电容式冰层厚度传感器及其检测方法的研究

水由液体变为固体冰（或由固体冰变为液体）的过程中电容会发生很大的变化，基于这一特点，提出了利用空气、冰与水的电容特性差异实现对冰层及冰下水位进行非接触式检测的新的冰层厚度检测思路。对含有导电杂质的冰、冰水混合物、水与空气等物质随温度变化所表现出的电容特性进行了分析，据此提出了利用空气、冰与水的电容特性差异实现对冰层厚度及冰下水位进行非接触式检测的传感器结构及冰厚检测原理。     

电容式冰层厚度传感器及其检测方法的研究

水由液体变为固体冰(或由固体冰变为液体)的过程中电容会发生很大的变化,基于这一特点,提出了利用空气、冰与水的电容特性差异实现对冰层及冰下水位进行非接触式检测的新的冰层厚度检测思路。对含有导电杂质的冰、冰水混合物、水与空气等物质随温度变化所表现出的电容特性进行了分析,据此提出了利用空气、冰与水的电容特性差异实现对冰层厚度及冰下水位进行非接触式检测的传感器结构及冰厚检测原理。     

基于空气、冰与水物理特性的冰情检测系统

为了实现一种新的定点冰水情自动检测方法,利用空气、冰与水的电阻及温度特性差异规律,通过分层检测获取电阻与温度数据来实现对冰层厚度、冰层内部温度梯度与冰下水位的自动连续检测。在此基础上研制了电阻–温度式冰水情传感器与冰情连续自动数据检测系统,并在南极科考、黄河冰情预报等科研和水电工程中进行了冰情检测现场应用。通过工程应用实践证明,该方法对冰水情进行连续自动检测是完全可行的。     

蒸汽炉非接触式水盒水位检测技术应用

传统蒸汽炉水盒采用浮标式进行水位测量,容易污染水位,而且无法实现多档水位的准确检测。文章提出一种非接触式多档水盒水位检测技术。在详细的电容水位测量理论基础上,通过在蒸汽炉水盒外壁安装电容水位检测模块,使用变频斜率的水位判断算法,实现了蒸汽炉水盒多档水位测量。采用DOE方法设置水位判断阈值,大大提高水位判断的一致性与准确性。实验结果表明,本技术可实现蒸汽炉水盒多档水位的精准测量。DOE的水位阈值设置方法可有效兼容水盒安装误差和水温差异,提高水位检测的一致性与可靠性。     

用于液体违禁品检测的电容传感器设计

提出了利用液体介电常数的电子测量,实现一种快速、无辐射、非接触、低成本的液体违禁品探测的新方法。在研究了液体介电常数测量的理论,并结合具体应用场合的基础上,提出了基于平面板电容器原理的平面板电容传感器和改进型的梳妆电容传感器电极,从理论的角度上对电极的参数进行了探讨。通过实验证明了改进型的梳状电极能够在不开瓶取样的情况下,有效鉴别出在厚度为4mm以下的非金属容器中浓度50%以上的酒精和水,可以用于非接触式液体违禁品快速检测。     

基于平面电容的冻土检测传感器

在土壤冻融过程实验中,通过对空气、水、冰及干土的介电特性进行分析研究,发现了土壤中水和冰发生相变引起土壤总的电容发生很大变化,基于这一特性和LC振荡电路频率响应的原理,设计了一种基于平面电容分层检测冻土的传感器,实现了土壤冻融状态的判别和冻土深度的自动测量。与人工观测进行对比实验证明,当土壤中未冻水含量相对变化率在0.3以上时,土壤已经冻结。因此,利用基于平面电容的冻土检测传感器检测土壤的冻结状态,实现冻土深度自动化测量是可行的。     

声表面波飞机结冰传感器灵敏度及实验研究

声表面波飞机结冰传感器有望用于飞机结冰预测,其通过Love波的激发和在导波层中的传播变化,来敏感导波层表面冰的厚度及状态变化,而导波层的厚度对声表面波结冰传感器灵敏度具有重要影响.在学者Zimmermann的理论基础上,根据声表面波结冰传感器实际结构,计算得到导波层厚度对灵敏度影响的特性.通过对SiO2导波层及ST90°石英晶体压电材料进行实例计算,得其厚度在9.6 μm处灵敏度最高,并通过实验对0.004 2 m厚的冰层进行实验,得到冰层中Love波的传播速度,与理论计算吻合.     

