基于MEMS技术可植入微压力传感器的检测电路设计（英文）

为实现体内压力（如：血压、颅内压等）的实时监测,采用微机电系统（MEMS）技术制造出植入式微压力传感器.由于它是电容式传感器,在信号读取系统中,首先通过集成电路CAV414将电容信号转换为电压信号.通过理论计算和实际试验测试,微压力传感器初始电容值为15 pF.CAV414检测范围是10 pF~2 nF,检测精度为电容初始值的5%,因此在该系统中可检测到的电容最小变化量为0.75 pF,其输出电压范围为0~5 V,该电压信号可以直接作为模拟/数字转换器（ADC）的输入信号.选用ADC0809实现模拟信号向数字信号的转换.ADC0809为一款8通道8位模数转换器,通过FPGA实现对ADC0809的驱动控制.ADC0809的8位输出信号直接作为数字信号的输入,在本文试验中数字信号处理通过FPGA编程实现.     

基于CAV424的电容式液位传感器信号调理电路研究

介绍了一种电容式液位传感器信号调理电路设计的新方法,通过利用单片的电容／电压信号转换芯片CAV424实现了对电容量的简单、准确测量,同时通过单片机进行智能补偿以实现测量的高精度。该传感器具有测量精度高、可靠性好和较高的性价比等优点。     

应变、温度、位移测量光纤光栅传感器的研究

本文介绍了集成式Bragg光纤光栅(FBGI)传感器的结构及其应用该传感器测量应变、温度、位移的基本原理.利用FBGI和相干性干涉信号解调方法实现了用一个传感器同时测量三个参量.实验结果表明温度精度达±1℃,应变精度为±30u ε,位移分辨率达1nm,测量重复性好.     

基于远距离小电容变化量测试系统的标定及应用

正一、前言大部分电容式传感器测量的电容变化量都很小,尤其是远距离测试电容变化量时,还有传输线路的干扰,这对测量电容变化量的测试系统提出了很高的技术要求。首先能远距离测量电容变化量,且能够分辨出0.01pF的电容变化量;其次要满足远距离测量所需的抗干扰能力。远距离小电容变化量测试系统,实现只通过测量电缆传输电容变化量,完成远端对电容变化量进行测量。     

静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计检测电路研究

静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计量程宽、稳定性高,具有广阔的应用前景。测量电路是保证静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计性能的关键因素。采用交流激励式检测方法,设计了一种微小电容检测电路,并利用软件仿真和实验测试进行验证。结果表明,该电路能够快速检测微小电容并将其转换为直流电压信号,分辨率为0.33 V/pF。此外,抗驱动电压干扰测试表明,该电路能够在1～100 V范围的直流驱动电压下正常工作,电容测量的输出电压最大标准差为0.010 249 V,并且具有优异的稳定性。     

线面式电容传感器结构设计与传感特性研究

提出了一种基于自阻尼垂向测量参考的线面式电容传感器,对垂向运动中的残留水平位移进行精确测量。线面式电容传感器利用细丝电极作为直接垂向测量参考,消除了间接参考在其转换过程包含的系统误差;同时采用细丝末端的液体阻尼器保证细丝电极的稳定性。实验表明:在0.38~0.4pF范围内,线面式电容传感器的分辨力优于0.05μm,短期稳定性约为0.1μm。     

基于多极板电容传感器测量原油含水率的研究

设计了测量原油含水率的多极板式电容传感器及测量电路;建立了多极板式电容传感器测量原油含水率的数学模型,得到了原油含水率变化量与多极板式电容传感器等效电容变化量之间的函数关系.进行了五极板式电容传感器和单极板式电容传感器测量油水混合物含水率的对比实验.实验结果表明采用五极板式电容传感器测量油水混合物的含水率,相对于采用单极板式电容传感器测量油水混合物的含水率的测量精度有大幅度的提高;而且采用五极板式电容传感器测量油水混合物的含水率,无论是在低含水率端还是在高含水率端其测量结果都比较稳定.     

