基于ARM与有理数滤波的甲烷体积分数监测系统

介绍了一种甲烷体积分数数据采集系统.该系统运用分子辐射吸收理论的红外检测技术,设计了CH4体积分数检测的红外传感器,其具有响应速度快、能在恶劣环境下工作的优点.信号调理电路采用锁相放大器进行微弱信号检测,同时软件设计中采用有理数滤波算法进行数据处理,能显著提高系统的检测精度和稳定性.实验表明:测试精度约为5×106,可...     

微型化FAIMS气体传感器的制备与测试

依据高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)原理,设计了一种迁移区和收集区一体化式的微型化FAIMS气体传感器。电离区采用能量为10.6eV的紫外灯对异丁烯气体进行电离,迁移区和收集区采用微电子机械系统(MEMS)工艺进行制备,将图形化后的硅片和硼硅玻璃通过阳极键合工艺制备成一体化的传感器,传感器尺寸为3mm×4mm×1mm。实验中,搭建了相应的测试系统,在收集区外接放大电路对异丁烯的电离进行了检测。将传感器在不同体积分数异丁烯环境中进行测试。测试结果表明,传感器测试精度可达1×10^-7/mV,在体积分数2×10^-4的异丁烯环境中其响应时间为6s,恢复时间为7s,具有较快的响应时间和恢复时间,且具有良好的稳定性和重复性。     

基于GWO-BP神经网络补偿的SF6红外气体传感器

为实现电力系统中SF 6气体的有效监测与控制,本文基于非色散红外原理(NDIR),设计了一种SF 6气体传感器。但是,在实际的测量中,环境的温度与气压差异性容易影响SF 6气体浓度检测装置的检测精度,因此需要采取适当的方法消除环境引起的测量误差。本文采用灰狼智能优化算法—误差反向传播(GWO-BP)神经网络对环境温度与气压变化引起的测量误差进行了补偿,并与其他补偿方法作了比较。分析得出:进行补偿后的浓度数据在0~2000 ppm范围内误差为±15 ppm,满量程误差为0.75%FS,有效提升了传感器的测量精度与稳定性。相较于电路补偿法,该方法有更高的测量精度,并且降低了传感器的体积和成本。     

一种冰醋酸红外气体传感器设计

提出了一种基于非色散红外原 理的冰醋酸红外气体传感器。介绍了冰醋酸红外气体传 感器的原理,然后对其结构设计进行了详细描述,并利用Light Tools 软件对其光路进行了仿真验证,最后获得了冰醋酸红外 气体传感器样机。测试结果表明,该传感器在0～5000 ppm范围内 的测量精度优于±1%F.S.,响应时间(T90)为29 s。这种传感器的光源部分 采用电调制方式,舍弃了传统的红外气体传感器光源部分的机 械斩波结构,进而减小了传感器的体积,提高了稳定性。因此,该传感器 在冰醋酸运输、储存和使用等领域具有广泛的应用前景。     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。     

碳纳米管聚苯胺薄膜SAWSO2传感器的实验研究

以128°Y-LiNbO3晶体上实现的双声路声表面波(SAW)器件为载体,在器件的测量声路上制作了对SO2气体具有敏感作用的碳纳米管聚苯胺薄膜,提出了一种基于碳纳米管聚苯胺薄膜的SAW SO2气体传感器.该传感器中的双声路结构消除了因外界测量条件改变引起的测量误差,提高了传感器的可靠性和准确性.利用原位法制备的碳纳米管聚苯胺增加了SO2气体的吸附面积,提高了传感器的灵敏度.实验结果表明,基于碳纳米管聚苯胺薄膜的SAW SO2气体传感器在测量范围内对各种浓度的SO2气体具有好的响应特性;当输入体积分数为1×10-6时,传感器的响应灵敏度约为8.3 kHz,比单一聚苯胺薄膜高1.8 kHz.此外,该传感器也具有更好的线性特性.     