基于电容传感器的太阳能热水器水位检测系统

文章利用绝缘处理的导体浸入水中与水组成电容两个极板,其容值大小反应水位高低的原理,设计了用于太阳能热水器水位检测的电容水位传感器。为与现有太阳能热水器的水位温度控制器兼容,设计并实现了直流电压和脉冲两种信号的输出电路。电容水位传感器克服了原有各种传感器存在水位指示粗糙、水电接触污染水质和制作复杂等缺陷,其具有水电无接触、不污染水质、成本低、使用方便和工作可靠等特点,并且它所反应的水位是连续无级变化的,在太阳能热水器领域中具有广阔的应用前景。     

玻璃面板油墨厚度无损在线数字化检测系统

为了实现对玻璃面板油墨层厚度的检测,提出了一种满足工业化检测需要的玻璃面板油墨厚度无损在线检测系统。首先,基于结构光测量原理进行非接触式测量,进一步提出了基于自适应提取算法的油墨厚度数字化定量计算模型,对采集到的携带油墨厚度信息的亮线图像进行处理,该模型非常适用于非接触式数字化检测;其次,建立了完整的检测系统,将标准油墨面板作为油墨检测的评价标准,多次测量拟合定标系数;最后,该玻璃面板油墨厚度无损测量系统的最大检测厚度达23 mm,检测精度优于4 m,通过对玻璃面板油墨层厚度的检测,实现了对油墨厚度的高精度、快速、无损检测,具有广阔的应用前景。     

平面电容传感器液位检测系统设计

为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量,采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法,对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析,研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响,并对传感器结构参量进行了优化, 基于平面电容传感器, 设计了非接触式低液位检测系统,通过对纯净水、洗洁精溶液和墨汁的实验验证,取得了0mm~100mm范围的液位测量数据。结果表明,该检测系统工作稳定,具有线性输出,重复性误差约为±0.28%,数据修正前的测量误差小于7.8%。这一结果对非接触式较低液位的检测是有帮助的。     

“激光动态测厚仪”通过技术鉴定

工业上很需要对一些板材、带材厚度进行在线测量,但一直缺少一种合适的非接触式动态测厚仪器。上海交通大学最近研制成功的激光动态测厚样机,就是利用激光对运动状态下的板、带材厚度作非接触式无损检测的新颖装置。 该仪器包括主机、信号处理系统、微型计算机及电源四部分,能实现非线性、双测、动态实时检测。由于在仪器中采用了双测不对称接收系统,扩大了激     

基于超声Lamb波的不同种类积冰厚度检测

针对静止状态下飞机蒙皮表面残冰检测问题，提出一种超声导波检测技术，通过提取时域和频域的特征参数变化，实现板状结构表面的透明冰、混合冰、霜冰3种类型区分和积冰厚度判断。首先通过ABAQUS仿真软件采集超声Lamb波S0模态信号，在时域内观察随厚度和类型变化引起的S0模态幅值衰减程度，同时在频域内引入积冰系数，最终实现了关于厚度和类型的非线性映射。其次，对使用Lamb波分辨3种不同类型积冰的厚度进行了实验验证，对比仿真结果表明该方法存在一定可行性。最后，总结了判断积冰种类和厚度的方法。     

用FTIR光谱技术测定固体和液体光声池频响特性

提出一种利用傅里叶交换红外FTIR光谱技术测量固体、液体光声池频响特性的简便方法,从理论上论证了该方法的可行性,并用于测量几种不同结构参数光声池的幅频特性。实验结果与我们用广义亥姆霍兹理论的计算结果符合很好。讨论了光声池声传递特性对光谱测量结果的影响及在FTIR光声光谱测量中利用共振增强效应进行固体样品痕量检测的可能性。     