高精度连续型光纤F-P腔液位传感器

提出一种基于光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔干涉仪原理的高精度连续型光纤液位传感器,它根据不同的液体高度产生不同的压强的原理实现液位测量。传感器通过MEMS技术和微光结构加工工艺研制,确保了传感器各项设计要求;系统采用双通道补偿光路以及双路输出比值为信号的处理方式,有效降低了环境因素的影响;利用低双折射单模光纤结合消偏技术,大幅减少了光路中“寄生干涉”和“偏振诱导信号衰落”对光纤F-P传感器测量精度的影响。实验表明,该传感器的灵敏度为0.8mV/mm,测量精度为<±2mm,分辨力为<±1mm,系列样品中最大量程可达30m,而且结构简单,安装方便。     

叶片叶尖间隙测量的光纤传感器

根据叶尖间隙测量的要求,设计了一种新型的光纤传感器。它采用了单光纤传光、多组光纤束接收散射光的结构。发射光纤位于中心,周围均布多组接收光纤。通过各组接收光纤光强的比值运算,消除了叶尖表面反射率变化对测量结果的影响,也可减小叶尖表面与传感器端面夹角给测量结果带来的影响。在转速同步传感器的配合下,该传感器可以实时测量所有叶片的叶尖间隙。当叶片转速在0—12000r／min之间变化时,叶尖间隙的测量范围为0-3mm,测量精度为25μm。     

测量围护结构含水率的同面散射场式电容传感器设计

目前常用的测量含水率的方法有微波法、红外线法和电容法.由于基于电容法的传感器具有分辨力高、响应速度快、体积小、结构简单等优点,被广泛应用.针对围护结构含水率测试深度的要求和测试特点,本文通过仿真和实验,对同面电容传感器探头的结构尺寸进行了优化设计,并采取了保护电极以提高其抗干扰能力;运用改进的充放电电容检测电路,设计出一种测量围护结构含水率的新型同面散射场式电容传感器,该传感器具有宽范围的测试深度和较高的测试灵敏度.     

脉冲MIG焊熔滴过渡最佳方式的控制

基于一个脉冲过渡一个熔滴且熔滴体积不变的思想,提出了在峰值电流和基值电流不变的条件下采用送丝速度预置和峰值弧压调节峰值时间与基值时间的控制方式。试验结果表明:采用这种控制方式,能够在不同送丝速度或不同干伸长下实现一个脉冲过渡一个熔滴且熔滴体积基本不变。     

压电喷墨液滴撞击光滑壁面铺展行为的数值研究

目的 研究典型流体相关无量纲参数对墨滴在光滑承印物表面铺展行为的影响,确定各无量纲参数对铺展直径、铺展因子和稳定铺展时间的影响规律。方法 利用Ansys软件,建立墨滴撞击光滑壁面的数值计算模型,采用VOF模型追踪液滴形状,采用PISO算法计算压力速度耦合。引入韦伯数、雷诺数、奥内佐格数来分析墨滴撞击光滑承印物表面的铺展行为。结果 计算获得不同韦伯数、雷诺数、奥内佐格数下墨滴的最大铺展直径、最终平衡铺展直径、最大铺展因子和最终铺展时间。结论 韦伯数和雷诺数对墨滴最大铺展直径的影响较大,对最终平衡直径的影响较小。韦伯数或雷诺数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡。韦伯数、雷诺数与最大铺展因子呈明显正相关。奥内佐格数对墨滴的最大铺展直径、最终平衡直径的影响都较小。奥内佐格数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡,奥内佐格数与液滴最大铺展因子呈不明显的正相关性。     

墨点形状与承印物移动速度关系实验研究

针对承印物移动速度与墨点成型关系设计了专门的实验,在承印物移动状态下实现喷墨,并检测墨点在移动承印物上的状态。 在实验过程中,喷墨头与承印物之间的距离以及墨点的飞行速度也被考虑在内。 从实验结果分析得知了在承印物移动的前提下,墨点成形的特征,从而为卷筒纸喷墨印刷机提供技术积累。     

