高精度电容式位移传感器校准方法的研究

介绍一种使用激光干涉仪结合单轴精密位移台对电容式位移传感器进行校准的方法。建立了一套高精度电容式位移传感器校准装置,利用单轴精密位移台位移与电压之间的关系产生纳米级的微小位移,同时使用激光干涉仪和待校准电容式位移传感器测量单轴精密位移台的微小位移。该装置可实现电容式位移传感器线性度、测量重复性以及测量分辨率的校准。实验验证了此校准方法的准确性和实用性,对影响校准的主要因素进行了分析,其综合不确定度为2.2 nm。     

PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究

PVDF压电薄膜是一种新型的高分子聚合物型传感器材料,具有高的压电常数,质量轻、柔性好、加工性能好、频率响应宽、对高频激励实用性强等优点,该文利用PVDF薄膜的压电特性设计了一种传感器,通过对传感器测试发现,在测量压力范围内,PVDF压电薄膜传感器具有良好的线性度、较高的灵敏度、较宽的频域响应、较低的迟滞性误差和重复性误差,并且温度对传感器的灵敏度影响较大,实际测试时需考虑温度的影响,激励测试表明PVDF压电薄膜传感器满足测量脉动压力的需求。     

超声工业测量技术应用的进展

超声工业测量是超声检测技术中的重要分支。它是用声学方法测量工业生产中的某些非声学量。(物质的浓度、密度、温度、流速、液位、厚度和应力等物理量)。只要声波穿过待测物质,声波就载有该物质的某些特性参数。通过对声波某些参数,如声速,衰减或阻抗的检测,就可以得到待测物体有关的物理量。测量时传感器可以与待测物体接触,也可以通过中间介质进行非接触测量。不但测量方便,而且不破坏物质现状,并能连续地给出待测数据,适于工业上自动测量与控制。所以,随着我国工业自动化水平的不断提高,超声工业测量技术越来越受到重视,得到了迅速地发…     

光纤光栅的缆索锚固区索力测量传感器设计

在光纤光栅传感器测量缆索索力的应用中,为了保证传感器的存活率以及解决超量程测量的问题,设计了一种桥梁缆索锚固区植入式光纤光栅应变传感器。通过对桥梁缆索特性分析,对该传感器的封装结构、封装材料的弹性模量提出设计要求,并选择环氧树脂添加微细硅粉作为传感器封装层材料。利用拉力试验机对植入式应变传感器进行力学传感器性能实验,其线性度R2为0.99974,灵敏度为2.74pm/N,重复性好。把植入式传感器植入缆索锚固区,进行缆索张力实验。实验数据具有良好的线性度和重复性。     

涡轮流量传感器测量水平气液两相流的实验研究

在气液两相流实验装置上,对3台具有不同导程叶轮的涡轮流量传感器测量水平气液两相泡状流的特性进行了实验研究.发现随着体积含气率的变化,3台传感器的流量特性曲线、仪表系数迁移量、重复性误差均会发生明显变化.具有较小导程叶轮的传感器,其性能优于其它两台传感器.对造成涡轮流量传感器测量特性改变与误差的原因进行了分析讨论,并对体积含气率变化影响涡轮流量传感器特性的物理机理进行了分析.     

光纤燃油液位传感器研究现状

液位测量传感器是飞机燃油测量系统中的重要组成部分。光纤燃油液位传感器因其本质安全的特性而在飞机燃油液位测量领域备受关注。根据被测对象对光的调制形式不同,将光纤液位传感器分为光强调制型和波长调制型两类,总结各种传感器的原理和应用现状,讨论不同类型传感器的性能和优缺点,并对今后的发展方向做出展望。     

新型加固用智能碳纤维板及感知性能试验

结合碳纤维增强树脂的强度特性与光纤布拉格光栅的传感特性研制开发出具有变形自感知能力的智能碳纤维复合板。在介绍内嵌光纤传感器的碳纤维复合板制作工艺的基础上,利用自制张拉反力架和钢筋混凝土梁进行智能碳纤维板的感知性能试验,获取包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞性以及准确度等传感性能指标。研究结果表明:智能碳纤维板具有良好的线性度与重复性,测试精度高,是集感知和受力、功能材料和结构材料于一体的新型土木工程智能材料,既可以方便地作为混凝土结构的加固装配件,又可作为其表面的传感器件,具有良好的工程应用前景。     

调焦光路中超精密双等位环平板电容位移传感器研究

在应用共焦显微镜原理实现对超精加工表面的几何量测量中,设计了一种环状的电容位移传感器,对物镜的调焦位移进行测量,使测量光轴从极板的中心孔穿过,测量位移方向与光路的光轴重合,与阿贝原理相符;采用微机电系统(MEMS)工艺加工双等位环电容极板,电容器极板很薄,间隙小于2μm,减小边缘效应附加电容,从而极大地提高了测量的线性和测量精度.设计了处理电路,对该传感器进行了标定,在0～30μm内,其线性度为0.05%,分辨力优于0.01μm.     

