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。     

二线制位置变送器

所介绍的变送器采用固体集成电路，是一种非接触式，量程和零点可调的二线制开环式仪表。它基于差动电容的原理，将转角或直线位移转换成标准的电流信号，用以检测各种阀门开度位移变量。     

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。     

VLSI互连线系统中的低介电常数材料与工艺研究

阐述了超大规模集成电路 ( VLSI)特征尺寸的减小及互连线层数增加引起的互连线电容增加的问题。具体总结了为提高 VLSI的速度而采用的低介电常数材料及其制备工艺 ,对在连线间形成空气间隙来降低线间电容的方法也进行了介绍。最后 ,展望了低介电常数材料在 VL SI互连线系统中的应用前景。     

Moisture effect on the dielectric and structure of BaTiO3-based devices

Moisture effect on the dielectric behavior and structure of BaTiO₃-based devices were studied systematically. The dielectric measurement mainly concerned the capacitance and loss of specimen as a function of frequency and temperature between −10 and 50 °C in different measuring environments (vacuum, ambient air with and without dryer). A broad peak of capacitance and loss due to the moisture absorption, depending on frequency and temperature rate and corresponding to a dynamic process involving water absorption and de-absorption, was observed in the heating run when the measurement was carried out in ambient air without dryer. It showed that water absorption would change the apparent dielectric properties of devices and a heat treatment at 50 °C for the BaTiO₃-based devices was suggested to reduce the moisture absorption effect.     

A scattering model for snow-covered sea ice

The special properties of a robust radiative transfer model for scattering from layers of inhomogeneous rough-boundary slabs are presented. The model is applied to backscattering from saline and desalinated ice. Comparisons are made at single and multiple frequencies with some of the most complete sets of measurement data available, using measured physical and electrical characteristics of the ice as inputs to the model where possible. The results show close agreement. For example, for the saline ice backscatter data set, which consisted of measurements at two like and two cross polarizations at 5 and 13.9 GHz, the agreement with model predictions is within 2 dB except at 13.9-GHz cross polarization. Backscattering from >15-cm-thick saline ice is generally dominated by scattering from the top surface while backscattering from <8-cm-thick saline ice can be strongly influenced by returns from the ice/water interface, particularly at frequencies less than about 5 GHz     

基于图像处理的零件尺寸测量研究

提出了一种基于图像处理的机器视觉的非接触测量方案,力求把非接触测量手段与零件尺寸测量问题更有效地结合起来。采用了超分辩率重构技术消除噪声以及由有限检测尺寸和光学元件产生的模糊,从图像中获得更多的细节和信息。利用最小二乘回归亚像素边缘检测技术进行边缘定位及角点提取。基于CCD摄像机采用线性回归法进行摄像机的标定。最后,实...     

Comb Capacitor Structures for On-Chip Physical Uncloneable Function

Planar inter-digitated comb capacitor structures are an excellent tool for on-chip capacitance measurement and evaluation of properties of coating layers with varying composition. These comb structures are easily fabricated in a single step in the last metallization layer of a standard IC process. Capacitive coupling of these structures with a coating layer is modelled based on the electric field distribution to have a detailed understanding of contributing capacitance components. The coating composition is optimized to provide maximum spread in capacitance values of comb capacitor structures. This spread in measured capacitance values can be used to implement a physical uncloneable function (PUF). A PUF is a random function which can be evaluated only with the help of a physical system. We present an on-chip capacitive PUF for chip security and data storage in which the unlock key algorithm is generated from capacitors which are physically linked to the chip in an inseparable way. The strength of this key increases with the spread in capacitance values and measurement accuracy.      

双激光位移传感器测厚实验装置的研制

利用2个激光位移传感器搭建非接触在线测厚实验装置,设计编写了厚度测量软件,软件通过串口实时采集传感器数据,输出被测样品厚度。装置的测量范围为0.1 mm~10 mm,测量精确度为±25μm。用厚度标准尺作为样品,对装置进行标定后,采用不同厚度的样品,进行了静态和动态的厚度测量实验。分析了误差来源及解决办法,为后期精密、实用的冷轧钢板非接触式在线测厚系统的研制奠定了基础。     

基于机器视觉的零件尺寸测量

提出了一种基于机器视觉的非接触测量方案,力求把非接触测量手段与零件尺寸测量问题更有效地结合起来。采用超分辨率重构技术消除噪声以及由有限检测尺寸和光学元件产生的模糊,从图像中获得更多的细节和信息。利用最小二乘回归亚像素边缘检测技术进行边缘定位及角点提取。基于机器视觉CCD摄像机采用线性回归法进行摄像机的标定。最后,实验分析和比较了基于机器视觉的零件尺寸测量的应用效果。