一种新型的混合平面结构电导率传感器的设计与实现

基于水体-电极系统的机理分析,设计并实现了一种新型的电导率传感器.传感器采用平面矩形线圈与叉指电极混合结构.通过搭建自动化实验平台,采用交流阻抗技术,对研制的传感器进行实测,以获得传感器在不同溶液、不同频率信号激励下的阻抗数据.经过与商用电导率传感器进行数据拟合,找出了阻抗数据与电导率之间的函数关系.实验证明,该电导率传感器是一种灵敏度高、稳定性强的测量工具,其测量精度达到了商用传感器标准,为水溶液电导率的测量提供了一个低成本的解决方案.     

作物营养液电导率传感器及其测量系统设计

针对作物营养液电导率的特点,设计了一种基于电磁感应原理与电极组合的电导率传感器及其测量系统.阐述了该组合式电导率传感器的结构与工作原理并选取了传感器最优参数.针对温度对电导率的影响,提出了软件自动温度补偿法,并利用电导率标准液对传感器进行了标定.实验结果表明:该电导率传感器测量的相对误差小于1％,满足作物营养液电导率的测量要求.     

电容式土壤水分传感器的电导变异性试验研究

为评估电容式土壤水分传感器受土壤电导率的影响及其对农田土壤电导率变化范围的适用性,配制了一系列土壤等效含水率为40.6%、电导率为0~1.91dS/m的土壤等效介电溶液,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100MHz的7种传感器进行了电导变异性试验,并且配制了相同含水率但电导率分别为0,0.31,0.46和0.61dS/m的4种土样进行了验证试验。试验结果表明:1)土样中的测试结果基本上与介电溶液吻合,可采用等效介电溶液评估传感器的电导变异性;2)传感器的电导变异率随待测介质电导率的升高而近似线性增大,相同电导率下,传感器激励信号频率越高其电导变异率越小;3)在农田土壤电导率基本变化区域0.239~0.650 dS/m内,当传感器激励信号频率从不低于80MHz时,其最大电导变异率为9.2%,能满足工程上的实际应用要求。     

电导率传感器发展概况

电导率传感器广泛应用在工业、科研以及国防等领域,用于测量液体的电导率.介绍了电极型、电感型电导率传感器发展现状,并指出多电极体系、微结构将成为未来电导率传感器发展方向,电导率传感器将与微系统结合,实现电导率测量的自动化、精密化.     

高精度海洋温/盐/酸度集成微纳传感器制造与测试

面向"智慧海洋"应用需求,基于微机电系统(MEMS)技术设计制备了一批温度、盐度、酸度(pH值)三参数集成微纳传感器。温度测量采用铂电阻传感器,盐度测量采用4电极电导率传感器,pH测量采用钛/二氧化钛(Ti/TiO_2)为工作电极和液接式Ag/AgCl参比电极构成的两电极体系。采用电化学工作站分别测量了三个传感器的基本参数和性能,其中温度传感器的电阻为(2240±5)Ω,灵敏度为8.636Ω/℃,测量精度达到±0.01℃;电导率传感器在0.01 mol/L KCl溶液中精度为±0.000 5 S/m; pH传感器灵敏度为42.86 mV/pH。由于采用微机电加工技术,传感器尺寸小、成本低、可批量制造,将为海洋环境参数的高精度网格化测量提供核心传感器。     

大动态信号的高分辨采集电路设计方法

针对目前感应式电导率传感器存在邻近效应影响导致测量不准确的问题，分析了感应式传感器产生邻近效应的机理。优化设计了一种基于非外部场的感应式电导率传感器探头及信号处理电路，进行了标定与稳定性实验。实验结果表明，非外部场传感器电导率测量准确度小于?0.05 mS/cm。在外界物质邻近电导率测量对比实验中，相较于OST36D型感应式传感器测量偏移达到?0.1~0.7 mS/cm，非外部场传感器的测量偏移小于?0.015 mS/cm，为海水电导率高精度测量提供了一个解决方案。     

