峰值能量谱及其应用实例（续一）

三、峰值能量测量中的问题 １．加速度传感器及其固定 峰值能量的测量是一高频测量过程,其读数受加速度传感器和传感器固定条件的影响。工业用加速度传感器自振频率范围较宽,通常在１０－５０ｋＨｚ之间,这取决于传感器的构造和固定方法。位移、速度和加速度测量中,即使使用不同的传感器,其读数也基本相同,因为测量范围一般都在传感器的线性频率范围以内。而峰值能量测量的读数取决于传感器的构造和固定方式,为保证测量的一致性,需始终使用同一个传感器。 传感器的固定方式非常重要,这是因为不同的固定方法将得到不同的传感器响应…     

桥式起重机电子秤传感器的安装

荷重传感器是电子秤的关键部件,不同类型的传感器分别适用于不同的秤体结构,本文通过传感器的选择等几个问题,说明桥式起重机电子秤传感器的安装设计方法及不同安装方法对电子秤精度的影响。     

采用流场分析提高涡轮流量传感器性能的研究

以10 mm口径液体涡轮流量传感器为研究对象,经过对传感器内部流场进行分析,提出通过减小靠近叶片顶端的叶片受力面积,提高传感器测量性能的方法。从对特性曲线的分析出发,结合传感器数学模型,提出了一种利用不同流量点的仪表系数平方差Δ(K~2)评价传感器性能的方法。在此基础上,结合CFD仿真和传感器样机实验测试,研究了不同叶轮叶片形状参数对传感器性能的影响。实验结果表明:改变叶轮叶片形状能有效提高传感器的测量性能,切角参数为0.25时,传感器性能最优;此方法同样适用于其他口径涡轮流量传感器结构的优化。     

传感器径向安装检测转子轴向位移的试验

在磁悬浮轴承中,经常采用转子轴向位移轴向检测的方法,但是不能满足某些空间受限场合的应用要求。针对此问题,本试验采用在转子回转表面加工台阶,传感器径向安装在台阶处,研究了不同安装间隙、不同高度台阶、不同转子径向位移情况下对转子轴向位移测量结果的影响。试验结果表明,在传感器线性测量范围内,传感器输出电压与转子轴向位移成正比,利用径向安装传感器对转子轴向位移进行测量的方法是可行的。     

基于数据融合的动态称重传感器布局研究

动态称重是汽车在高速路行驶中获取汽车真实重量的有效方法,文中介绍了压电传感器的原理以及简化的动态称重模型.在使用压电传感器的基础上应用数据融合的方法,对传感器进行合理布置,用Gass-newton法来求动态轴重信号模型,得到更接近真实轴重的值.在不同初始相位下,对不同速度时的误差进行仿真,结果显示该方法精度较高.     

自动气象站雨量传感器现场校准方法探讨

文章首先简要介绍雨量传感器现场校准方法和实验室检定方法及相关标准装置。然后,选取不同口径的雨量传感器通过实验室标准装置模拟现场校准与实验室检定进行对比实验。表明在雨量传感器现场校准工作中,选用的降水量标准值同实验室检定选用的降水量标准值不能统一,造成在相同环境条件下,两种方法检测同一台雨量传感器的检测误差不同,可能影响雨量传感器计量结果的准确性。最后,提出几点建议,为以后自动气象站雨量现场校准方法的修改及标准器的选择提供技术参考。     

基于小波分析和神经网络的传感器故障诊断

结合多维度特征提取和故障识别方法,提出一种基于小波分析和神经网络的传感器故障诊断方法。运用小波变换模极大值特征提取方法和高频小波能量特征提取方法,在小波分解层数和小波类型两个不同维度对传感器信号进行特征提取,提取的特征矩阵具有序列特性。研究结果表明：特征矩阵相对于特征向量,对不同信号具有更明显的区分度;运用LSTM神经网络对传感器进行故障诊断,根据不同压力工况下的传感器特征数据集,训练针对不同压力工况的LSTM神经网络预测模型,提高了预测模型的泛化能力;对LSTM神经网络预测方法进行试验验证,基于预测模型对随机压力工况下发生的随机故障进行预测,预测准确率达到98.33%。     

基于ANSYS压力传感器加速度效应的校准

针对目前大部分的压力传感器的校准方法不能同时兼顾高幅值压力和高加速度的缺陷,提出了一种针对压力传感器加速度效应的校准方法.该校准方法通过对压力传感器施加系列不同的压力并采用霍普金森杆产生对应的不同系列激励加速度脉冲,从而测得该压力传感器不同系列激励的加速度效应.通过ANSYS有限元仿真对该校准方法进行了分析和验证,得到了加速度对压力传感器输出的影响大概为千分之几的数量级,并绘出了加速度效应的灵敏度曲线,这为高加速度下的压力测试的校准技术奠定了理论基础.     

