薄膜谐振Lamb波传感器测量液体流速矢量的方法

针对液体流速测量领域中微型流量传感器高品质因数、高灵敏度的性能要求。本文设计一种双端增强型薄膜谐振结构实现Lamb波传感器的高品质因数,利用传感器反对称模式(A01模式)在薄膜-液体界面处的消逝波实现液体流速矢量测量。所制作的双端增强型薄膜谐振Lamb传感器A01模式的主峰品质因数为703,A01模式的频率移动量与液体流速大小存在线性关系,频率移动方向与液体流动方向存在对应关系。流速实测灵敏度约为270 Hz/mm/s,传感器稳定性噪声小于0.2Hz,流速最低检测极限值(LOD)为2.2μm/s,流量最低检测极限值(LOD)为18.3nL/min。结果表明,双端增强型薄膜谐振Lamb波传感器可以实现液体流速高灵敏度矢量测量。     

一种高精度微量体液密度声传感器的研制

提出了一种用于微量体液密度测量的超声波传感器结构,并对其进行了理论分析和初步实验。结果表明：这种传感器结构与传统的体液密度传感器相比,具有测量精度高,所需试样少,响应快等特点,具有广泛的应用价值。     

Lamb波压差式微流量传感器

为提高微流体系统中的流量检测灵敏度,增大动态检测范围,实现温度补偿,提出了一种基于Lamb波的压差式微流量传感系统.该传感系统主要由两个Lamb波压力传感器和微通道组成,它利用Lamb波薄膜内应力的敏感特性,以频率计量的方式间接测量微通道两端的压力差;并采用双Lamb波压力传感器构成差动式测量结构进行温度补偿.对长20 mm,宽1 mm,高50 μm的微通道进行了流量测试实验,结果表明:在流量测试范围内,微通道两端的频率差与流量基本呈线性变化,其线性相关系数为0.999 9;在微流量传感器未进行优化的前提下,最小检测量为0.627 μL/s.     

Lamb波压差式微流量传感器的研究

为提高微小流量检测的灵敏度,增大其动态范围,实现温度补偿,提出了一种基于Lamb波的压差式微流量传感器。此传感器主要由两个Lamb波传感器,中间以微通道相连接构成。流体流动时,利用Lamb波薄膜内应力的敏感特性,采用频率计量的方式间接测量微通道两端的压力差,并结合微通道的几何尺寸以及流动特性,利用流体仿真软件Fluent进行仿真获得流量。本文对长20mm,宽1mm,高50μm的微通道进行了微流量测试的相关实验。实验结果表明：在流量测试范围内,微通道两端的频率差与流量基本呈线性变化,其线性相关系数为0.9999;在微流量传感器没进行优化的前提下,其最小检测量为0.627μL/s。     

薄膜Lamb波传感器用于胃蛋白酶原I检测

为满足大规模胃癌早期筛查对胃蛋白酶原I(PGI)检测高灵敏度、高效率、操作简单、样品量少的需求,本文构建了一种PGI抗体功能化薄膜型Lamb波生物传感器。对传感器检测腔薄膜进行PGI抗体自组装修饰,传感器检测腔表面修饰的PGI抗体将样品中PGI抗原特异性的捕获并固定在检测腔薄膜表面,Lamb波传感器薄膜表面质量增加导致其A0模式中心频率发生移动,且频率移动量与检测腔表面吸附物质质量增加量正相关,实现对样本中PGI抗原浓度的检测。实验结果表明:PGI抗体功能化薄膜Lamb波生物传感器对PGI抗原实测灵敏度约为102.114 Hz/ng/mL,理论最低检测限(LOD)为0.176ng/mL,单个样本检测时间为40min,与现有基于光学检测法PGI检测技术相比,具有检测系统简单、操作简单、不需要专业人员操作等显著优势,且比多数光学检测法LOD更低,比电化学法PGI检测技术LOD低两个数量级。结果表明,本文提出的PGI抗体免疫功能化薄膜型Lamb波生物传感器对PGI检测且具有检测下限低、灵敏度高、检测效率高、操作简单、无需样品预处理等特点,满足大规模早期胃癌筛查的基本需求。     