一种四电极电导率传感器的研制

设计了一种四电极电导率传感器,介绍了该电导率传感器的测量原理、结构形式、测量电路及制作工艺,并阐述了探头制作材料的选取过程。通过对其进行性能实验,验证此仪器具有测量精度高、性能稳定等特点,并且此传感器还具有使用寿命长、测量范围广、价格便宜、实现了远距离自动化测量等优点,特别适用于水环境监测和水质污染控制等领域中。     

感应式低电导率传感器设计

感应式低电导率传感器是江河口水质监测和实施咸潮预警必不可少的检测仪器。阐述了感应式低电导率传感器的结构、测量原理;设计了部分电路;给出了传感器的标定和测试方法。     

基于集成参比电极的多参数水质监测微传感器阵列研制

研究了一种基于MEMS工艺制备的集成微电极型传感器,并用电化学修饰方法将Ag/AgCl参比电极集成在传感器上,用于水体中温度、电导率和氧化还原电位的测定.Pt温度传感器的电阻与温度的线性关系良好,满足温度测量精度的需求;比较法确定电导率传感器的电极常数为2.723,可以对一般水体的电导率进行测定;氧化还原电位传感器的标...     

海洋电导率传感器动态标定方法研究

针对海洋电导率传感器动态响应特性测试需求，使用水文传感器时间常数测量装置对典型海洋电导率传感器进行了测试。通过实验，分析得到时间常数特性，总结提出动态标定方法，并全面准确地进行了测量不确定度评定。结果表明：时间常数与电导率阶跃大小无关，与运动速度符合特定函数关系，因此可以选择比较稳定的8 mS/cm～12 mS/cm中的任一点作为电导率阶跃标定点，用运动速度与时间常数的函数关系作为动态标定结果；各速度点时间常数测量结果的相对扩展不确定度优于7.4%,小于其最大允许误差±10%。     

应变式二维加速度传感器的研究与仿真

轴承振动二维加速度信号对其状态监测和故障诊断具有重要研究意义。采用圆柱形等截面梁为弹性元件,结合二轴应变测试方法,提出了应用于轴承状态监测与故障诊断的应变式二维加速度传感器新结构。在建立应变式传感器振动加速度方程的基础上,分析了结构参数对传感器固有频率和灵敏度的影响,并利用有限元方法对传感器的动态响应性能和测量精度进行了数字仿真分析,获得了动态响应曲线和测量精度曲线。仿真结果表明:新型应变式二维加速度传感器具有良好的测量精度和低频特性,以及维间非耦合性、结构简单、成本低廉、易于加工装配等优点。     

Planar sensors for local conductivity measurements in biological objects—Design, modelling, sensitivity maps

The paper focuses on the realisation of the idea of local electrical conductivity measurement in biological objects. In particular, it presents a set of planar electrode sensors that can be used in such measurements. Properties and parameters essential for local conductivity measurements have been analysed and compared for proposed electrode arrangements. The analyses were performed using the Finite Elements Method. The correctness of the results obtained using this method was verified by comparison with the results obtained experimentally and calculated analytically. The influence of the sample volume and its environment conductivity on the measurement result has been analysed for the presented electrode configurations. These parameters determine which of the proposed sensors are preferable in local conductivity measurements and can help to increase credibility and repeatability of the result. The outcome of these analyses also determines requirements that have to be met to perform correct conductivity measurement. Alternatively, if these requirements cannot be met, at least the error of the measurement result can be estimated. Biological objects are usually heterogeneous so the knowledge of sensitivity maps of the sensor can be very useful. Therefore, the modelling procedure for sensitivity map calculations of any four-electrode planar conductivity sensor was proposed and described in this paper. This procedure has been used to calculate and present sensitivity maps of the sensors. The results of these calculations allow the sensitivity of the sensor for the selected area of the sample to be estimated and indicate which part of the measured object has the greatest influence on the measurement result.     

