基于ANSYS的平面电容传感器阵列三维仿真研究

通过电磁场有限元分析软件ANSYS,构建了电容层析成像(ECT)系统平面3×4电容传感器阵列三维模型.介绍了平面电容传感器阵列结构并分析了其测量原理.对电容进行了仿真计算.仿真与实验进行了对比,证明了仿真模拟的可行性.通过仿真计算电容值,研究了材料与电极间距和材料厚度对电容值的影响.计算了电极对长度和宽度方向的检测深度.通过ANSYS模拟,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据.     

边缘电场传感器测量金属衬底绝缘层厚度

针对金属衬底上的绝缘层,研究基于边缘电场传感器的厚度测量方法。位于同一平面的传感电极形成边缘场电容,边缘电场将穿透绝缘层,在衬底表面发生突变。本文用三电容模型分析了传感器的测量原理,衬底作为一个浮动电极分别与两个传感器电极构成平行极板电容,与边缘场电容共同构成传感电容。通过二维仿真讨论了电容结构参数对传感电容的影响。实验结果表明,边缘场电容传感器应用于金属衬底上的绝缘层测量时,表现出边缘场电容与平行板电容复合的特性,传感器灵敏度高。当绝缘层厚度相比电极长度较小时,电极的间距对传感器电容输出影响小。     

基于柱面差分电容的倾角传感器探头的研究

为实现喷雾机喷雾臂水平检测与水平自动调整,应用固体摆和差分电容原理设计倾角传感器探头,该装置包括圆柱面、扇形摆、动电极和两个固定电极;动电极和两个固定电极构成一对差分电容,该差分电容值与传感器探头的倾角成线性关系;通过实验测试,实验数据与理论计算一致,实验数据相关系数R2为1,该传感器探头可以用于喷雾臂检测水平与倾角。     

平面式电容传感器阵列激励模式研究

由于非金属复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列可实现无损可视化检测。针对平面式阵列电极结构,研究不同激励模式对复合材料内部缺陷检测效果影响。提出单激励、双激励和奇偶激励3种激励模式,对比分析各种激励模式下传感器信号强度、探测深度等性能差异。结果表明:奇偶激励模式在信号测量和成像质量方面都优于前2种模式。同时也验证了基于电容敏感机理的平面电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。     

平面电容传感器设计及在材料探伤中的应用研究

材料内部不同损伤具有不同的介电特性,利用平面电容传感器可以实现无损检测。平面电容传感器电极位于同一平面,敏感场非均匀分布,电极结构是影响传感器敏感场分布的主要因素。研究敏感场分布特性有助于提高传感器测量精度。本文基于有限元研究了不同电极结构的平面电容传感器,仿真结果表明,矩形叉指电极敏感场分布均匀性好。分别优化矩形叉指电极和圆形电极结构参数,并基于PCB工艺研制传感器用于材料损伤检测。实验验证了平面电容传感器用于材料探伤的有效性,且矩形叉指电极传感器测量效果优于圆形电极。     

目标导体对近感电容传感器电极电容影响研究

电容传感器是利用探测电极间电容的变化来实现目标近感探测的.对两电极电容传感器,分别探讨了探测大目标导体和小目标导体时电极的自电容、互电容以及等效电容的变化趋势,结果表明,电容传感器在遇目标后,其电极间的自电容均会增大,而互电容则减少.大目标导体会导致电极间等效结构电容增大,而小目标导体的介入不会影响电极间的等效结构电容.     

分布式平面结构含水率测试系统的集成化设计

针对平面结构含水率层析的要求,为克服更换探头和操作过程引起的人为误差,对多极片同面电容传感器探头的结构尺寸进行了优化设计,利用继电器控制能够测量不同深度含水率的电极组合;为避免使用过程中接触状态和结构变形的不一致对测试精度的影响,在装置上集成了载荷传感器,用于监测载荷大小作为数据采集的启动信号;给出了平面结构沿深度方向的含水率的计算方法,并用实验验证了系统的实用性.     

基于平面阵列电极传感器的ECT系统设计

设计了基于平面阵列电极传感器的电容层析成像(ECT)系统.由平面阵列电极传感器ECT系统和计算机成像界面组成,采用电容的边缘效应测量原理,对复合材料的损伤、缺陷进行检测.结果表明:在介电常数ε=3.5的玻璃块材料为被测对象的条件下,得到的ECT图像分辨率高、伪影少.由此表明:该系统是一种简单有效、图像重建效果优良的无损检测(NDT)系统.     

基于电容传感器的围护结构含水率层析方法

针对围护结构含水率测试深度的要求,研究了同面电容传感器探头的结构尺寸优化设计方法,通过仿真和实验研制了不同探测深度灵敏度的测试探头,将围护结构沿深度方向离敞化为若干层,利用实验数据拟合得到各层对于不同探头的输出与含水率的函数关系.通过传感器多结构组合测试,从耦台项中分离出各层的含水率.实验结果表明:该传感器组合测试方法可以达到含水率层析的目的,测试精度与使用的传感器数量有关.     

电容式传感器探测电极设计

为提高电容式传感器的探测灵敏度,对传感器的探测电极进行了设计,当两电极面积之和为一定值,且与目标等距离接近时,为获得最大的电容变化,应使两电极的表面积尽量相等,同时,进行了具有隔离极的探测电极结构设计,经实验证明:当满足隔离极宽度大于2倍探测极宽度时,该结构的探测电极能够显著提高电容式传感器的探测灵敏度,从而提高电容引信的探测距离.     

