基于光纤的润滑油在线监测系统

在分析了油液污染产生的原因及其对机械设备的危害的基础上,利用油液中悬浮颗粒对光线的吸收,结合光纤传感系统的优点设计了油液光纤监测传感器.实验结果表明,该系统可以在一定程度上检测油液的污染度,在机械设备的实时在线监测中具有一定的应用价值.     

基于VMD和小波分析的油液磨粒信号去噪方法

油液金属磨粒检测传感器通过监测机械设备油路中的金属磨粒,可实时反馈机械设备故障特征。为了提升油液磨粒检测传感器的检测精度,文章提出一种针对油液磨粒信号的变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）结合小波分析的去噪方法。首先,通过计算各模态分量与原始油液磨粒信号的相关系数确定最优K值;其次,对原始信号进行VMD分解,筛选出特征分量;最后,利用小波阈值去噪方法对特征分量进行降噪处理。实验结果表明,与经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和传统小波去噪方法相比,本方法的信噪比最高,均方根误差最小,能量占比最大,在油液磨粒信号降噪效果中表现最好,有利于提升磨粒检测传感器的检测精度。     

用于生物微反应器pH在线监测光纤传感器研究

以生物微反应器中培养液pH在线监测为目标,研制出一种基于光度吸收原理的阵列光纤传感器.利用MEMS加工工艺,制备出传感器的阵列吸光池芯片,采用光学软件对吸光池进行优化设计,提高了传感器光传输效率,并通过CFD软件进行流体模拟,优化吸光池结构,降低了溶液死体积,缩短传感器响应时间.实验结果表明,所研究的传感器阵列检测灵敏度为0.83 V/pH,响应速度快,可用于多个生物微反应器的pH在线监测.     

用于生物微反应器pH在线监测光纤传感器研究

以生物微反应器中培养液pH在线监测为目标,研制出一种基于光度吸收原理的阵列光纤传感器。利用MEMS加工工艺,制备出传感器的阵列吸光池芯片,采用光学软件对吸光池进行优化设计,提高了传感器光传输效率,并通过CFD软件进行流体模拟,优化吸光池结构,降低了溶液死体积,缩短传感器响应时间。实验结果表明,所研究的传感器阵列检测灵敏度为0.83V/pH,响应速度快,可用于多个生物微反应器的pH在线监测。     

用于生物微反应器pH在线监测光纤传感器研究

以生物微反应器中培养液pH在线监测为目标，研制出一种基于光度吸收原理的阵列光纤传感器。利用MEMS加工工艺，制备出传感器的阵列吸光池芯片，采用光学软件对吸光池进行优化设计，提高了传感器光传输效率，并通过CFD软件进行流体模拟，优化吸光池结构，降低了溶液死体积，缩短传感器响应时间。实验结果表明，所研究的传感器阵列检测灵敏度为0.83V/pH，响应速度快，可用于多个生物微反应器的pH在线监测。     

基于微波谐振结构的油料金属磨粒含量检测的传感器设计

为了利用介电常数法测油料的金属磨粒含量,提出了一种基于微波谐振结构的金属磨粒含量检测传感器。该传感器以环形微带线为谐振结构,采用交指耦合线馈电,同时,在传感器的金属接地板上加载互补开口谐振环以增强谐振特性。利用油液介电常数与金属磨粒含量之间的关系,以介电常数代替对应含量进行仿真,仿真结果显示,当待测油液的金属磨粒含量由0μg/g变化至170μg/g时,传感器的谐振频率向低频处发生偏移,其中圆柱形容器频偏为74MHz;杯形容器为128MHz;加载互补开口谐振环后,杯形容器频偏为298MHz。最后拟合了油液金属磨粒含量与频率偏移之间的关系,建立了油料金属磨粒含量的检测模型,拟合优度为0.9932,拟合效果较好。     

基于FBG的机翼盒段结构健康监测系统功能验证研究

光纤布喇格光栅(FBG)传感器因其具有抗电磁干扰,质量轻,可多路复用等优点,在结构健康监测领域有广泛的应用前景.国内在航空结构的健康监测领域研究中,对FBG传感器的应用研究均集中在实验室小尺寸试件上进行,该文在某型无人机大型碳纤维复合材料机翼盒段实验件上布置了34个FBG传感器组成FBG健康监测系统,在机翼盒段的强度测试中对其进行了在静态扭转和弯曲载荷下的在线实时应变分布监测,并将其与传统应变片测得的数据进行对比,得到了好的吻合性.该文还针对FBG的该应用,对其粘结剂的选取和标定方法进行了讨论.     