脉冲漏磁检测技术中新型传感器设计及实验验证

漏磁检测法广泛应用于铁磁性材料的缺陷检测.应用有限元法对一新型脉冲漏磁传感装置下钢管缺陷产生的漏磁场进行了仿真分析,仿真结果表明提取缺陷漏磁场三维分量进行缺陷识别,相比较传统的提取一维或二维缺陷漏磁场分量而言,可获取更多有关缺陷尺寸、位置等信息,提高对缺陷的识别能力.采用所设计的新型脉冲漏磁传感器,对脉冲漏磁三维检测分量信号进行了分析,由三维检测信号峰值扫描波形可有效识别缺陷,并评估缺陷长度、深度等信息;实验结果与仿真分析有较好的一致性.     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.     

Modeling and analysis of touch on flexible ultra-thin touch sensor panels for AMOLED displays employing finite element methods

The work employs the finite element method (FEM) to model the touch on the flexible ultra-thin touch sensor panel for analyzing touch characteristics and signals. Touch sensor panel readout circuits typically depend on touch signals to determine whether the touch sensor panel is touched or not. However, the ultra-thin touch sensor panel encountered a problem which cannot correctly recognize touch points on this type of touch sensor panel (TSP) on active-matrix organic light emitting diodes (AMOLED) displays since its electrical characteristics are different from the one of the conventional TSP. The modeling techniques for the flexible ultra-thin touch sensor panel on an AMOLED display is used to analyze touch signals from the influence of the thickness of top over layer of the flexible ultra-thin TSP and to observe the variations of mutual capacitance from touch on the flexible ultra-thin TSP. When the flexible ultra-thin touch sensor panel with the thickness of the top over layer less than the threshold thickness of the top over layer is on multi-touch, the phenomenon of the ghost points are generated. The simulation to find the threshold thickness of the top over layer based on the FEM model is conducted, and the simulation results show the top layer thickness should be larger than 107 µm to eliminate the ghost points. Furthermore, a new solution that is an optimization of the electrode pattern of transmitters and receivers in the ultra-thin touch sensor panel to further minimize the threshold thickness of the top over layer of TSP without changing the physical structure of TSP is proposed. The results conducted by using this proposed solution show that TSP top over layer threshold thickness can be reduced to 65 µm without appearance of the ghost points.

     

On disturbance rejection in magnetic levitation

Magnetic levitation systems belong to an important and challenging class of control engineering problems with nonlinear uncertain dynamics, multiple disturbances and large sensor noise. To obtain a simple and practical solution that does not depends on the exact model information, a time-varying active disturbance rejection solution is proposed and validated in both numerical and experimental results. The proposed method is confirmed with rigorous analysis of transient performance and noise attenuation. Moreover, the proposed solution is tested in a magnetic levitation ball system with disturbances and measurement noise. The results show that the proposed solution is effective and practical.     

变尺度粒子群算法及其在工业软测量中的应用

粒子群优化算法是一种基于群体智能的随机优化算法,具有收敛速度快、设置参数少、算法简单、容易实现等优点,其缺点是容易陷入局部最优解。变尺度法是一种可靠的局部快速寻优方法。为了解决了基本粒子群优化算法易陷入局部最优的问题,本文提出了一种基于变尺度方法的自适应变异粒子群优化算法。在本文算法中,粒子群每进化一代后,对所有粒子执行变尺度搜索,寻找更优个体,从而使算法具有动态自适应性,能够较容易地跳出局部最优。在延迟焦化生产过程中,汽油干点是衡量汽油的一个关键指标,建立汽油干点的软测量对延迟焦化生产实现卡边控制和提高装置的经济效益是有必要的。在实际生产过程中,无法在线测量延迟焦化汽油干点,只能采用离线实验室分析的方法获得,但离线分析不能满足控制的要求。基于软测量技术而开发的延迟焦化汽油干点软测量模型,使汽油干点的在线测量成为可能。目前,工程上一般采用BP神经网络来训练软测量模型。BP神经网络的学习算法是决定BP神经网络预测质量的关键。鉴于此,本文将所提出的变尺度粒子群优化算法用于BP神经网络学习过程中,并将本文方案的预测结果与文献方案进行了对比实验。实验结果表明,与文献方案相比,本文方案具有较好预测精度和良好的泛化能力,具有较好的应用价值。