液压油污染物双线圈多参数阻抗检测传感器

提出了一种液压油污染物多参数测量传感器,该传感器在平面型微流体电感传感器基础上增加了一个单层电感线圈,并将两个单层线圈正对排布在直微通道两侧,在电感参数检测的基础上将两个单层电感线圈等效为一对圆环形电容极板,引入了电容参数检测,从而实现了对液压油中铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒、水滴和气泡4种污染物的检测。对该多参数传感器进行了设计,并结合仿真和实验对检测位置进行了优化,电容参数检测实验实现了液压油中180μm水滴和240μm气泡的区分检测;电感参数检测实验实现了液压油中80μm铁颗粒和150μm铜颗粒的区分检测。该研究对液压油多污染物的区分检测提供了一种新方法。     

电感-电容双模式液压油污染物检测传感器

提出了一种电感-电容双模式液压油多污染物检测新方法,所设计的传感器由硅钢片和平面电感线圈构成,通过切换检测模式,既能作为电感传感器区分检测液压油中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒,也能作为电容传感器区分检测水滴和气泡。较传统的电感式传感器,该双模式检测传感器不仅可对多种污染物进行检测,而且硅钢片能够有效增加检测区域磁场强度,从而提高了电感检测的精度。在搭建的检测系统上,使用该传感器对油液中的污染物进行检测试验,在电感模式下成功检测到了30μm铁颗粒和110μm铜颗粒,在电容模式下可对油液中130μm水滴和170μm气泡进行检测。该研究对液压油液污染物的综合检测提供了技术支持,对于预防液压系统的故障和延长液压设备工作寿命具有重要的意义。     

一种液压油多污染物微检测传感器设计及研究

基于微流体芯片技术提出了一种液压油微传感器。微传感器由内嵌硅钢片的平面电感检测线圈与对置硅钢片构成。电感检测模式下对金属颗粒进行检测,电容模式下检测水滴与气泡,实现了对油液中铁磁性颗粒、非铁磁性颗粒、水滴、气泡4种污染物的区分检测。通过实验证明新型结构的微传感器在电感模式下对金属颗粒检测精度的提高,并可以检测到油液中28μm的铁颗粒与85μm的铜颗粒;在电容模式下验证了微传感器在激励电压为2 V、激励频率为0.9 MHz时检测效果最好,并能检测到油液中95μm的水滴和160μm的气泡。该研究在对液压系统的故障预测和故障诊断有着十分重要的意义。     

船用液压油多种污染物高通量检测研究

为了提高微流体油液检测芯片的通量,基于原先的电感-电容式微流体检测芯片,设计紧贴线圈内孔呈环状分布的检测流道,从而将流道截面积增加为原先的8倍,继而增加了检测通量。考虑到油液中的金属颗粒物在环形流道中受重力作用影响,容易沉积堵塞检测流道,采用竖直流道来避免这一现象的发生。通过与原有检测芯片的对比实验,验证所设计的检测芯片可在不降低检测精度的前提下提高检测通量。该传感器的电感参数检测模式和电容参数检测模式可根据液压油中不同的污染物切换运行,从而可区分检测液压油中铁磁性金属颗粒、非铁磁性金属颗粒、水滴和气泡4种污染物。     

双螺线圈式液压油微污染物检测传感器

设计了一种多参数的油液污染物检测传感器,该传感器在单螺线圈电感式传感器的基础上,增加了一个螺线管线圈,可以进行电感检测和电容检测。电感检测可以区分油液中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒;电容检测可以区分油液中水和空气。相对于传统单线圈式传感器,本次设计不仅实现了油液污染物的多参数检测,同时采用线径更小、匝数更多的螺线圈,增加了传感器的检测灵敏度。利用该传感器搭建的实验平台进行检测实验:电感检测时可以检测直径大于20μm的铁颗粒和直径大于80μm的铜颗粒;电容检测时可以检测直径大于90～100μm水滴和直径大于160～170μm气泡。该设计研究为油液污染物快速检测提供了一种新的方法,对于机械设备故障诊断与寿命预测等领域具有一定的意义。     

