PHM系统中的传感器应用与数据传输技术

对国外尤其是美国在航空航天、国防军事以及工业等领域已逐步开始得到应用的各种故障预测与健康管理(PHM)系统中的传感器应用和数据传输技术进行了综述.重点分析和总结了新型传感器,包括微电子机械系统(MEMS)、智能传感器和内建传感器等的应用现状.并对有线和无线两种数据传输技术的典型应用实例进行了讨论.     

基于复合微凝胶薄膜的柔性电容式湿度传感器研究

近年来，柔性电子技术的快速发展使得湿度传感器广泛应用于人体健康监测、电子皮肤和非接触控制等新兴应用领域。不同于传统的刚性湿度传感器，柔性湿度传感器因具有舒适的可穿戴性、成本低和制作工艺简单等特点备受研究者的关注。然而，探索一种理想的传感材料来改善柔性湿度传感器的性能仍然是目前存在的挑战。开发了一种简单、低成本且可扩展的制造方法，构建了基于聚(N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(P(NIPAm-co-AAc)/PDADMAC)复合微凝胶薄膜的柔性电容式湿度传感器。实验证明，该湿度传感器具有较宽的湿度检测范围(20%～90%RH)、高灵敏度(5.06%/%RH)、快速的响应/恢复时间(3.5 s/2.5 s)、良好的重复性以及长期稳定性。其出色的湿度传感性能和高度柔韧性在用于人体健康监测的柔性可穿戴设备中具有很大前景。     

基于长短期记忆的机器人健康监测系统

针对工业机器人运行过程中存在着的非计划停机、维修反应慢等问题,构建了基于深度学习框架长短期记忆(LSTM)网络模型的机器人健康状态监测系统.首先,通过方差分析(ANOVA)确定了反映机器人状态变化的传感器信号;其次,通过主成分分析(PCA)融合多维传感器数据,并与机器人健康运行模式库中的特征数据分布进行相似度计算,获得能够表征机器人运行状态的健康指数;最后,根据LSTM网络的输入和输出节点,自适应确定网络隐藏层结构,最终实现机器人运行状态的健康度预测.理论分析和实际效果表明,基于LSTM模型预测的机器人健康状态的均方根误差为0.92％,说明该系统能够有效对机器人健康状态进行监测,并能对机器人运行状态趋势进行一定的预判,有助于企业在生产过程中对机器人进行维护.     

SnO2/MWCNTs/PVP电阻式柔性湿度传感器的制备及其性能研究

柔性湿度传感器在可穿戴式健康监测中发挥重要作用,合理选择柔性传感器的材料和工艺是制备柔性传感器的关键。为实现柔性基底的高性能湿度传感器,通过静电纺丝工艺在带有柔性电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的衬底上制备出SnO₂(二氧化锡)/CNT(MWCNTs多壁碳纳米管)/PVP(聚乙烯吡咯烷酮)湿度传感器和CNT/PVP湿度传感器。通过自主设计湿度生成和测试装置,对两种传感器的灵敏度、响应时间等参数进行测试。实验结果表明,两种湿度传感器输出阻值与相对湿度之间呈线性关系,SnO₂/CNT/PVP传感器的灵敏度是CNT/PVP传感器的3.3倍,说明掺杂SnO₂能显著提高SnO₂/CNT/PVP湿度传感器的灵敏度特性。     

先进传感器技术在飞机故障诊断中的应用

主要介绍了飞机故障诊断领域(涵盖了飞行器综合健康管理、结构健康监控、基于状态维修、综合诊断/预测等领域)中应用的先进传感器技术,如:光纤传感器、无线传感器、微机电传感器、压电传感器及多传感器融合等的原理、特点以及它们在故障诊断领域中的具体应用情况.     

"AS-i总线技术及其应用"讲座第1讲概论

AS-i(actuator sensor interface)是执行器-传感器-接口的英文缩写，它是一种用来在控制器(主站)和传感器／执行器(从站)之间双向交换信息的总线网络，属于现场总线下面底层设备级的监控网络系统。AS-i总线系统可通过其主站中的网关与多种现场总线(如FF、Profibus、CANbus等)相连接。AS-i主站可以作为上层现场总线的一个节点服务器，在它下面又可以挂接一批AS-i从站。AS-i总线主要用于具有开关量特征的传感器和执行器系统：传感器可以是各种原理的位     

基于AWG的波分/时分复用FBG传感器网络研究

为了充分利用传感器网络在频域和时域上的丰富资源,提出了一种采用WDM/TDM的网络复用技术的新型分布式FBG传感器网络设计方案.将FBG传感器利用阵列波导光栅(AWG)进行波分复用,并利用程控光开关对波分复用信道中的每一个FBG传感器进行时分复用.网络中的传感器数量可达几百只.以可调法布里-珀罗(F-P)滤波器和数字信号处理器为核心的解调模块,通过布设的参考FBG能够对F-P滤波器特征曲线进行实时校正,提高了解调准确度.传感过程实现了自动化.该传感器网络可以对矿井、地下隧道等危险环境进行实时温度测量、预警,具有很好的应用前景.     

