声表面波相关叉指换能器的半物理仿真

为方便、灵活地研究相关叉指换能器实物的相关性能,提出了一种基于ADS软件的可对声表面波相关叉指换能器性能进行验证的半物理仿真方法。该方法利用实际器件实测的S参数,在ADS中构建其物理抽象模型,并通过虚拟构建激励信号产生电路,利用ADS瞬态仿真功能,研究实际器件在不同激励信号下的响应,由此分析相关叉指换能器的相关性能。将半物理仿真结果分别与MATLAB理论仿真及阅读器实验结果进行对比,验证了该方法的可行性。     

基于Lamb波时间反转法的复合材料损伤检测

为检测复合材料损伤,利用Lamb波时间反转法的聚焦特性,在复合材料布置压电传感器激励和接收Lamb波.时间反转法无需对比基准信号就能快速准确地实现损伤的判别,提出的改进损伤成像方法可实现损伤情况可视化.实验研究验证了检测方法的有效性和改进损伤成像方法的优越性.     

AD7745在微机械电容式传感器测量电路中的应用

AD7745是一种高性能的∑-△型电容/数字转换器,可直接连接电容传感器的电容进行测量,无需其它外围器件.该芯片还具有高分辨率、高线性以及高精度的突出优点,非常适合测量微机械电容式传感器的微小电容变化,使微机械电容式传感器的应用更加灵活.     

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。     

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。     

同面多叉指电极结构的电容式三维力触觉传感器设计

为了解决普通同面电极结构触觉传感器灵敏度低和初始电容小的问题,提出了同面多叉指电极结构的柔性电容式触觉传感器设计方案。该传感器利用电场的边缘效应,通过改变介质层的相对介电常数实现电容的变化。对叉指电极和普通同面电极的电场分布进行了COMSOL仿真分析,对所提出的传感器分别进行了仿真分析和实验验证。结果表明,该传感器不仅提高了同面电极结构触觉传感器的灵敏度和初始电容,还可实现0～10 N量程的三维力检测,且法向和切向的平均灵敏度分别为0.0186N~(-1)和0.0103N~(-1)。     

电容式钢筋腐蚀传感器的设计

根据钢筋混凝土结构锈蚀过程中电介质变化的特点,设计了一种电容式钢筋腐蚀传感器.为解决电容传感器检测准确性易受环境影响的问题,加入了参比电容和温度传感器对含水率和温度进行实时检测.根据法拉第电解定律设计了电化学加速腐蚀实验,对不同腐蚀率和不同温度、含水率下传感器的电容值进行标定.实验表明,传感器可以检测到49.68％钢筋...     

复合材料板的空耦超声 Lamb 波原位应力测量方法

为了实现大部件复合材料板的原位应力测量,提出了基于 Lamb 波的复合材料板空气耦合超声应力测量方法。 目前, 由于空耦超声换能器声阻抗的严重不匹配导致能量损失严重、空耦超声信号较为微弱,在声学特征准确提取上难度较大。 与此 同时,空耦超声 Lamb 波应力测量方法在复合材料中的应用仍处于理论与实验的探索阶段。 通过实验方法探究碳纤维复合材 料的 Lamb 波声弹性效应规律。 根据复合材料板相速度与最佳入射角频散特性分析确定了空耦超声换能器的中心频率与相对 纯净 A0 模态 Lamb 波的激励方式,使空耦超声 Lamb 波具有较好的信噪比,保证声时提取的准确度。 为了验证所提出方法的有 效性,分别沿着 0°、15°、30°、45°、60°、75° 以及 90° 纤维方向获得 7 个不同的拉伸试样进行应力测量。 实验结果表明,在 0~ 100 MPa 范围内测量误差小于±8. 1 MPa,测量重复性为 7. 5 MPa。 该方法在测量精度和测量重复性等方面具有显著优势,可 为大部件复合材料板的原位应力测量提供一种先进可行的技术。     

基于模型识别的高温微型压力传感器

高温测量是急需解决的测量问题之一。介绍一种将放大电路与信号传感器件分离的基于模型识别技术的高温微型电容式压力传感器。电阻电容信号滤波网络和信号的模型识别组成一个微型传感系统，在对滤波网络进行激励和模型识别后就可以得到变化的电容值。这种MEMS技术制作的硅玻璃键合的电容式压力传感器，可以在小于300℃环境下工作。此高温测量系统既满足高精度测量的要求，也避免了在高温环境中进行信号放大的难题。     

柔性声表面波器件的波模式分析

用反应磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上沉积了ZnO压电薄膜,并制备了基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波(SAW)器件。制备的柔性SAW器件显示了良好的谐振性能,而且展现出两个波模式:模式0和模式1。当波长为32μm,ZnO厚度为4μm时,SAW器件的模式0和模式1的谐振频率分别为34.4MHz和158.5MHz,对应声速为1 100.8m/s和5 072m/s。模式0为已知的瑞利波,模式1为新的高频模式。沉积了不同厚度的ZnO薄膜制备柔性SAW器件,进一步分析了薄膜厚度对SAW器件和模式1的影响。分析认为该高频模式不是传统硬质衬底上SAW器件产生的Sezawa波,而是S_0兰姆波,并且是有衬底情况下的S_0兰姆波。文中还采用Comsol仿真分析了新的高频模式1的粒子振动位移,结果和S_0兰姆波粒子振动位移一致,从而验证了其为广义兰姆波的正确性。     