梳状谐振式磁场传感器设计

给出了一种新型梳状微机械谐振式磁场传感器的设计.采用静电激励和静电检测,通过罗伦兹力的反馈将磁场的大小转变为频率输出.对结构模型进行简化,推导出了本征频率的计算公式并进行了ANSYS模拟.通过尺寸的设计,该传感器的灵敏度可以达到258 kHz/T.     

基于Lamb波主动结构健康监测系统的研制

基于压电传感器和Lamb波的主动诊断技术是结构健康监测方法中行之有效的热门研究方法,它能实现对金属和复合材料结构中的微小损伤进行在线实时的监测.该文基于上述方法,研制了一台通用的结构健康监测系统.针对该方法在实际工程应用中的需求,详细讨论了系统整体软硬件的实现、运行效率和抗串扰能力.最后在某型无人机机翼盒段上完成了该系统地面应用的功能验证实验.     

基于离轴刻写的FBG包层模式的光纤弯曲传感器

基于光纤光栅(FBG)包层模式,制作了一种弯曲在线监测的全光纤传感器。传感器使用193nm ArF准分子激光器,通过离轴刻栅的方式在15mm单模光纤上刻写的光栅。对该传感器的弯曲和温度变化的响应特性进行了理论分析,并在0~1.2m-1曲率变化范围内,对传感器的弯曲响应特性进行了实验研究,结果表明,随着弯曲曲率的增大,包层模式的强度下降。其对弯曲的响应灵敏度为0.11dB/m-1,线性度为0.996,表现出了它较高的灵敏度和线性度。随着环境温度从25℃变化到60℃,该传感器峰值波长响应灵敏度为0.02nm/℃。结果表明,该型传感器对温度干扰不敏感。由于其结构简单,制作方便,精度高,在油气田管道健康监测领域有较好的应用前景。     

基于折反射星敏感器光学系统的光纤光栅温度传感器设计

为了实现太空环境下的卫星折反射星敏器光学系统中特殊结构部位的传感器的安装及温度监测,排除应变对传感器的影响,设计了一种适用于光纤光栅的环形特殊封装结构。并对传感器进行了温度标定、拉伸、温度重复性、振动及热真空实验。实验结果表明:这种封装形式的光纤光栅温度传感器线性度为0.998,温度灵敏度为8.5~8.7pm/℃,同一温度下,中心波长变化量在2pm以内,同时,该结构形变产生的应变对传感器中心波长没有影响;在振动及热真空环境下,传感器的性能不会受到影响。     

一种X射线重金属监测仪富集样品定位方法

X射线荧光（XRF）法是实现重金属连续监测的有效方法。为了实现工业环境大气重金属连续监测,样品的富集及与X射线测量位置的精确定位至关重要。提出了一种采用光电位移传感器检测富集样品滤纸位移,实现富集样品移动精确定位的方法。以单片机作为核心芯片,研制了该样品定位控制系统。最后,利用样品定位控制系统进行了一系列样品定位试验。实验结果显示利用光电位移传感器进行多次样品定位的相对标准偏差约为0.5%,进行100 mm位移精确定位的绝对误差小于0.8 mm,能够满足XRF大气重金属在线监测装置中的样品定位要求。     

压电薄膜振动传感器灵敏度与频响标定研究

近年来,压电薄膜振动传感器发展十分迅速,已被广泛应用于结构健康监测、医疗电子、加速度、器件振动等测量。该文针对压电薄膜振动传感器的性能检测,设计了一套以可调频激振台作为核心的压电传感器灵敏度与频响特性标定装置。振动信号由可调频激振台提供,标准压电传感器与自制传感器同步进行振动测试。测试结果表明,该装置可方便地实现对被测传感器灵敏度和频率响应特性的标定。标定系统整体设计简单,操作方便。同时系统体积小,稳定性高,测量误差小,便于对各种类型的压电振动传感器进行检测,具有很强的实用性和广阔的发展空间。基于该系统对自制压电薄膜传感器性能的标定,研究了压电薄膜传感器灵敏度的影响因素。     

石油管材内涂层膜厚检测系统的参数辨识

针对如何提高石油管材内涂层膜厚检测系统精度，基于直射式激光三角法原理建立了光学系统模型，并运用Matlab对其参数进行优化，设计加工了一种新型小口径管材的检测系统。通过对传感器进行标定试验，应用二值化进行数据处理，确定了参数b对光学系统灵敏度影响最大，基于参数辨识进行校正确定了参数b的实际值为33.88 mm。经过试验验证，辨识出的参数b可以使测试系统的精度满足±002 mm的要求，相对于传统标定方法测量精度可提高1个数量级     