超薄硅衬底氮化铝Lamb波压电谐振器

针对Lamb波压电声波传感器高品质因数(Q值)、低检测极限(LOD)和易集成的性能要求,本文基于SOI(Siliconon-insulator)硅片,通过底层硅(Handling layer)干法刻蚀和中间层(Boxing layer)自截止的方法实现2μm超薄均一的硅衬底结构,然后沉积2μm厚具备高C轴择优取向的氮化铝(AlN)压电薄膜。传感器薄膜区域外设置双端增强反射栅结构用于提高Q值,从而有效降低器件的检测极限,并通过微量水分测试验证性能。该谐振器零阶反对称模式(A0)和零阶对称模式(S0)的谐振状态的实测结果和COMSOL二维模型仿真结果一致,所制作的Lamb波谐振器A0模式的主峰Q值为703,S0模式的主峰Q值为403。微量水分测试S0模式的检测极限优于A0模式,最低检测极限值为0.06%RH。结果表明,氮化铝超薄硅衬底Lamb波压电谐振器能够实现微量水分等高精度检测。     

基于压电纤维传感器的Lamb波传播方向识别

利用压电纤维对Lamb波传感的良好方向性,将3根压电纤维按0°,45°和90°布置并固化在聚合物基体中,制成压电纤维传感器用于检测Lamb波传播方向。理论推导了窄带激励下压电纤维对Lamb波的方向传感响应特性,通过压电耦合仿真分析和实验测试研究了不同频率下压电纤维的方向传感特性,提出了一种基于误差函数的主应变方向估计方法,分析对比了直角三角形(0°,45°,90°)、Y形(0°,120°,240°)和等边三角形(0°,60°,120°)3种压电纤维布置方案下主应变方向识别结果。研究结果表明,压电纤维传感器具有良好的Lamb波传播方向检测性能,可为无需Lamb波波速的缺陷识别方法提供传感技术支持。     

Lamb波与缺陷相互作用的散射特性研究

结构健康监测和无损检测目的是缺陷的识别和定位分析。对于超声导波缺陷检测,关键是要探讨导波与缺陷之间相互作用时的散射特性。利用边界元和模态扩展相结合的方法(BEM-NEMT),本文探讨Lamb波与不同类型缺陷间相互作用的散射特性。在此基础上,详细讨论了分析模型缺陷的尺寸和锐度、不同激发频率和入射模态、缺陷的几何对称性等对Lamb波散射特性的影响,分析结果可为各零部件(如内燃机)缺陷的识别、检测模态和频率的选取提供依据,降低研制周期和成本,从而提高产品性能、功能得到一定的价值效果。     

Lamb波时间反转分解损伤识别方法研究

基于主动Lamb波的结构健康监测和损伤检测是目前研究的热点之一。时间反转分解方法利用发射-接收阵列可以选择性地分别聚焦定位各个散射体.由于Lamb波传播的频散和多模式特性,导致了Lamb波时间反转传递矩阵的不对称性。基于压电激励Lamb波传播过程,分析研究了Lamb波时间反转传递矩阵显著特征值数目与散射体数目的关系,进行了Lamb波传播与损伤检测的实验研究,利用Lamb波A0和S0模式传播解析解数值反向传播,定位板中各个散射体。实验结果表明了Lamb波时间反转分解损伤识别方法的有效性,能够有效识别并定位结构损伤。     

Lamb波时间反转分解损伤识别方法研究

基于主动Lamb波的结构健康监测和损伤检测是目前研究的热点之一。时间反转分解方法利用发射-接收阵列可以选择性地分别聚焦定位各个散射体.由于Lamb波传播的频散和多模式特性,导致了Lamb波时间反转传递矩阵的不对称性。基于压电激励Lamb波传播过程,分析研究了Lamb波时间反转传递矩阵显著特征值数目与散射体数目的关系,进行了Lamb波传播与损伤检测的实验研究,利用Lamb波A0和S0模式传播解析解数值反向传播,定位板中各个散射体。实验结果表明了Lamb波时间反转分解损伤识别方法的有效性,能够有效识别并定位结构损伤。     

磁致伸缩式液位传感器

针对传统的液位测量技术在实际应用中的不足,介绍了一种新型的液位传感器的设计方案。该方案采用磁致伸缩技术将液位信息转化为时间量。通过对磁致伸缩式液位传感器的结构和工作原理的分析,设计了硬件测量电路和软件测量电路,介绍了关键器件,如场效应管、运算放大器、核算处理器等的选型及参数整定方法。实验证明：在液位测量中,这种基于磁致伸缩式液位传感器的采用,大大提高了测量系统的测量精度和可靠性。     