电涡流传感器的特性分析与标定方法

结合电涡流传感器的原理,分析了采用电涡流传感器测量位移时传感器特性与被测体尺寸的关系,研究了不同被测材料对电涡流传感器灵敏度的影响,提出了电涡流传感器的标定方法。     

基于扩展Kalman滤波器组的ECAS系统传感器故障诊断

针对电控空气悬架(electronically controlled air suspension,简称ECAS)系统在车高调节过程中由于传感器故障频发导致控制效果变差的问题,提出一种能够对电控空气悬架系统传感器故障进行诊断的方法。首先,采用AMESim软件搭建ECAS系统物理模型以实现空气弹簧特性的精确描述,同时在Matlab/Simulink中搭建路面激励和传感器故障的数学模型;其次,针对车辆ECAS系统的非线性特性,采用扩展卡尔曼滤波器组设计故障诊断方案,并进行不同传感器不同故障类型的联合仿真;最后,搭建了1/4ECAS系统台架,进行车高调节过程中传感器故障诊断试验。试验结果表明,所提出的方法能够准确地辨识ECAS系统传感器的典型故障,较好地隔离不同的故障传感器,为ECAS系统的准确可靠运行提供了保证。     

基于最大信噪比盲信号分离算法的混合信号分析

利用盲信号分离技术,采用热催化传感器,对CH4和CO混合气体分离。根据热催化传感器在不同温度下具有不同气体检测灵敏度的特点,使用单一热催化传感器,将在2种温度下检测的数据构成1个二维矩阵,采用最大信噪比盲信号分离算法,对6组测量数据进行分析。研究结果表明:此方法可以较好的实现用单一热催化传感器分离CH4和CO的混合气体。     

涡流传感器斜偏对输油管道涂层厚度测量精度的影响及斜偏矫正

针对涡流传感器斜偏影响钢管涂层厚度测量信号的情况,提出了传感器斜偏的矫正措施以及消除斜偏影响的信号处理方法,为涂层厚度测量时传感器的对中和垂直度调整提供理论指导。采用电磁场数值仿真方法,研究了传感器斜偏对提离检测精度的影响程度,以及不同提离距离、不同管道尺寸情况下传感器斜偏的影响规律,根据提离信号的变化规律提出了传感器斜偏的矫正措施和斜偏信号的校正方法,解决了传感器斜偏对检测精度的影响问题。数值仿真结果表明,通过对传感器斜偏的矫正以及信号处理,可有效减小传感器斜偏对提离检测信号的影响,提高了涂层厚度的测量精度。     

动载体光电平台角位移精密测量方法研究

提出了用位移传感器实时测量动载体光电平台六自由度位移的方法,并推导了该方法的理论公式,即通过坐标变换推导出了平台惯性坐标系、平台固连坐标系及传感器平面坐标系之间的关系,得到了传感器测试信号与平台位移量之间的关系式。通过传感器采集的实时位移值,计算出了平台六自由度位移,并分析了影响该方法测试精度的多个因素,得出了该方法可通过选用不同频带、不同精度的传感器,实现不同振动环境下隔振平台六自由度位移的动态精密测量的结论。理论分析表明,该测量方法简单有效,适用范围广,有较大的推广价值。     

采用环形岛棱结构的电容式压力传感器

改变传感器可动极板的结构是解决MEMS电容式压力传感器信号输出与压力输入呈非线性关系问题的方法之一。设计了一种新型结构电容式压力传感器,其可动极板是LPCVD氮化硅构成的一个方形薄膜,薄膜中心到边缘之间由PECVD氧化硅构筑一个环形岛棱,使可动极板在压力负载下的变形趋于平整,减小了边缘杂散电容带来的非线性,从而改善了该传感器的输出特性。利用有限元方法分析了不同尺寸的动极板在不同外加压力作用下压力与形变的关系,以及相应的应力分布情况,并采用最小二乘拟合直线法计算了压力传感器的线性度。分析结果表明,与常规的双极板微型电容式压力传感器相比,新型结构压力传感器的线性度改善了48.38%,达到了1.6％。     