基于无线传感器网络的角度监测系统

针对传统的角度测量设备体积庞大,测量精度低,实时性差等问题,介绍了一种空间物体三维姿态监测系统,其使用三轴加速度传感器监测空间物体的横摆角和俯仰角,使用三轴地磁传感器,结合加速度传感器对其进行修正,监测空间物体的滚转角,监测数据通过Zigbee无线通信网络传输至监测终端进行数据的实时显示与存储.测试实验证明系统具有使用灵活、测量精度高,实时性好等优点.     

基于圆盘积分的体积光学测量系统设计

在不规则物体的体积测量中,用量杯进行人工测量是常用的一种方法。以不规则四棱锥的体积测量为例,结合激光学原理和CCD传感器成像技术,提出一种快速的自动测量方法。该方法利用TMS320F28335高速数字信号处理芯片作为主控电路,采用激光三角法和微积分中的圆盘法,实现不规则四棱锥的体积测量。该方法综合考虑了CCD 传感器动态成像时云点坐标的自动采集误差,并通过补全和最小二乘法来提高自动检测的精度和稳定性。实验结果表明,该系统的相对测量精度达到94%以上。     

微悬臂谐振传感器闭环接口和嵌入式频率电路

设计了谐振式微悬臂梁传感器闭环接口和嵌入式频率读出电路。首先,谐振式微悬臂梁传感器和接口电路组成闭环自激振荡系统。为了提高该闭环系统的频率稳定性和频率跟踪性能,引入具有无相差频率跟踪的锁相环电路,并设计放大移相电路以满足闭环自激振荡条件。该闭环系统的频率稳定性可达±0.1Hz,并且能够实时跟踪悬臂梁谐振频率的变化。此外,单独设计了嵌入式的频率读出电路,用于检测并显示悬臂梁的谐振频率。将悬臂梁传感器、接口电路和频率读出电路集成在一起,做出了小巧便携式样机,用该样机可成功探测到体积分数低至约几个10-9量级的DMMP气体。     

基于HMC5883L的电子罗盘

罗盘是自动控制、测试及测量领域中用来获取方向信息的装置。目前应用较广泛的是磁阻式电子罗盘,这种电子罗盘具有较好的抗振性．对干扰有电子补偿．因此测向精度较高,但现有电子罗盘电路结构复杂．体积较大,不便于携带和使用,难以集成到现有嵌入式设备中,针对这些问题．本文提出了以霍尼韦尔（HoneyWell）公司三轴磁阻传感器HMC5883L为敏感元件,使用低功耗控制器AVR单片机为传感器数据处理单元的小型低功耗电子罗盘,     

基于STM32的氧含量测量模块设计

采用氧化锆传感器作为氧含量感应器件,设计了一种基于STM32F030C8T6的氧含量测量模块。分析了传感器基本原理,结合传感器原理设计了传感器工作必须的加热电路和恒流源电路。因为传感器输出信号为毫伏级能斯特电压信号,所以设计了信号调节电路简化氧化锆传感器测量难度。试验证明,模块经过标准气体校准后,测量氧含量精度可以达到1%。通过Modbus接口,可以多模块与主机通讯,在工业控制测量中可方便应用。     

基于WSN分区监测的高炉煤气洗涤设备安全研究

针对目前高炉煤气设备安全状况存在的问题,在无线传感器网络的基础上,提出了一种基于WSN的分区监测的改进算法,用于监测管理高炉煤气洗涤设施。将无线传感器节点按照一定的方式布置在设备中,形成监测网络采集数据,通过算法进行控制分析数据,传达相应的操作指令或发出危险警报。根据仿真图形显示可更加快速地检测出问题,有效提高了对高炉煤气洗涤设备安全数据的分析与预警。     

人工神经网络在气体分析系统中的应用

为了研究人工神经网络在气体分析系统中的应用,选择了识别CH4和CO的传感器阵列及用于网络模型训练的样本。实验分析确定了信号预处理方法,选取合适的网络模型并创新性的对用于气体种类识别的BP算法进行改进,并研究网络结构和参数的变化对气体分析系统性能的影响,实验结果证明气体传感器阵列与BP算法相结合进行气体成分分析具有一定的可行性,若能进一步调整及完善气体传感器阵列的硬件测量电路,则可开发出用于现实复杂环境的多气体分析系统。     

使用无线局域网(ZigBee)的测量参数传输方法

针对外场设备测试环境的特殊性和实时性要求,对设备间的信号采集与传输,提出了一种结合无线传输技术和机敏传感网络技术的高精度多参数测量方法.重点阐述了无线传感嚣网络(ZigBee)拓扑结构协议设计思想,利用边界节点作为路由器起到簇与簇间的中继作用,实现簇间通信;以温度测量为例,给出了传感节点的设计方案,利用巴伦电路实现传感...     