基于双层微结构的碳纳米管柔性应变传感器的研究

设计了一种具有双层微结构的柔性压阻式应变传感器,并进行了制备方法研究。通过在半固化的环氧树脂基底(Ecoflex~? 00-30)表面制备形成碳纳米管(MCNTs)/环氧树脂(Ecoflex~? 00-30)复合薄膜,用毛刷制备微结构。通过测试分析可得,该柔性应变传感器具有高度可拉伸性能,可承受200%的应变,在0～80%,80%～170%,170%～195%的应变区间,GF值分别为10.5,40.5,190.5。将传感器进行可穿戴运动监测测试,可验证本传感器既可以实现手指和手腕运动等大动作应变的监测,输出电阻值相对变化达到7.5倍;也可以监测肌肉形变弯曲等小应变,输出电阻值相对变化达到1.4倍。     

新型含磷毒剂敏感材料制备及吸附性能研究

化学传感器的灵敏度和选择性主要通过敏感材料的选择来确定.研究和开发适当的材料使气体传感器的敏感特性达到最优是研究气体传感器的重要步骤.利用1,3-双(2-羟基六氟-2-丙基)-丙烯和表氯醇缩聚制备了一种新型的含磷毒剂敏感膜材料- -环氧树脂-B;利用石英晶体微天平(QCM)法对氟多元醇(FPOL)和环氧树脂-B 2种膜材料进行了性能评价,结果表明:新型膜材料环氧树脂-B对含磷毒剂的选择性好、吸附性能力强,是一种可用于野外含磷毒剂实时侦检的实用敏感膜材料.     

自主机器人非视觉传感器数据采集系统的研制

介绍了一种基于数字信息处理器(DSP)的非视觉传感器数据采集系统。它以DSPTMS320LF2407A为核心,集成了超声波传感器、红外测障传感器、红外测距传感器和方位传感器等模块,通过多传感器信息融合,可以弥补超声波传感器的盲区问题和多次反射问题,本系统通过串口或者通用系列总线(USB)进行通信。经实验验证:该系统结构简单、配置灵活、功耗低,具有较高的可靠性和实时性。     

Nation-二茂铁修饰的脑疲劳检测生物传感器的研究

通用Nafion固定二茂铁(Fc)作为电子传递体,通过明胶包埋法将葡萄糖氧化酶(GOD)和α-糖苷酶(GA)修饰在Nation-二茂铁修饰的玻碳电极上,制成检测脑疲劳标志物-唾液淀粉酶的生物传感器.结果表明:该传感器表现出良好的特异性、敏感性、准确性,传感器响应电流与淀粉酶浓度在50～820U/L之间呈现良好的线性关系,检出限为17.5U/L,达到95%稳态响应时间不超过30s.探讨了pH、温度及其他干扰物质等对淀粉酶生物传感器的影响.将此传感器用于唾液中淀粉酶的测定,取得了满意的结果.     

基于光纤网络的全分布裂缝检测技术研究

提出了一种基于光时域反射技术(OTDR)的全分布式光纤传感网络新型裂缝检测传感器.该传感器可以在不知道混凝土裂缝位置、裂缝与光纤夹角的情况下对裂缝进行监测,检测范围可根据实际需要对传感头进行灵活设计;并对其进行了传感特性试验,结果表明该传感器的最小检测裂缝宽度可达0.05 mm,并根据传感头1#和传感头2#测得的试验数据拟合光纤损耗与裂缝宽度的关系分别为αc1=760(12-ΔL)-1exp(-0.04(ΔL-12)2)、αc2=1 600(12-ΔL)-1exp(-0.04(ΔL-12)2),该实验结果可作为对全分布式光纤传感器进一步研究的参考.     

HTCC电化学H_2S传感器制备及其性能分析

采用高温共烧陶瓷(HTCC)工艺技术,设计并制备了电化学气体传感器,该传感器具有结构简单、尺寸小、重量轻等特点。运用电化学工作站对传感器的响应特性进行分析,结果显示:所测电化学气体传感器对H_2S气体响应良好,在H_2S传感器的量程范围(0～100)×10~(-6)内,传感器的响应输出值与H_2S气体体积分数呈现良好的线性关系,线性相关参数0. 997 55,精度优于±1. 5%FS,传感器对气体的响应速度较快,响应时间τ_(90)不大于10 s。通过匹配不同离子液体可实现不同种类气体的检测。此外,HTCC工艺成熟,可实现传感器的批量化制备。     

