高gn值悬臂梁式硅微加速度传感器的结构设计

针对高冲击加速度测量,分别就硅微加速度传感器等载面和变载面悬臂枯不同结构尺寸下的应力状及固有频率进行了有限元数值模拟;对等截面和变截面悬臂梁结构的灵敏度进行了分析比较和数值计算,结果都说明了采用变截面悬臂梁结构,灵敏度可提高近30％;对选择的变截面悬臂梁结构的加速度传感器其量程为10000gn,有足够的抗过载能力,且横向灵敏度足够小。     

光纤悬壁梁式振动传感器的研究

研究了一种新型结构的光纤悬臂梁式振动传感器,该传感器的光纤悬壁梁带有光纤微准直透镜,提高了光路的光耦合效率,接收探头采用双光路差分结构,大大提高了传感器灵敏度,同时也增强了抗干扰能力,通过实验测试研究了该传感器对压电陶瓷激振的响应特性,证实了该传感器对振动测试的能力。     

光纤悬臂梁式振动传感器的研究

研究了一种新型光纤悬臂梁式振动传感器,这种传感器的光纤悬臂梁带有光纤微准直透镜,提高了光路的光耦合效率,而且,传感器的接收探头采用了“双光路差分结构”,从而大大提高了传感器灵敏度,同时也增强了抗干扰能力。通过实验测试研究了传感器对压电陶瓷激振的响应特性,证实了该传感器对振动测试的能力。 (将发表在《西安理工大学学报》2001 Vol.17 No.2)     

基于光纤Fabry-Perot的电流传感器

利用光纤抗电磁干扰、绝缘性好, 体积小等特性,提出一种新型的光纤电流传感器. 该传感器将悬臂梁结构和光纤Fabry-Perot相结合,基于材料力学理论和电磁感应原理,利用Fabry-Perot干涉仪原理来实现对电流的测量. 在解调方式上采用了相位解调法,分析了该传感器的工作原理及光纤F-P的测量原理,建立了光纤F-P腔的数学模型,推导出电流检测理论公式,并进行了相关实验,证明该电流传感器具有绝缘性好、结构简单、灵敏度高等优点.     

基于双光纤光栅的流速传感器设计

针对智慧海洋领域对海洋流速监测的要求,基于双光纤光栅能消除温度对流速的交叉灵敏度特性及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种用于测量流体流速的双光纤光栅流速传感器。该传感器主要由外壳、光纤光栅测试组件及固定件组成,采用无胶化密封封装,进行了灵敏度及动态范围的测试,此外还分析了不同温度和压力对传感器性能的影响。通过高精度解调仪解调,设计的光纤流速传感器的灵敏度为76 mm/s,流速测量范围为0 ~ 1.2 m/s,且该流速传感器对温度和外界压力都不敏感,能够实现对流速单一参量的监测,可以满足油气田开采、油气输送管道、海洋河流等环境下流体测试的需求。     

具有温度补偿的光纤光栅压力传感器

为了实现高压测量时的温度交叉敏感问题,提出一种基于自由弹性变形体的光纤光栅压力传感器结构及光纤光栅传感信号的自解调方法。与传统光纤光栅传感器中传感单元与解调单元相互分离的结构不同,该文提出的光纤光栅压力传感器系统利用一对匹配的光纤光栅和一个简单的等腰三角形悬臂梁结构,实现了传感解调的合而为一,解决了光纤光栅传感器的交叉敏感和信号啁啾的问题。仿真与初步的试验结果表明,在高达100M Pa的压力范围内,测量灵敏度为8.5 pm/M Pa。     

低频光纤光栅加速度传感器

为了摆脱电磁干扰对磁电式传感器的影响,通过对光纤光栅加速度传感器力学模型分析,建立了加速度与波长变化间的数学模型,设计了低频光纤光栅加速度传感器.实验结果表明,光纤光栅加速度传感器幅频带宽为45 Hz,横向抗干扰能力为40dB,能够满足工业测量需要.     