SS系列机车制动工况及轮对椭圆化在线监测的研究与实现

提出了一种ss系列机车制动工况及轮对椭圆化在线监测的研究,利用两个位移传感器实时检测制动器传动装置的位移量、车轮轮箍踏面的位移量,通过工控机计算以实现对制动工况中的缓解、制动情况、闸瓦磨损情况、轮箍磨损及轮对椭圆化情况的在线监测;以便于及时处理制动工况中的不良问题,保证行车的安全。通过MATLAB软件仿真了轮对椭圆化检测的变化曲线,验证了研究中对轮对椭圆化情况在线监测的可行性。     

三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明,该传感器的谐振频率为6 300 Hz,工作频率为0.1~2 100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s^-2)时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度。     

偏振正交双频DBR腐蚀声发射传感器研究

为了实现基于光纤传感器的金属腐蚀在线监测,以金属Q235腐蚀声发射在线监测为目标,采用分布式布喇格反射（DBR）光纤激光器作为腐蚀声发射传感器的方法,通过对偏振正交DBR光纤激光器的工作机理及模型进行研究,分析了偏振正交双频DBR激光器用于腐蚀声发射传感器的谐振腔参量对其性能影响的规律,并进行了基于偏振正交双频DBR激光器的声发射检测实验,实现了偏振正交DBR光纤激光器的优化设计,提出了表征Q235碳钢腐蚀阶段的特征量。结果表明,偏振正交DBR光纤激光器不仅能实现对金属腐蚀声信号的检测,其检测频带范围为0MHz~1MHz,还能实现通过平均拍频值的变化来表征金属腐蚀主要的3个腐蚀阶段。该研究为偏振正交DBR腐蚀声发射传感器及组网的优化设计与制作提供了理论和技术基础,对金属腐蚀特别是核级关键材料的在线腐蚀监测具有重要意义。     

数字全息在线监测300 MW机组煤粉细度试验研究

煤粉细度是燃煤电厂运行过程中的关键参数之一，与锅炉燃烧效率、制粉系统功耗以及设备磨损等问题息息相关。文中对数字全息技术在线监测电厂煤粉细度进行了试验研究。搭建了基于脉冲数字同轴全息的在线测量系统，系统包括取样、测量、收集和数据处理四个主要部分。将测量系统应用于某300 MW机组两根一次风管道内的煤粉细度监测，两根管道内煤粉流来源于不同的两台磨煤机，采用自行开发的重建软件对煤粉全息图进行实时处理并输出煤粉细度结果。对系统收集的经过系统测量后的煤粉样品进行实验室筛分，将筛分结果与现场全息结果进行对比，以验证测量系统的可行性和准确性。结果表明，采用面积分布的全息结果与筛分结果基本一致，平均绝对细度偏差在4%以内。同时诊断出了一台磨煤机煤粉细度与设计值偏离较大，证明所建测量系统用于燃煤电厂煤粉细度的在线监测有较大的应用潜力。     

大量程高精度的新型弱光栅位移传感器研究

研发高精度、高灵敏度、大量程的传感器对于边坡、隧道、桥梁等工程结构的健康监测具有重要意义。该文基于杠杆原理,将弱光栅粘贴于基片上,并串联弹簧,形成上部传感单元,通过多种结构形式的比选,发现X型带上外拐加直立段为最优主体结构。基于上述传感结构,设计了一种构造简单、传力稳定,且具有大量程、高精度、高灵敏度的新型弱光栅位移传感器。从理论上推导了测量位移与弱光栅中心波长变化值的关系,并进行了标定试验和模型试验。结果分析表明,基于该结构的位移传感器可实现的测量范围为0～160 mm,灵敏度为24.4 pm/mm,且位移放大倍数可依据需要调整,由此展示了该传感器在结构大变形监测中的良好性能和广阔应用前景。     

光纤布拉格光栅振动传感器研究

随着光纤光栅传感技术研究的不断深入和振动测试技术发展需求的不断增大,关于光纤光栅振动传感器的研究工作迅速展开。介绍了基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器的原理,然后就不同的结构类型对近几年的FBG振动传感器研究进行了归纳,并着重对悬臂梁式和膜片式结构进行了总结。阐述了同种结构类型的不同光纤光栅封装方式的优缺点,分析了现阶段所使用的FBG振动传感器,并提出了影响其性能优化的四点因素。最后对FBG振动传感器的发展作了进一步展望。