振荡式微小电容测量电路

微小电容的测量成了电容传感器能否广泛应用的关键技术.针对目前微小电容测量系统刷新率低,体积大的现状,本文提出了一种电容-频率转化电路,该电路将电容传感器接入方波振荡回路中,振荡波形频率随电容的改变而改变,通过对振荡波形的处理,积分电路可以将微小的电容信号转换成电压的变化.该测量系统具有功耗低、体积小、分辨率高、刷新率高...     

基于STM32F407与PM1158的焦炉煤气氧含量在线分析仪设计

设计了一种基于STM32F407的焦炉煤气氧含量在线分析仪。该分析仪采用数字型磁力机械式氧传感器PM1158进行氧含量的测量,它不仅能够测量常量氧,而且也能够用于微量氧的检测,测量精度高、响应速度快。传感器输出的信号经过信号采集电路及调理电路送入微处理器STM32F407中进行后续处理。实验结果表明,研制的焦炉煤气氧含量在线分析仪抗干扰能力强、稳定性好,完全符合工业现场的需求。     

一种小型一体化小管径超声波管外测压装置

 针对当前超声波管外测压设备体积较大、能耗高、使用不方便、不能测量小管径内流体压力的难题,研制了一种小型一体化小管径超声波管外测压装置.该装置通过发射电路、高速采集与存储电路的超低功耗设计,大幅降低了设备功耗;设计了一种新型探头夹具提高了回波信号的稳定性;通过锂电池供电、EMD(Empirical Mode Decomposition)去噪等方式增强了回波信号的质量;建立了较为精确的测压模型,实现小管径内流体的压力测量.对多种不同尺寸的小管径内流体进行了压力测量精度验证试验,试验结果表明:该装置体积小巧、功耗低、使用方便,以内径14mm的小管径内流体压力测量为例,最大测量误差不超过8%.     

基于新型广义预测算法的含氧量软测量研究

文章给出了一种基于新型广义预测算法的烟气含氧量软测量方法,并与传统GPC算法软仪表以及氧化锆仪表的烟气含氧量进行了对比测量,结果表明运用新型广义预测控制算法构建的软仪表能够客观反映锅炉燃烧过程中任何时段的真实情况,提高了烟气含氧量的测量精度,优化了锅炉燃烧控制系数的性能.基于广义预测的含氧量软测量技术为工业锅炉的氧量测量提供了新的手段,也为锅炉燃烧过程中其它关键参数如烟气温度的准确、实时、在线软测量开辟了新的途径,对实现燃烧系统的闭环控制和优化运行具有重要的意义.     

用于油井相含率测量的光纤探针传感器研究

针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境,现有井下测量设备复杂,需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率测量的问题,设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料,利用气相和液相对光的折射率不同,通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相,从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。     

变电站高压设备分布式物理化结构模型

设计基于激光即时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)技术的变电站高压设备分布式物理化结构模型,精准获取高压设备位姿信息,有效建立高压设备分布式物理化结构模型。利用无人机搭载激光雷达传感器与惯性测量单元,扫描并测量施工建设中高压设备环境信息;利用激光SLAM技术依据激光雷达传感器的扫描信息,求解设备位姿信息;通过扩展卡尔曼滤波算法,融合惯性测量单元测量的设备姿态角信息;利用加权数据融合算法,融合位姿信息与姿态角信息,获取最终设备位姿信息;依据最终位姿信息,建立设备实景三维模型;通过建筑信息模型,建立设备的建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)模型;利用Revit软件,以自动关联方式,构造两个模型间的关联关系,获取设备分布式物理化结构模型。实验证明：该模型可精准获取设备位姿信息,有效建立清晰的分布式物理化结构模型;该模型可有效融合设备姿态角,提升姿态角测量曲线平滑度。