压电式喷墨的建模与分析

通过建立一维喷墨模型,对压电式喷墨过程进行了阶段分析,并结合牛顿第二定律、动量守恒定律和能量守恒定律,对作用在压电元件上的电压与相应的压力之间关系进行了分析,对油墨在管腔中的运动进行了描述,并分析了液滴形成的条件以及形成液滴的大小和速度变化,最后通过实验分析了表面张力和喷射速度对墨滴形成的影响。     

脱硫废水烟气喷射蒸发流动特性实验研究

确保喷雾液滴在接触烟道壁面前完全蒸发,是保障电站脱硫废水在锅炉尾部烟道内蒸发处理安全运行的关键。喷雾液滴的破碎、聚并等动力学行为,以及液滴群的粒径分布和速度等因素的影响机制,是喷雾蒸发的主要特性。设计搭建了热态风洞实验台,利用激光粒度分析仪和粒子图像测速仪（particle image velocimeter,PIV）,在不同的引射空气压力、喷嘴水流量,以及风速、加热空气温度等条件下,对喷雾液滴群的粒径变化和速度变化进行了测量和分析。实验结果表明：以大液滴形态离开喷嘴的射流在引射气流的携带作用下,因破碎而形成小液滴,而后液滴间聚并效果会显现出来。液滴初始粒径仅与引射气体压力和水流量有关;风速的提高一定程度上会促进液滴间的聚并。提高高压气体压力、温度、风速以及减小水流量均有助于提高液滴群速度,其中提高风速对液滴群的增速效果最为明显。研究结果为喷雾的数值模拟及工程应用改进方向提供了参考。     

Lipid Bilayers on a Picoliter Microdroplet Array for Rapid Fluorescence Detection of Membrane Transport

This paper describes picoliter‐sized lipid bilayer chambers and their theoretical model for the rapid detection of membrane transport. To prepare the chambers, semispherical aqueous droplets are patterned on a hydrophilic/hydrophobic substrate and then brought into contact with another aqueous droplet in lipid‐dispersed organic solvent, resulting in the formation of the lipid bilayers on the semispherical droplets. The proposed method implements the lipid bilayer chambers with 25‐fold higher ratio of lipid membrane area (S) to chamber volume (V) compared to the previous spherical droplet chambers. Using these chambers, we are able to trace the time‐course of Ca²⁺ influx through α‐hemolysin pores by a fluorescent indicator. Moreover, we confirm that the detection time of the substrate transport is inversely proportional to the S/V ratio of the developed chambers, which is consistent with the simulation results based on the developed model. Our chambers and model might be useful for rapid functional analyses of membrane transport phenomena.     

Coding of Experimental Conditions in Microfluidic Droplet Assays Using Colored Beads and Machine Learning Supported Image Analysis

To efficiently exploit the potential of several millions of droplets that can be considered as individual bioreactors in microfluidic experiments, methods to encode different experimental conditions in droplets are needed. The approach presented here is based on coencapsulation of colored polystyrene beads with biological samples. The decoding of the droplets, as well as content quantification, are performed by automated analysis of triggered images of individual droplets in‐flow using bright‐field microscopy. The decoding strategy combines bead classification using a random forest classifier and Bayesian inference to identify different codes and thus experimental conditions. Antibiotic susceptibility testing of nine different antibiotics and the determination of the minimal inhibitory concentration of a specific antibiotic against a laboratory strain of Escherichia coli are presented as a proof‐of‐principle. It is demonstrated that this method allows successful encoding and decoding of 20 different experimental conditions within a large droplet population of more than 10⁵ droplets per condition. The decoding strategy correctly assigns 99.6% of droplets to the correct condition and a method for the determination of minimal inhibitory concentration using droplet microfluidics is established. The current encoding and decoding pipeline can readily be extended to more codes by adding more bead colors or color combinations.     

液滴法在惯性约束聚变靶丸制备技术中的应用

综述了液滴法用于制备惯性约束聚变（ICF）物理实验靶丸中的历史、现状与发展，评述了液滴法制备玻璃微球、塑料微球、泡沫微球和金属微球的优缺点和弥补技术，初步探讨了液滴法作为ICF靶丸制备技术的方向。