应用磁性纳米材料的电感式油液金属磨粒检测传感器

为了增加电感式油液污染物检测传感器的稳定性,提升对铁磁性和非铁磁性污染物的检测精度,设计了一种内置磁性纳米材料的电感式油液污染物检测传感器,螺线管线圈内部填充的磁性纳米粒子层可以提升检测区域磁场强度,增强磁化涡流效应。模型材料制作300μm的微通道穿过螺线管线圈和磁性纳米材料组成的传感单元,当污染物通过传感单元时,利用电感检测原理可以区分铁磁性和非铁磁性污染物。同时采用有无磁性纳米粒子层的两种传感器进行多组对比实验。实验结果表明,磁性纳米粒材料的电感式油液检测传感器具有更高的检测信噪比以及更低的检测下限,对于20～70μm的铁磁性颗粒检测信噪比提升了20%～25%,对于80～130μm的非铁磁性颗粒的检测信噪比提升了16%～20%。该方法基于微流控检测技术,具有体积小、检测信噪比高等优点,同时为液压油污染物快速检测提供了技术支持,对液压系统的故障诊断与寿命预测具有重要意义。     

液压油污染物多参数检测传感器

提出了一种基于微流体芯片的液压油多污染物检测方法,所设计的传感器由一个平面电感线圈以及插入平面电感线圈中心孔的金属导线组成,既能当作电感传感器,也能等效成一个圆柱极板电容传感器,从而可实现一个传感器检测多种参数变化量的目的。并且芯片采用竖直式流道有效防止了检测流道的堵塞现象。在搭建的检测系统上进行相关实验,实验结果证明了环形流道可确保电感检测时金属颗粒物流经检测最为敏感的区域,降低颗粒的位置效应对检测的影响。电感模式下用20匝的平面电感线圈传感器实现了液压油中40μm铁颗粒和140μm铜颗粒的区分检测;在电容模式下用该传感器实现了油液中50μm水滴和120μm气泡的区分检测。该研究为液压油污染物快速检测提供了技术支持,对液压系统的故障诊断与预防具有重要意义。     

一种船机油液多污染物检测新方法研究

提出一种基于微流体芯片的新型油液多污染物区分检测方法,该方法设计的传感器由一个直通道微流体芯片以及嵌入芯片中的两个相同的单层线圈组成,不仅从电感原理对船舶液压油中的铁磁性和非铁磁性金属颗粒进行区分检测,也能从电容原理对油液中的水滴和气泡进行区分检测。相较于传统单线圈电感传感器,该双线圈传感器不仅能够检测多种参数,而且具有更高的分辨率。从检测原理对该方法进行了仿真及分析,然后用该传感器搭建检测系统对油液中的多种污染物进行检测试验,在试验中成功检测到了油液中40μm的铁颗粒和110μm的铜颗粒;作为电容传感器时能够检测100μm的水滴和180μm的气泡。该研究对船机油液污染物的快速区分检测提供了技术支持,这对于船舶机械系统的故障预防与诊断具有重要意义。     

对置螺线管线圈的多功能检测模型及灵敏度研究

为丰富螺线管型传感器对液压油污染物的检测内容,提出并制作一种基于微流体芯片的对置螺线管型多功能检测传感器。理论推导了对置螺线管线圈的金属颗粒电感检测模型和非金属颗粒电容检测模型。为进一步提高检测灵敏度,试验对比分析了硅钢片对对置螺线管线圈的电感检测和电容检测的灵敏度。试验结果表明,硅钢片能够显著提升对置螺线管线圈的金属颗粒检测灵敏度,60～70μm铁颗粒和160～170μm铜颗粒的检测信噪比分别提升127.44%、222.07%,也能提高对置螺线管线圈的非金属颗粒检测灵敏度,但不显著,140～150μm水滴和240～250μm气泡的检测信噪比分别提升21.92%、7.95%。该研究对提高螺线管型传感器的液压油污染物检测能力提供了技术支撑,对液压系统健康状态监测以及故障诊断具有重要意义。     