用于生物力学测量的新型电容式三维力传感器

针对生物力学测量的应用需求,考虑到电容型传感器温度特性好、功耗低等特点,研制了一种新型电容式三维力传感器。该传感器基于一种新颖的弹性体结构,以聚氨酯泡沫作为介质构成了3组电容,使得传感器能够同时感知3个维度的输入力分量并转化为3个通道的电容变化,利用ANSYS有限元分析确定了传感器的尺寸,使其各维度的量程达到±200N,安全过载大于150%。设计了由电容采集模块和信号处理模块组成的测量系统,嵌入传感器内部,一体化的设计实现了测量数据的实时解算和输出。此外,针对电容式传感器存在的迟滞效应和维间耦合干扰问题,建立了迟滞补偿与解耦模型。通过实验验证,该传感器的Ⅰ类误差低于2.8%,Ⅱ类误差低于4.6%。     

基于介电常数调制的曲面雷达罩蜂窝积水传感器设计

研制了一种基于介电常数调制的曲面雷达罩的蜂窝积水传感器。介电常数表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力,而水的介电常数又远远大于空气和雷达罩材料的介电常数,因此可以利用介电常数调制法来检测雷达罩的蜂窝积水。为保证测试灵敏度,设计的传感器极板必须贴紧被测结构,而雷达罩外形决定了极板应该采用柔性的、可以贴合曲面的探头结构形状。采用多极片之间用铜条焊接的方法构成传感器探头,并利用ANSYS仿真分析对结构进行了设计优化。通过对蜂窝结构的曲面雷达罩积水实验验证,结果证明该传感器可以实现雷达罩蜂窝积水的检测,具有较高的测试灵敏度和重复性。     

基于可膨胀微球/聚二甲基硅氧烷复合介电层的柔性电容式压力传感器

为解决含有微结构的柔性电容式压力传感器工作范围较窄的问题,设计了一种基于可膨胀微球/聚二甲基硅氧烷(PDMS)介电层的柔性“三明治”结构电容式压力传感器,并对介电层的结构和形貌进行表征。通过自行搭建的压力设备和电容采集设备研究了基于可膨胀微球/PDMS介电层传感器的力学性能和电学性能。结果表明:通过向PDMS介电层中加入可膨胀微球显著降低了介电层的杨氏模量,同时提高了压力下介电层的介电常数,可膨胀微球/PDMS介电层传感器的工作范围可达400 kPa,最大灵敏度达到0.06 kPa?1,在100 kPa的负载循环下具有较好的重复性和稳定性,且具有较低的迟滞性(4.7%),可以准确迅速地检测到指尖压力,在生命健康等领域具有潜在的应用前景。      

AgNWs-TPU/PVDF柔性薄膜电容传感器的制备和性能

用醇还原法制备长径比约为800的银纳米线(AgNWs)并分散成网状结构,用溶液流延法使用聚偏氟乙烯(PVDF)和不同质量分数的聚氨酯(TPU)制备柔韧性PVDF/TPU复合薄膜,然后将AgNWs网固定在PVDF/TPU柔性薄膜的表面作为电容的极板制备出柔性薄膜电容式传感器。用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱和X射线衍射(XRD)等手段表征了AgNWs的结构,使用电子强力拉伸仪、方块电阻仪、三电极系统和LCR数字电桥检测了柔性薄膜电容式传感器的性能。结果表明：网状结构的AgNWs电容单侧极板上的方阻为15.635 mΩ/sq;TPU与PVDF质量比为2∶8的薄膜其断裂伸长率为91.2%,韧性最好,其比电容为375 μF/g;随着传感器弯曲角度的增大其输出电容值随之增大,输出电容值与弯曲角度在一定范围内呈线性关系,弯曲角度为180°时输出最大电容为436 μF。     