光纤光栅磁场传感器的实验研究

研究了将优化后的悬臂梁光纤光栅（ＦＢＧ）敏感结构用于磁场传感．基于材料力学理论和电流与磁场相互作用原理,得出布拉格反射波长为１５６１．４８ｎｍ的光纤光栅对磁感应强度的灵敏度为０．６５ｎｍ／Ｔ;实验测量表明该值为０．５６ｎｍ／Ｔ,理论值和实验值基本相符,说明本文所设计的磁场传感器具有可行性．     

基于波纹管杠杆组合结构的光纤光栅压力传感器设计

针对井中水压高精度测量的需求,基于波纹管的压力传感特性,及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种高灵敏度的光纤布拉格光栅压力传感器,通过弹性片连接的杠杆结构将压力作用下波纹管的轴向变形放大为光纤布拉格光栅的轴向应变,以实现压力的高精度测量。建立了传感器机械结构的力学模型,推导了传感器中光纤布拉格光栅中心波长变化与压力的数学表达式,并通过有限元方法对传感器的压力灵敏度进行了仿真。该传感器仿真和实验压力灵敏度分别为14.8 pm/kPa和14.1 pm/kPa。该压力传感器能够对小量程范围内的压力进行准确测量,同时可以通过改变杠杆臂长参数改变传感器的灵敏度,调整其测量量程。     

一种新颖的光纤环行腔式电流传感器

聚焦光纤电流传感器中电流灵敏度低的问题,提出新的光纤环行腔式电流传感器.该电流传感器将光纤环行腔与电流传感器结合在一起,采用脉冲光作为检测信号.利用脉冲信号在环行腔内多次通过传感头的特点,有效提高系统的电流灵敏度.该结构与传统光纤电流传感器相比,并且具有结构简单、装配容易、成本低等优点.     

三分量光弹光纤加速度传感器弹性系统

为提高三维地震勘探的分辨率和精度，设计了一种新型的三分量光弹光纤加速度传感器，对加速度的敏感由光弹晶体、质量块、复合臂弹簧片构成的弹性系统实现．为消除三分量光弹光纤加速度传感器中与质量块运动方向不平行的运动的干扰，弹性系统设计为线性系统．对弹性系统的线性响应、频率特性进行了理论和实验研究．设计制作并实验了线性度良好的复合臂弹簧片，其相对非线性误差小于0．01，光弹晶体采用对加速度的变化在宽度方向获得良好线性响应的各向同性聚碳酸酯材料．以该弹性系统为基础的传感器，在0～3000Hz的频率范围可精确测量0～50m／s^2的加速度．     

挠性摆式微硅加速度计的模态分析

近年来,在很多应用中,对加速度计动态性能提出较高的要求,故在结构设计阶段必须对其进行动态力学分析,以期使摆片模态满足使用要求。有限元分析是分析复杂结构的一种较新的高精度的分析工具。本文利用有限元分析方法对挠性摆式微硅加速度计进行模态分析。文中按照设计加速度计的尺寸给出仿真的振型图、各模态的谐振频率、加速度作用时模态参与因素、振动响应谱以及各模态产生的位移和应力比较等。得出该加速度计共有六种模态,而第一模态（工作模态）比其它模态作用强很多,是主要模态。     

π形梁厚膜压阻式加速度传感器研究与设计

介绍了一种新型的基于陶瓷基片加工工艺的π形梁15 000 m/s2厚膜压阻式加速度传感器.在加工过程中采用厚膜工艺与梁加工成型工艺,从而保证了梁结构的完整性.分析了该传感器的结构参数和灵敏度,同时介绍了其工艺流程及封装后的测试结果.基片尺寸为15 mm×6 mm×1 mm,其中敏感质量块尺寸为6 m×6 mm×1 mm,梁尺寸为3 mm×6 mm×0.3 mm.经初步测试,在采用12 V电源供电时灵敏度为0.002 4mVs2/m左右,响应频率为1.29 kHz.     

用荧光光纤技术检测局部放电信号传感器的研究

为探索利用放电光效应对局部放电进行检测的新方法 ,在分析荧光光纤和局部放电的光谱特性的基础上 ,提出了用来检测放电的三种荧光光纤传感器的结构。对 3种传感器特性进行了试验研究比较 ,并将其中一种传感器用于高压电机的局部放电检测。结果表明该传感器和其它检测手段相配合可以有效地提高电机定子绝缘状态监测与保护的可靠性。采用相关分析可以提高传感器的灵敏度。     