三电极差分电容式PCB用于通道内流体空隙率检测

为解决血管、输油管道等密闭通道内流体空隙检测问题,提出一种三电极差分电容式检测方法,该方法是基于电容器印刷电路板(PCB)进行设计实现。当空气泡等空隙存在于密闭通道时,传感器的电容会因此发生变化。基于此原理,利用差分电容放大器、锁相放大器、滤波器和一个数据采集卡进行电容变化的监测,电极采用自印刷电路板表面顶部至底部的铜质结构,塑料管通过电容传感器布局并垂直于印刷电路板表面。流体空隙体积会对输出电压产生影响,根据三电极电位电压间信号的不平衡,检测出液体内部气泡,并在计算机上对检测到的电容变化信号进行处理和计算,获取空隙体积、运动速度等数据。这种流体传感器也可用于医疗设备中空隙率检测。     

单层带通FSS结构中空气间隙的影响

以狭缝阵列为例,利用模匹配法计算分析,并结合实验,针对即贴型频率选择表面(FSS)与介质板复合结构中的空气间隙进行研究.结果表明,空气间隙对FSS结构的传输特性影响与介质厚度和空气间隙大小密切相关.合空气间隙时谐振频率比无空气间隙时向高处漂移.空气间隙的厚度达到一定值后,传输特性随空气间隙厚度周期性变化.在同一周期中,传输特性的变化幅度取决于介质厚度.基于研究结果提出了隐身屏蔽罩概念,为大入射角下低损耗FSS天线罩的应用提供了新思路.     

激光诱导击穿光谱技术在环境监测中的应用综述

激光诱导击穿光谱技术具有可以实现多种元素同时测量、可以实现原位/在线测量、可以对气体、液体、固体及气溶胶等多种物质进行测量等优点,被用于空气、水、土壤等环境监测的各个领域。针对不同的检测对象,从样品准备、实验设计、数据处理、应用结果等4个方面介绍了近年国内外的研究进展。概述了激光诱导击穿光谱技术在环境监测领域中的应用现状和发展前景。     

一种非接触式电容感应开关设计与实现

基于电容感应开关特性,采用将被测电容转换成微处理器可直接处理的二进制数字信号,克服了传统易受寄生电容和电源电压稳定性不足的影响,并且通过对电容感应式开关设计中存在的高频噪声、温度、湿度及其他外界因素的分析和处理,大大提高了开关的稳定行和精确性,实现了一种具有功耗低,稳定、结构简单的非接触式电容式感应开关。     

一种基于MEMS技术的微变电容

通过对接触式电容压力传感器的改进，提出了一种基于MEMS技术的微变电容模型。为确定外加驱劝电压与由此所引起的电容变化之间的非线性关系，提出了一种有效的基于有限元的方法，并设计了相应的加工工艺流程，说明了其工艺的可实现性。     

基于超声波的道路积水监测与移动终端报警系统

每年突发暴雨洪水时因通报不及时给人们造成了严重影响,尤其是城市低洼路段更存在生命财产安全隐患。本系统针对容易积水的桥下、涵洞等地,采用超声波检测水位信息,嵌入式小系统控制数据采集、现场警示,并配以GSM模块无线传输,实现了非接触式测量与远程水位监控和报警。设计结果显示,利用超声波传感器实现道路积水监测现场安装方便,能有效避免外力损坏,且具备较强的实时性和可靠性。     

电气化铁路隧道微波防冰研究

对电气化铁路隧道的防冰问题进行研究,提出非接触式微波致热防冰方法。该方法通过天线发射微波加热隧道裂缝渗水处的混凝土,使得渗水处温度上升,温升超过5℃,促使渗水区跨越-5~0℃这一水凝结成冰的温度区段,防止渗水凝结成冰,实现隧道防冰目的。同时对微波频率、天线输入功率与隧道微波防冰效率的关系进行仿真研究。结果表明,将2.45 GHz,2 000 W微波馈入天线,延时4 443 s,渗水处温升达到5℃。天线输入功率越大,温升越快;相同条件下,5.8 GHz的防冰效率较2.45 GHz高,前者为后者的2.3倍,频率越高,温升越快。