一种新型光纤光栅电流传感器的研究

提出了一种新型的光纤光栅电流传感器。该系统直接在光栅上镀上一层金。在测量中,电流直接对光纤光栅加热使反射谱中心波长产生漂移。该系统结构简单,精度高。     

一种高精度扭矩传感器结构的设计与分析

设计了一种微小扭矩高精度测量传感器。采用4片等厚的弹性臂作为弹性件，配合应变片测量微小扭矩作用下的形变。经过有限元分析确定其结构参数，设计出较为合理的截面。经实验，该扭矩传感器的刚度符合设计要求，能够满足微小扭矩高精度测量的需要。     

加热式热电偶液位测量传感器的研究

压力容器内的水位是反应堆运行中的重要参数,针对传统的传感器难以实现液位测量,提出了一种加热式热电偶传感器,它是基于发热体在气(汽)体和液体中放热系数的显著差异,研制的一种变液位测量为温差测量的加热式铠装热电偶。试验表明,本液位测量传感器原理正确,结构可行,性能可靠,能够准确的判断出液气(汽)界面的位置,推广该传感器在压力容器内应用很有必要。     

一种新型的声表面波液相分析仪器的研究

设计了一种基于双通道水平剪切声表面波（SH-SAW）传感器的新型液相分析仪器，该分析仪器以数字信号处理芯片（DSP）TMS320VC5402为微处理器，在复杂可编程逻辑器件（CPLD）EPM7128S的基础上开发了相应的专用接口电路。系统采用流动注射分析（FIA）技术，实现各种溶液的物理特性参数的全自动分析检测。此外，通过基于PDIUSBD12器件的USB总线（Universal Serial Bus）的接口，分析仪器可方便地与计算机进行通讯。实验表明该分析仪器能有效地检测溶液的总盐度、白酒酒精度以及有机溶液中的水质量分数等参数指标。仪器具有灵敏度高、重复性好、检测速度快、体积小以及便携等特点，在工业生产和环境现场实时监测中有良好的应用前景。     

基于CAV444的电容式液位传感器设计与优化

文中介绍了电容式液位传感器的测量原理,提出了一种基于CAV444线性电容-电压转换芯片的电容式液位传感器设计与优化方案。该方案根据所测液位范围对应的电容值变化范围对调理电路的输出电压进行了变换,以提高传感器的灵敏度,并根据被测信号的带宽设计了低通数字滤波器,提高了传感器的抗干扰能力。测试结果表明,该传感器性能稳定,最大非线性误差为0.75%,测量结果线性度好;引用误差为1.13%,测量准确度高,能够满足大多数工业现场实际的液位测量需求。     

基于微波谐振腔的湿度传感器

构建了含水混合物介电特性模型，设计了基于此模型的开路同轴谐振腔传感器，并指出影响其传感特性的两个主要参数是保护盖介电常数和空载谐振频率。鉴于此，针对保护盖材料及空载谐振频率对传感器传感特性的影响进行了全面分析和仿真。加工了具有不同谐振频率的微波谐振腔及不同材料的端口保护盖。实验结果表明，该模型能够很好地指导传感器的设计，同时选取Al2O3作为保护盖材料及具有空载谐振频率为2．5GHz的谐振腔，具有较好的测量效果。     

基于热敏电1阻的热式液体流量传感器

根据热消散效应原理,设计了一种基于热敏电阻的热式液体流量传感器.介绍了传感器设计模型及工作原理,通过流体力学软件FLUENT对传感器进行了液体温度场仿真分析,验证了传感器设计的可行性.通过实验与分析,求出了液体流量变化与所设计传感器对应的电压变化函数关系.进行了0～100 L/h流量范围液体流量测量,提出了传感器研究与改进的方法.     

一种新型浓度传感器的实验研究

介绍一种新型测量气／固两相流固相浓度的螺旋极板电容传感器，并通过实验得出提高传感器检测场灵敏度空间分布均匀性及克服边缘效应对检测精度影响的方法。     

微波谐振腔含水率传感器的设计方法

构建了含水混合物介电特性模型,设计了基于此模型的开路同轴谐振腔传感器,并指出影响其传感特性的两个主要参数是保护盖介电常数和空载谐振频率.针对此问题,利用MATLAB对保护盖介电常数和空载谐振频率对传感器传感特性的影响进行了仿真和分析.加工了具有不同谐振频率的含水率传感器及不同介电常数的保护盖.实验结果表明,本文提出的模型能够很好地指导传感器的设计,同时选取Al2O3制作的保护盖和空载谐振频率为2.5G的同轴谐振腔具有较好的测量效果.