一种光纤光栅加速度传感系统

研制了一种高精度、低成本适合于地震勘探和矿山安全等工程领域的光纤光栅加速度传感系统。该系统利用加速度改变光纤光栅中心波长的原理工作,可以有效消除温度漂移对动态应变测量的影响。实验结果表明,传感器频响在2-100Hz,灵敏度1．2pm／με,动态范围达80dB,是一种较为理想的光纤加速度传感系统。     

Sensitivity optimization of a monolithic high-shock three-axis piezoresistive accelerometer with single sensing element

There exist several difficulties in the design of monolithic high-shock three-axis accelerometer, such as high g overload, transverse overload and the cross coupling in three dimensions, etc. It is necessary to optimize the sensitivity to improve the performance of the accelerometer. For the monolithic high-shock three-axis accelerometer, the complexity of the sensitivity optimization is that it should consider not only the sensitivity difference between different axes but also the elimination of cross-coupling outputs, together with the natural frequency, structural integrity and high g overload. In this paper, the optimization process for decreasing the difference of the sensitivities between different axes of a monolithic high-shock three-axis piezoresistive accelerometer with single sensing element is established. The optimization is conducted in the condition of 100000 g acceleration by two methods-the method based on the optimization module of ANSYS and the ACO （ant colony optimization） method. The comparison between un-optimized and optimized models proves the efficiency of the optimization methods. In addition, the optimization results show that the ACO method combined with the FEA （finite element analysis） is much more efficient than the method based on the optimization module of ANSYS for the structural optimization problem. And the ACO method can be widely used in the optimization problem of the sensing elements with complicated structure.     

压电薄膜微机电加速度传感器的力学分析

基于压电薄膜的压电效应,研究压电薄膜微机电加速度传感器.对双层压电薄膜微机电加速度传感器进行静力分析,得到传感器方程,并进行数值计算.结果表明,随着压电薄膜厚度的增大,灵敏度随之增大,在一定厚度下达到最大值,随着厚度的进一步增大,灵敏度反而减小.然后进行动力分析,得到噪音、质量因子、最小可测信号等技术参数,并进行了数值计算.运用ANSYS软件进行谐响应分析,得到不同频率下结构的动力响应曲线.     

面向输出性能的微加速度计建模与拓扑优化

以MEMS(micro-electro-mechanical systems)技术制备的电容式微加速度计为研究对象,建立了其最终输出性能——检测电容的检测特性与其微结构之间的动力学模型,提出了微加速度计最终输出性能的计算方法,实现了面向微加速度计最终输出性能的动力学特性与检测特性分析.为提高微加速度计的输出性能,进行了微加速度计的结构拓扑优化.在考虑提高电容输出性能和模态约束的条件下,建立了微加速度计结构的拓扑优化流程与数学模型,并以优化算例说明方法的有效性.拓扑优化结果表明,优化后微加速度计的输出性能和灵敏度提高了4.92%,同时抑制了振动模态耦合,保持品质因子不变.     

流化床光反应器中光强波动信号的测量

针对流化床光反应器中光强的测量问题,研制了一种高灵敏度的光导纤维光强传感系统,并对外部平行光源平板流化床光反应器中光强的分布及其波动规律进行了研究。结果表明:在外部平行光源照射下平板流化床中光沿径向呈指数衰减;液-固流化床与三相流化床中光强信号的波动规律不同,三相流化床中光强信号的功率谱密度图在5~12 Hz处出现谱峰。该测量系统结构简单,操作方便,适合各种流态化光反应器床层内部光强信号的测量。     

全对称谐振式压力传感器结构设计与仿真分析

提出了一种基于侧向驱动的全对称谐振式压力传感器结构.谐振结构采用侧向梳齿电容驱动,既保证了驱动力的线性特性,又由于本身的空气阻尼为滑膜阻尼,可以取得较高的品质因子.另外,设计的差分电容结构能进一步提高器件的检测灵敏度.经过ANSYS 10.0的仿真分析总结出谐振结构固有频率受结构参数影响的规律,确定了量程为0～550 kPa的谐振式压力传感器具体尺寸,其灵敏度达到了22.602 Hz/kPa;分析了温度对谐振结构固有频率的影响,得到-20～60℃下的热灵敏度温度系数为-1.8233 Hz/℃,为后续的温度补偿提供依据;最后通过分析谐振结构的频域响应特性,最终确定了传感器的频域特性曲线以及不同阻尼比下传感器的品质因子.为谐振式压力传感器真空封装的真空度选择提供参考.