高精度双线圈式磨粒传感器的设计及研究

提出了一种可检测电感和电阻参数的高精度双线圈式磨粒传感器,其可对液压油污染物的检测提供技术支持.激励硅钢片和内置硅钢片通过磁化作用以及对磁场的聚集作用在检测区域中生成了高强度磁场,从而提升了传感器的检测精度.正方形检测通道的设计充分利用了两电感线圈之间的区域,提高了传感器的检测通量.试验表明,内置硅钢片不会改变磨粒传感器的信号噪声,有助于获取更优的信噪比.并且激励硅钢片和内置硅钢片对置区域的磁场强度最强,金属颗粒通过该区域时就会产生电感和电阻变化的脉冲峰值.在搭建的测量系统对油液中的金属磨粒进行检测试验,结果表明电感参数能够检测到25 μm铁颗粒和100 μm铜颗粒,电阻参数方式可检测35 μm铁颗粒和85 μm铜颗粒.通过结合电感参数检测结果和电阻参数检测结果,磨粒传感器可实现对25 μm铁颗粒和85 μm铜颗粒的区分检测.     

大口径自适应镜面微位移测量系统设计

针对大口径自适应副镜镜面变形量小、变化频率高、微变形难以精确测量的难题,设计一种基于电容检测芯片Pcap01-AD和STM32F103的镜面变形检测系统。首先,根据音圈电机驱动的变形镜的特点提出基于电容位移传感的变形镜微变形测量方案。然后,进行该测量系统的硬件和软件设计,其中硬件部分由电容检测芯片Pcap01接口电路、单片机STM31F103最小系统和供电部分构成,软件部分包括实现电容数字信号采集的C程序设计、Pcap01-AD与单片机的通讯程序和数据处理程序。最后,设计实验平台进行多次试验。试验测试结果表明,在变形镜±50μm的位移区间内,测量灵敏度为200pF/3μm,10nm的位移量对应的电容变化为0.067pF。该系统测量精度高、误差小、检测效率高,能够用于自适应镜面的变形检测,同时也适用于其他微小位移的检测。     

一种基于微流体制备的电阻电感式磨粒传感器

为了实现油液金属磨粒的高精度测量,基于微流体制备了一种可检测电阻电感参数的磨粒传感器。通过仿真获得了金属颗粒在时谐磁场中的磁化和涡流效应特征,并通过实验研究了电阻电感检测的电压特性和频率特性。高频激励可以增强金属颗粒内部的涡流效应,而激励电压对传感器检测结果的影响不大。研究表明电感参数对铁磁性金属的检测能力强,电阻参数对非铁磁性金属的检测能力强。采用2.0 V、2.0 MHz的激励,通过比较分析电阻和电感检测结果,该传感器可有效识别直径60 μm的铜颗粒和直径16 μm的铁颗粒。这种基于线圈电阻参数检测非铁磁性金属磨粒的方法为增强磨粒传感器的综合测量性能提供了新思路。     

基于高梯度磁场结构电感式油液污染物检测传感器研究

机械设备油液中不可避免会引入一些污染物,这些污染物会对设备的正常运行造成影响,尤其金属磨粒。在一定程度上,磨粒的属性反映着设备的磨损状态。目前检测磨粒的方法有很多,而电感检测法因结构简单而被广泛应用。传统的电感检测法精度不高,此研究在检测线圈的两侧贴上开有矩形槽的高导磁坡莫合金,可以使磁场向感应区域聚集。先通过仿真对比分析了不同坡莫合金结构的磁场强度,结果表明三角形槽的结构磁场集中但不均匀,矩形开口槽有更高的磁场强度,磁场分布均匀且集中。然后根据仿真结果进行相关实验,结果表明加入矩形槽的坡莫合金后,铁磁性金属颗粒检测信噪比提升20%,检测下限提升至30μm;非铁磁性金颗粒检测信噪比提升70%以上,检测下线提升至100μm,传感器检测精度明显提高。此研究提供了一种高精度电感检测方法来检测油液中的污染物,这对于油系统的寿命诊断和健康监控具有重要意义。     