PPy-CeO2复合薄膜柔性NO2传感器的制备与气敏特性研究

以吡咯(Py)单体为前驱液,六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)为氧化剂,通过化学氧化聚合法与自组装相结合工艺在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上制备聚吡咯-二氧化铈(PPy-CeO2)复合薄膜.通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射(XRD)、X射线电子能谱分析(XPS)对纯PPy和PPy-CeO2复合材料进行了表征分析,结果表明PPy-CeO2呈典型的核-壳结构.在室温条件下研究了纯PPy薄膜和PPy-CeO2复合薄膜对二氧化氮(NO2)的响应特性,结果表明,PPy-CeO2复合薄膜传感器显示出更优的响应特性,灵敏度为纯PPy薄膜传感器的12.6倍,且具有良好的重复性和选择性.最后讨论分析了PPy-CeO2复合薄膜传感器的NO2敏感机理.     

无线网络传感器在建筑结构健康监测中的应用

关键技术: (1)本项目采用无限无线网络传感器技术,对建筑结构包括桥梁、隧道建筑结构等进行实时健康监测,减少事故发生率和生命财产损失.     

高灵敏快响应多孔溴化亚铜氨气传感器的制作及研究

在氩气保护下,采用真空热沉积溴化亚铜(CuBr),在陶瓷基底上制备出室温工作的氨气传感器。通过XRD,SEM等表征方法对CuBr敏感材料的晶体结构和形貌特征进行测试,结果表明:所制备的CuBr是纯相材料,具有三维立体多孔网状结构。对CuBr传感器进行(0.5～10)×10~(-6)氨气的连续测试,结果显示多孔CuBr传感器比一些半导体和聚合物化合物传感器具有更高的灵敏度,且比其它方法制备的CuBr氨气传感器的响应时间提高2～3个数量级。多孔CuBr氨气传感器优异的敏感性能和增强响应时间归因于一价铜离子Cu~+和氨气的特殊作用以及三维立体多孔网状结构。     

基于激光直写的柔性电阻抗成像传感器研究

S基于电阻抗成像技术(Electrical Impedance Tomography, EIT)的柔性薄膜传感器因具有布线简单,可覆盖复杂表面和二维可视化传感等特点,在结构健康监测等领域具有广泛的应用前景。但是,目前EIT传感器的制备方法存在规模化制备性能不稳定,灵敏度低和难以制备多功能EIT传感器的问题。而激光直写技术作为一种新型的传感器制备技术目前已经展现出解决这些问题的潜力。针对此,本文尝试将激光直写技术(Laser direct writing, LDW)引入大面积EIT传感器制备。通过制备过程中激光焦点偏距的优化调控,优化了激光直写所导致的EIT传感层电学各向异性难题。激光直写制备的EIT传感器可以有效获取裂纹等损伤的位置和大小,在结构健康监测领域具有广阔的应用前景。     

SAW敏感膜材料SXFA的合成与吸附研究

声表面波化学传感器(SAW chemical sensor)是一种可用于化学战剂、爆炸物的气敏传感器.涂在SAW化学传感器上的敏感膜涂层与被测气体之间能发生可逆吸附作用,从而定量分析.本文采用水解法合成了烯丙基甲基聚硅氧烷,之后与六氟丙酮在110℃下进行反应,合成了聚(氧{甲基(4-羟基-4,4-双(三氟代甲基)丁-1-烯-1-醇)亚甲基硅氧烷})(SXFA)膜材料,采用溶剂挥发法﹑旋涂法将其涂膜,以甲基膦酸二甲酯(DMMP)为化学战剂模拟物,进行检测,频率计有3 kHz的偏移响应,同时对膜厚等因素对吸附的影响进行了探讨.     

基于PLC控制的机械手自动分拣物料系统研究

此项目研究基于哈尔滨石油学院PLC实验室,应用QSTIA-III全集成工业自动化网络实训装置S7-1200。基于完整的模拟自动化机械手自动分拣物料过程,综合利用传感器技术(包括电容传感器、压力传感器、光电传感器等)、变频器技术、电磁、触摸屏和人机交换界面等,采用模块化结构设计,独立设计各个子单元,通过自由组合,实现系统功能的多样化,尽可能开发PLC机械手在自动化控制过程中的能力。     

一种无线环境参数采集系统原型构建

基于故障物理的电子产品故障预测与健康管理(PHM)技术在我国刚开始起步.针对电子产品PHM中应力或性能参数无法直接进行测量,而只能通过测量该产品或该产品某部位的环境参数(如温度、湿度等)以进行健康诊断和预计剩余寿命的情况,构建了一种基于无线数字传输技术、简洁可靠的无线网络通信策略、配合成熟的传感器技术的环境实时监测网络系统,为电子产品PHM技术的实现提供了一种无线数据采集系统原型.