电路级虚拟维修系统中等效电路模型建立方法

介绍以SPICE仿真软件为仿真引擎构建电路级虚拟维修(Virtual Maintenance in Circuit Class,VMCC)系统时建立数字器件等效电路模型的方法。利用该方法建立的数字器件等效电路可以模拟实际电路数字器件的功能,解决了数字器件难以仿真的问题。该方法已经成功应用于电路级虚拟维修原型系统。     

基于反时限特性的控制与保护开关电器的设计

根据国标GB14048.9要求,控制与保护开关电器应具备过载延时反时限动作特性、电源故障指示、短路保护、漏电保护、缺相保护、漏电保护等功能。为替代传统的热磁脱扣电器,提出了一种基于单片机反时限算法的控制与保护开关电器,该系统由DC-DC模块、模拟采样电路、运算放大电路和脱扣电路构成,采用硬件校准方式进行电流校准,并实现了三相电流检测和漏电检测;提出了继电器脱扣和分励脱扣两种方式;同时开展了反时限算法的分析,建立了过载反时限算法与控制与保护开关电器的关系,提出了一种离散化的过载反时限特性算法,最后,进行了过载反时限特性试验,就不同电气环境下的反时限特性做了详细的测量与论证。研究结果表明,该研究为进一步进行控制与保护开关电器的优化工作奠定了基础。     

Simulation of time reversibility of Lamb wave in symmetric composite laminate

In this paper, a computationally efficient scheme to simulate Lamb wave propagation in symmetric laminated composite is presented and used to study time reversibility of Lamb wave. The technique proposed is a modified version of the wavelet spectral finite element (WSFE) which has been earlier developed for one- and two-dimensional wave propagation. The method follows a finite element procedure in the transformed frequency-wavenumber domain. The transformations are done using Daubechies scaling function approximation in time and one spatial dimension. Here, the modified WSFE method is used to simulate time domain Lamb wave response in doubly bounded, symmetric composite laminates. The results have been validated by comparing the wave velocities derived from these simulations with those obtained from experiments. The technique has also been used to emphasize and analyze the time reversibility phenomenon of Lamb wave. Finally, the constraint of the simulation in terms of wrap-around problem is explained with numerical examples.     

板中Lamb波激励响应计算方法

采用基于半解析有限元的激励响应计算方法来求解薄板中Lamb波的激励响应结果,替代常规的实验方法,实现对薄板中Lamb波传播特性的仿真分析。与三维有限元仿真方法相比,采用激励响应计算方法仿真导波在波导介质中的传播过程可以节省计算量,提高效率。通过求解薄板中Lamb波的一般均质方程,基于频谱叠加原理,可以计算薄板中Lamb波激励响应结果。分别提取激励响应计算结果和实验测量数据,通过小波分析计算两种数据的Lamb波群速度。经验证,激励响应仿真计算结果与实验数据有很好的一致性,通过群速度频散曲线对比两种方法获取的数据,模态分析结论一致。激励响应计算方法还可以仿真计算任意截面波导介质中导波的传播过程,具有较好的通用性。     

高性能微加速度计接口电路的研究

介绍一种可用于微机械电容式加速度计检测的接口电路，该电路利用电荷放大器把电容变化转变成电压变化，再对被加速度信号调制的载波信号进行解调，经过低通放大滤波，最后得到与加速度信号成正比的直流电压信号，具有测量差分电容变化的功能和灵敏度高、线性好的特点。整体电路通过Pspice进行了仿真，优化后制成PCB板进行实验。实验结果线性度为5％，灵敏度为19．5V／pF，表明该电路是一种具有实用价值的电容式加速度计检测接口电路。     

基于 Lamb 波的数据传输与缺陷检测同步实现方法

在结构健康监测领域,超声导波相对于体波具有传输距离远、覆盖范围大、检测成本低的优点。提出了一种基于Lamb波的数据传输与缺陷检测同步实现方法,实现了超声系统的多功能复用。通过理论仿真与扫频实验验证了Lamb波模态调制理论,使用压电晶片主动传感器在铝板上以500 kHz的中心频率激发出S₀模态Lamb波进行数据传输和缺陷检测。针对Lamb波边界反射引起的码间串扰问题,采用移不变稀疏编码方法进行信息恢复,在具有反射边界的铝板上成功实现100 kbps的信息传输速率,并且误码率为0。同时,利用移不变稀疏编码中的原子信号进行结构缺陷检测,根据合成孔径聚焦技术实现了缺陷的准确定位,定位误差小于0.2%。     

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。     

电网电容电流外加信号单频测量法的研究与应用

针对高压电力系统发生单相接地时,流经故障点的电流急剧增加,产生很强的间隙弧光接地过电压问题,对电网电容电流外加信号测量控制器的方法进行了详细的分析,充分论证了测量电网电容电流的必要性,对电网电容电流外加信号单频测量控制器的方法进行了研究,将外加信号单频测量法的原理计算分析与其他测量方法进行了比较。研究结果表明,电容电流外加信号单频测量法具有测量准确,特别是电网系统阻尼大,回路Q值低或位移电压很小时,更能显示外加信号单频测量法的优势,为进一步进行优化电网电容电流测量法的设计与应用奠定了基础。