基于电容检测MEMS磁传感器的设计与制作

为实现微型化、低功耗、低成本和高灵敏度的磁传感器,提出了一种基于微型磁扭摆结构的磁传感器,并利用对角度变化非常敏感的差分电容检测技术对磁扭摆的扭转角度进行检测．设计的磁传感器包括微扭摆结构、磁性敏感薄膜和差分检测电容等部分．分析了器件的磁敏感原理和电容检测原理,给出了器件的结构参数和综合设计考虑．利用体硅加工工艺成功制作出了磁传感器样品,并进行了实验测试．测试结果表明磁传感器有良好的线性度和重复性,其磁场检测的电容灵敏度可达到0．2fF／Gauss．根据对磁传感器的热噪声分析,可得到磁传感器最小可分辨的磁场为6．72μT．该磁传感器结构简凑、工艺简单,无需电流激励,大大降低了磁传感器功耗．     

A low-cost noncontact capacitance-type level transducer for a conducting liquid

In this paper, an attempt has been made to design a low-cost noncontact capacitance-type level sensor for a conducting liquid. The sensor is in the form of a uniform circular cylinder made of insulating material like glass, ceramic, plastic, etc. The sensor is connected with the metallic- or nonmetallic-type liquid storage tank, in which the conducting liquid column is taken as one electrode, and a noninductively wound short-circuited outside coil is taken as the other electrode of a variable capacitor. The change in capacitance due to the change of liquid level is measured by a modified linear operational-amplifier-based De' Sauty bridge network with adjustable bridge sensitivity. The bridge output after amplification and rectification may be used to drive a direct current indicator calibrated in level. The studies have been made with high-density polyethylene and glass tube sensors separately in both metallic and nonmetallic storage tanks with tap water as the conducting liquid, and the experimental results of the static characteristics of the level sensors with percentage error from linearity are presented in the paper. These results are found to have good linearity and repeatability within acceptable limits.     

A simple interface circuit to measure very small capacitancechanges in capacitive sensors

This paper presents an easy-to-design interface circuit to measure very small-percentage capacitance variations in capacitive sensors, especially suitable for industrial measurements. A computer-controlled 24-bit A/D converter is employed to obtain a higher resolution. This interface circuit can be used with various types of capacitive sensors. The most interesting thing is, that the measurement results through this interface circuit are independent of the initial capacitance of the sensor. In addition, the double differential operating principle used here minimizes the error caused by coupling and stray capacitance of sensor probes. The operating principle of the designed interface circuit, the major assumptions made, test data, and possible future developments are discussed     

Capacitive angular-position sensor with electrically floating conductive rotor and measurement redundancy

This paper presents a capacitive angular-position sensor with a contactless electrically floating conductive rotor and an interface electronic circuit that is designed to maximize the performance/cost ratio. The sensor includes two separate and independent measurement sections that sense the same angle and provide redundancy in critical applications. The electronic interface is based on a relaxation oscillator that, for each of the two sections, measures an appropriate quantity that relates capacitance ratio to angular position and provides a dc output voltage that varies ratiometrically with respect to the supply voltage. The sensor was built in a version with /spl plusmn/11/spl deg/ measuring range for each section. Experimental tests showed a linearity better that 1% of the span.     

电容式振动传感器谐波失真自检测接口ASIC设计

为实现电容式振动传感器的谐波失真测量,针对电容式振动传感器表头设计出一种开关电容型接口ASIC芯片,采用相同电极分时复用的方法,从而避免电容敏感与静电力反馈的馈通现象.对传感器敏感电容上下极板与中间质量块间的杂散电容导致的谐波失真进行了原理分析,可知传感器二次谐波与寄生电容成正比,三次谐波与寄生电容无关.提出采用电容阵列补偿、静电力平衡反馈式闭环电路结构进行传感器谐波失真抑制,并基于静电力原理提出一种新的电容式振动传感器谐波失真自检测方法,该方法无需精密振动台,仅需要低失真度电压信号源.实际测试结果显示,谐波失真检测精度可达到-83 dB.ASIC芯片采用2μm CMOS工艺流片,刻度因子为1.2 V/g（g为重力加速度,g=9.8 m/s2）,量程为±2g,噪声密度为3×10-6g/（Hz）～（1/2）,静态功耗为40 mW.测试结果证明,该电路达到高精度微加速度计系统设计要求,可以应用到地震监测、石油勘探等领域中.