间距、极板对数以及极板结构对传感器灵敏度的影响;并对传感器的隔离板材料的介电常数选择问题进行了探讨。结果表明双电极小极板结构的普通陶瓷隔离的传感器结构尺寸小,灵敏度高。本研究对同面散射场电容式砂含水量传感器的结构参数优化有实际指导意义。     

基于有限元的电容临近传感器研究

建立了电容临近传感器的三维仿真数学模型,用FEA对不同参数的传感器进行了仿真,比较分析了被测物距离、电极宽度、电极长度间隙比等对传感器灵敏度的影响,并与理论计算进行比较,结果表明:测量系统的灵敏度与电极宽度和电极长度间隙比近似成正比,与被测物距离近似成反比.该研究对电容临近传感器的结构设计有指导意义.     

双阵列式电容传感器特性研究

针对电容层析成像技术的局限性,提出了新型双阵列电容传感器。利用传感器相邻极板灵敏度不均匀的特点,通过测量相邻极板电容以获得传感器内部局部浓度,重建管道内部传感器截面的相浓度分布。建立有限元模型,对不同电极数的电容传感器结构进行分析,研究了管道介电常数、电极覆盖率等传感器参数对灵敏场不均匀度的影响,得出优化的传感器参数。实验结果显示,该方法可以有效获取传感器截面局部浓度。     

边缘电场传感器测量金属衬底绝缘层厚度

针对金属衬底上的绝缘层,研究基于边缘电场传感器的厚度测量方法。位于同一平面的传感电极形成边缘场电容,边缘电场将穿透绝缘层,在衬底表面发生突变。本文用三电容模型分析了传感器的测量原理,衬底作为一个浮动电极分别与两个传感器电极构成平行极板电容,与边缘场电容共同构成传感电容。通过二维仿真讨论了电容结构参数对传感电容的影响。实验结果表明,边缘场电容传感器应用于金属衬底上的绝缘层测量时,表现出边缘场电容与平行板电容复合的特性,传感器灵敏度高。当绝缘层厚度相比电极长度较小时,电极的间距对传感器电容输出影响小。     

基于电容传感器的围护结构含水率层析方法

针对围护结构含水率测试深度的要求,研究了同面电容传感器探头的结构尺寸优化设计方法,通过仿真和实验研制了不同探测深度灵敏度的测试探头,将围护结构沿深度方向离敞化为若干层,利用实验数据拟合得到各层对于不同探头的输出与含水率的函数关系.通过传感器多结构组合测试,从耦台项中分离出各层的含水率.实验结果表明:该传感器组合测试方法可以达到含水率层析的目的,测试精度与使用的传感器数量有关.     

电容层析成像系统仿真研究

本文采用自开发的有限元仿真软件包分析１２电极电容层析成像系统,实现了极板间电容值计算,灵敏场确定等功能,证实了径向电极具有使传感器敏感场分布趋向均匀的作用;同时采用所获得的灵敏场分布重建了管截面图像,所得结果和实际图像基本一致,从而证明仿真结果的正确性。     

电容/图像法同体积场成像传感器

本发明公开一种电容/图像法同体积场成像传感器,包括电容层析传感器和测量管道,电容层析传感器包括屏蔽罩和设置在测量管外的测量电极,测量电极沿轴向两端设有端屏蔽,端屏蔽、测量电极和屏蔽罩是多孔网状结构,测量管道采用透光的玻璃材料。与现有技术相比,本发明通过光透传感器引入同测量域光学图像"硬场"信息,可增加测量信息量,实现同体积场测量,通过轴向、横断面信息互补、修正,提高检测精度,拓展测量范围,对稀相密相均可成像。     

双阵列式电容传感器电极个数的选取

利用传感器相邻极板之间灵敏场不均匀的特点,建立了一种新型双阵列式电容传感器,并引入新的目标函数来评价灵敏场在某个区域幅值的大小。通过有限元仿真,分析双阵列式电容传感器电极数为6,8,12,16时对目标函数的影响,选取双阵列式电容传感器的电极数,使传感器综合性能最优。     

平面电容传感器参数优化设计及实验

平面电容传感器的性能指标由结构参数决定,如何优化结构参数使传感器达到良好的性能是传感器设计的关键.基于三维有限元仿真模型,研究了感应面积一定的条件下,电极对数、电极宽度与间距比对传感器信号强度、灵敏度及穿透深度的影响.采用神经网络方法优化结构参数,在保证穿透深度的条件下,获得较好的信号强度.研制了不同结构参数的PCB型平面电容传感器,并将其用于介电材料检测,实验结果证明了传感器参数优化测量的有效性.