H型电磁测厚涡流传感器的时域仿真研究

针对3种典型激励方式(正弦波、三角波及方波)对H型传感器在金属铝板测厚性能方面产生不同影响的问题,提出了先利用Ansoft Maxwell软件的瞬态磁场求解器对H型传感器进行时域仿真分析,然后用基于数据采集卡的测厚系统进行验证的方法。首先采用了Ansoft Maxwell软件的瞬态磁场求解器对H型传感器和金属铝板的建模,分别求解出在3种不同激励信号及不同铝板的厚度下的传感器的感应差压信号,比较分析了所得到的差压信号;然后采用基于凌华DAQ-2205数据采集卡的测厚系统和H型传感器对不同厚度的金属铝片进行试验验证。实验以及研究结果表明:实验涡流测厚系统获得的数据与仿真计算的结果基本相符,由此表明通过利用Ansoft Maxwell软件的瞬态磁场求解器对H型传感器进行时域仿真分析的方法可以获得H型差动式传感器在金属铝板测厚中的最佳激励信号。     

两线制电容式数字液位传感器研制

电容传感器在液位测量领域应用广泛,但在实际应用中,常会因被测介质和测量范围的不同需要现场校准传感器.为简化校准方法,设计了以PICl6F684单片机为核心的数字液位传感器.该传感器采用模拟校准和数字校准2种方式.出厂前进行模拟校准,以确定量程.现场安装时进行数字校准,通过对2个有较大差值的不同液位的实测,对传感器的零点和放大倍数进行修正,以确保液位传感器的精度.传感器采用AD421构成两线制4～20 mA电流信号输出,方便与现有仪表或微机系统等配合使用.     

概率准则在多传感器数据融合中的应用

所提出方法包括传感器数据的预处理,以及传感器数据在不同定义域内的模糊映射.这种方案通过突出传感器输出的特定期间值,可自然地被扩展到非二元量的融合中,把概率准则扩展到高层信息融合领域.     

基于协方差矩阵遗传算法的飞行器结构健康监控传感器优化配置

利用协方差矩阵改进后的遗传算法研究了飞行器结构健康监控中传感器的优化配置问题。该方法通过历史损伤记录或实验记录对目标结构的损伤概率分布进行量化假设,并结合以协方差矩阵改进后的遗传算法,在传感器位置优化研究中加以考虑,使优化配置后的传感器阵列能够针对目标结构的损伤高发区域进行重点监控。通过与正六边形网格覆盖布局方法在不同传感器数量条件下优化结果的对比分析,证明了该方法的优越性,并对传感器的数量优化问题进行了初步讨论。     

特种微机电系统压力传感器

通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究,针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求,提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构,通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸,建立合理的力学结构;进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中,针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真,分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响,提出新型梁膜结构微压传感器结构,对新型结构传感器进行MEMS工艺研究;根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求,采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式,提高传感器的动态响应特性,满足10 kHz到1 MHz的频响要求;通过有限元分析耐高温冲击封装结构,采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。     

基于单传感器温度调制的无线电子鼻系统设计

针对无线电子鼻系统应用多个气体传感器组成传感器阵列功耗过大的问题,本文研究了基于温度调制技术的单传感器动态检测方法,并设计了相应的无线电子鼻系统,实现了单一传感器对混合气体的定量分析.根据半导体气体传感器在不同工作温度下具有不同响应灵敏度的特点,用高压5 V、低压1.5 V、周期为150 s的矩形脉冲加热电压控制传感器工作在高温和低温两种状态,通过选取一个加热周期内传感器动态响应在4个时刻的采样点,构成4个虚拟传感器响应.利用支持向量机回归算法建立混合气体分析模型,提高小样本情况下的泛化性能.对氢气和甲烷两种气体混合样本进行实验,结果表明该系统可有效地分析混合气体成分,具有较高的精度,较低的功耗,并可通过无线传感器网络对目标气体进行实时监控.