Three electrodes touch-mode capacitive pressure sensor

 A three-electrode capacitive pressure sensor for touch-mode operation with sensitivity of 0.030 pF/kPa (or 10.4 mV/kPa using CP-10 C/V converter circuit) in the pressure range of 170–280 kPa is presented with theoretical explanation of experimental results. A special ring structure is designed to integrate a sensing capacitor and a reference capacitor into the same cavity to partially cancel out the temperature effect. A third electrode is included to eliminate two-level connections without reducing its pressure sensitivity. The sensor offers the advantages of simple fabrication processes, planar connections, as well as high sensitivity, near-linear output, and large over-range pressure.     

Chemical sensor based on a novel capacitive microwave flexible transducer with polymer nanocomposite-carbon nanotube sensitive film

Microsystem Technologies - This study presents the results on the feasibility of a resonant planar chemical capacitive sensor in the microwave frequency range suitable for gas detection and...     

基于双平面电容传感器的复合材料缺陷检测

非金属复合材料在制造或使用过程中会产生不同形状内部损伤,采用平面电极传感器可对损伤进行无损化检测。针对现有单平面电极传感器检测信号强度弱、检测数据量少等问题,提出一种双平面电极阵传感器检测非金属复合材料的方法。将两个4×4电极传感器组成一套双平面传感器,采用单激励测量模式,利用共轭梯度算法进行图像重建。仿真与初步实验结果表明:双平面电极传感器提高了检测信号强度,使重构图像精度得到了提高。     

一种电容传感器金属材料表面缺陷检测方法

基于电容传感器原理,实现了一种简单有效的金属材料表面缺陷检测方法.首先介绍了电容传感器的工作原理,描述了单电极传感器用于检测金属材料表面缺陷时的基本方法,并给出了相应的电路模型.设计了系列实验验证该检测方法的可行性.实验结果表明：电容传感器对金属材料表面缺陷较敏感,通过单片集成电场成像集成器件MC33794能够快速简单实现该检测方法,为金属材料表面缺陷（如腐蚀）提供了一种快速、便捷、有效的检测方法.     

A printed circuit board capacitive sensor for air bubble inside fluidic flow detection

This paper presents a three-electrode capacitive fluidic sensor for detecting an air bubble inside a fluidic channel such as blood vessels, oil or medical liquid channels. The capacitor is designed and fabricated based on a printed circuit board (PCB). The electrodes are fabricated by using copper via structure through top to bottom surface of the PCB. A plastic pipe is layout through the capacitive sensor and perpendicular to the PCB surface. Capacitance of sensor changes when an air bubble inside fluidic flow cross the sensor. The capacitance change can be monitored by using a differential capacitive amplifier, a lock-in amplifier, filter and an NI acquisition card. Signal is processed and calculated on a computer. Air bubble inside the liquid flow are detected by monitor the unbalance signal between the three electrode potential voltages. Output voltage depends on the volume of the air bubble due to dielectric change between capacitor’s electrodes. Output voltage is up to 53 mV when an 2.28 mm³ air bubble crosses the sensing channel. Air bubble velocity can be estimated based on the output pulse signal. This proposed fluidic sensor can be used for void fraction detection in medical devices and systems; fluidic characterization; and water–gas, oil–water and oil–water–gas multiphase flows in petroleum technology. That structure also can apply to the micro-size for detecting in microfluidic to monitor and control changes in microfluidic channels.     

A readout circuit for an intra-ocular pressure sensor

A readout circuit for a passive telemetric intra-ocular pressure (IOP) sensor is being developed. The intra-ocular sensor consists of a capacitive pressure sensor in parallel with a planar coil. This inductor–capacitor (LC) resonant circuit transduces the pressure into a shift of resonance frequency. A voltage controlled oscillator (VCO) is used to excite the sensor over a large frequency range (20–40 MHz), hereby detecting resonance of the internal sensor, and thus enabling the measurement of the intra-ocular pressure. This low power circuit is extremely compact, making it suitable for long-term ambulant patient monitoring. The circuit allows wireless readout of the smallest pressure transducers. Tests show promising results at mutual coil distances up to 7.5 mm.     

一种电容型位置传感器的设计和应用

本文介绍了电容型位置传感器的设计开发,通过与传统位置检测传感器以及其它相关传慼器的结构和特性的对比,突出了电容型位置传感器的优势一成本低、结构紧凑.在详细分析了电容型位置传感器的结构和检测原理的基础之上,详细介绍了如何设计关键部件PCB的开孔印制线条以及小球的选择.同时基于对该技术的扩展,又介绍了可衍生出的连续位置传感器和加速度传感器.最后结合电容检测芯片MLX90711,介绍了其在小家电领域一飞利浦智能电熨斗中的应用实例.     

A novel capacitive pressure sensor and interface circuitry

A novel capacitive pressure sensor with the island-notch structure is introduced. Its theory model is established based on the structure theory of the plate capacitive pressure sensor. The relationships between the external pressure and capacitance of the capacitive pressure sensor with the island-notch structure are studied by using the method of the finite element analysis (FEA). The results show that the linearity of the capacitive pressure sensor with island-notch structure reached up 0.9941 in the linear measurement zone, the sensitivity reached up 0.0019 pF/kPa, and the measurement range of the capacitive pressure sensor is enlarged. Thus, the contradictory among measure sensitivity, linearity and measure range is effectively relieved in the capacitive pressure sensors with island-notch. In addition, the interface circuitry of the charge transfer is designed, and the performance of the interface circuitry is analyzed.     

基于电容检测芯片的电容检测系统设计

针对电容式传感器研发过程中缺乏有效的微小电容检测仪器的问题,设计了一种基于电容检测芯片MS3110的电容式传感器检测系统,给出了系统的硬件设计以及单片机和上位机部分的软件设计,并对系统的检测精度进行了测试。结果证明,该系统具有较高的检测精度。