〈111〉晶向标定方法及其在湿法刻蚀硅光栅中的应用

在利用单晶硅的各向异性腐蚀制作光栅的过程中,掩模与硅晶向的精密对准是获取大尺寸光栅结构的前提条件,高对准精度将显著降低光栅槽型侧壁粗糙度。设计并制作了一种扇形图案,通过以该图案为掩模的预刻蚀,可快速准确发现硅基底内晶格取向。通过此方法进行晶向标定,并利用紫外光刻与湿法刻蚀,成功研制了尺寸为15mm×15mm、高度为48.3μm、周期为5μm、高宽比为20的矩形光栅结构,线条侧壁粗糙度RMS值为0.404nm;利用全息光刻与湿法刻蚀成功研制了大高宽比深槽矩形光栅及三角形槽光栅。矩形槽光栅尺寸为50mm×60mm,高度为4.8μm,周期为333nm,高宽比为100,侧壁粗糙度RMS值为0.267nm。三角形槽光栅周期为2.5μm,侧壁粗糙度RMS值为0.406nm。     

三相磨粒流抛光及其气泡溃灭分布特性

针对软性磨粒流在加工硬脆性材料时效率低下的问题,本文提出一种气-液-固三相磨粒流加工方法。该方法通过在加工流场内注入微尺度气泡群,利用气泡溃灭释放的能量提升磨粒流加工能力。基于计算流体力学和群体平衡模型耦合计算方法,建立气-液-固三相磨粒流流体力学模型,数值模拟结果揭示了工件表面三相磨粒流形成高速湍流涡旋流场加工特性,得到了工件表面气泡溃灭的分布规律,并探明流体黏度与气泡溃灭之间的关系。图像粒子测速实验表明,通入微尺度气泡群后,平均速度从12.50~13.50m/s提升至15.00~17.00m/s,最高平均速度可达20.00m/s以上。对比加工实验显示,经8h加工后,粗糙度从0.50μm降低到0.05μm。理论和实验研究结果说明借助微尺度气泡群的溃灭效应可有效提升软性磨粒流的加工效率和加工精度。     

微铣金属表面微沟槽结构的粗糙度及形貌分析

为了提高和改善微沟槽表面质量,设计了高速微铣削实验,研究了微沟槽底面表面粗糙度和侧壁残留毛刺的变化规律。从理论角度引入了已加工表面的形成机理,建立了微观表面粗糙度理论模型,提出了刀具跳动对侧壁形貌变化影响的规律。利用三轴联动精密微细铣削机床加工微细直沟槽,并选取主轴转速、轴向切深、进给速度、刀具跳动量和材料组织结构为研究因素。采用多因素正交实验和极差分析法,对表面粗糙度值进行数值分析。铝合金,钢和钛合金三类微沟槽底面对应的最佳表面粗糙度值变化范围分别为1.073~1.481 μm,0.485~0.883 μm,0.235~0.267 μm;无刀具跳动钛合金微沟槽壁毛刺的最大高度为7.637 μm,而当刀具存在0.3 μm的径向综合跳动量时对应的微槽壁毛刺的最大高度为21.79 μm。铣削参数对表面粗糙度值的影响按从大到小依次为进给速度、主轴转速、轴向切深,且随着进给速度和轴向切深的增大,表面粗糙度值增大;随着主轴转速的增大,表面粗糙度值先减小后增大;在相同加工条件下,若微圆弧刀刃无磨损,微刀具的跳动量对微直沟槽侧壁表面质量有较大影响。同时,不同金属材料特性也是影响微沟槽表面质量的潜在因素。     

新型运载火箭中电容式液位传感器接口专用集成电路

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能,设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先,完成了整体电路的系统级设计,实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测,将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后,对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后,采用0.5μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片,并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示,芯片电容检测非线性为0.005%,输出噪声密度3.7aF/Hz~(1/2)(待测电容40pF),电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40pF,待测电容40pF,1σ,1h),输出零位温度系数4.5μV/℃。测试结果证明,该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准,可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。     

液晶-变形镜自适应光学系统的数据采集与处理软件设计

为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率,满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求,本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法,以适应实验设备的不断更新换代,避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求,提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系,采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法,确保自适应光学系统的实时性与准确性,避免资源冲突和浪费;采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件,可在0.6ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后,使用该软件进行自适应光学校正:仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38μm降为0.95μm,均方根误差由0.66μm降为0.12μm;液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44μm,均方根误差为0.02μm,计算总延迟为0.378ms。由实验结果可知,本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正,在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势,为后续自适应光学实验提供保障。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。