基于多传感器的刀具状态监测系统

以铣削加工为对象,研究了多刃切削加工过程的刀具状态监测问题,从系统的角度分析了刀具状态的多传感器监测原理,并以此为依据确定了采用声发射（ＡＥ）传感器和动态切削力传感器可有效地监测加工过程。文中提出了一种多传感器信号的特征提取方法,该方法利用偏最小二乘法计算样本矩阵的本征值,根据置信因子确定特征维数。为验证该方法的有效性,建立了一个铣削加工实验系统,实验结果表明,该方法可在多种切削条件下获得较高的识别率。     

中国微米纳米-三维集成车削力传感器数据采集与分析系统设计

切削力与切屑形成、切削热、刀具磨损和切削振动等现象有着密切联系,是影响加工精度、刀具寿命和切削效率的重要因素。通过实时测量切削力,及时调整切削参数、优化切削工艺,对于保证加工质量、延长刀具寿命、提高切削效率等有着重要意义。切削力的准确测量和处理离不开优良的数据采集与分析系统,本文针对基于MEMS压阻式芯片的三维集成车削力传感器,以微处理器STM32为控制核心研制了一种三维集成车削力传感器数据采集与分析系统,实现了三维车削力的标定、实时采集和数据分析功能。     

三维集成车削力传感器数据采集与分析系统设计

切削力与切屑形成、切削热、刀具磨损和切削振动等现象有着密切联系,是影响加工精度、刀具寿命和切削效率的重要因素.通过实时测量切削力,及时调整切削参数、优化切削工艺,对于保证加工质量、延长刀具寿命、提高切削效率等有着重要意义.切削力的准确测量和处理离不开优良的数据采集与分析系统,针对基于MEMS压阻式芯片的三维集成车削力传感器,以微处理器STM32为控制核心研制了一种三维集成车削力传感器数据采集与分析系统,实现了三维车削力的标定、实时采集和数据分析功能.     

小型力传感器在沙柳切削过程中的应用

目前用于沙生灌木切削的削片机普遍存在动力输出大而造成能源浪费的问题,为了确定切削力的大小,基于木材切削的普遍规律设计了用于测量切削力的小型传感器对切削过程进行监测,从而得出在不同切削状态下主切削力和法向切削力的值,为后续工作提供参考。     

正交十角环式切削力传感器设计与仿真分析

为了解决传统八角环式切削力传感器灵敏度较差,无法应用于精加工中更高精度的切削力测量这一问题,设计了一 种新型的正交十角环式切削力传感器。运用理论计算、有限元仿真方法分析总结了正交十角环表面应力分布规律,据此确定了应变片的封装位置,设计了能单独测量且抗交叉干扰的测量电路,并以主切削力测量电路为例进行了误差分析。结果表明:新型的正交十角环式切削力传感器在保持良好动态性能的基础上,主切削力、进给力的测量灵敏度较正交八角环式传感器提高了30%,吃刀抗力的测量灵敏度提高了8.3%。     

薄膜锰铜计对100GPa动压的测量

为拓展锰铜传感器的高压测试上限,本文采用薄膜技术研制了一种新型的锰铜传感器。该传感器采用氧化铝封装,后置式结构,两步薄膜工艺制作。利用二级轻气炮进行了40-107GPa的冲击高压加载,试验波形呈现出-理想的平台,寿命为1μs0标定蓝线Px(GPa)=6.0371+29.819(△R/R0)+21.591(△R/R0)2-6.8267(△R/R0)2近似于一条直线,精度达±3％。     

氮化硅薄膜传感器的平面加工工艺研究

介绍一种以氮化硅薄膜为压力敏感膜、多晶硅为电阻应变计的压力传感器。该压力传感器先后采用2种不同的平面加工工艺进行加工,实际结果表明:改进后的工艺比较好。通过采用对称分布在一个敏感膜上的4只多晶硅电阻应变计串联组成惠斯通电桥的一个桥臂,减少桥臂电阻的制作误差。制作传感器样品并对传感器的电压输出特性进行了测试。测试结果表明:恒流激励的传感器的电压输出特性非常好,传感器具有过载保护功能。     

铜离子选择电流型薄膜传感器

以铜离子选择电极为靶材,采用脉冲激光沉积技术在p型单晶硅基底上制备了一种铜离子选择电流型薄膜传感器.该传感器的线性区间为10-4～10-6mol/L,标准曲线的斜率为71 nA/decade,检出限为3.0×10-7mol/L,适宜pH范围4～6,响应时间不超过2 min,在12周内该薄膜传感器显示了良好的稳定性和重复性.该薄膜传感器采用交流红外调制光源激发,以外电路中电流幅值变化量为铜离子浓度测量依据,基于电流量来表征薄膜传感器线性区斜率,该薄膜传感器的检出限比对应的铜离子选择电压型电极低,灵敏度提高了2.45倍.     

阵列化锰铜高压传感器的研制

通过传感器的结构设计、敏感材料和封装材料的研制以及采用新的传感器制备工艺,制作了一种新型的薄膜式锰铜传感器。采用熔融石英材料作为绝缘基板。在绝缘基板上沉积锰铜敏感薄膜。并在敏感薄膜的上面沉积SiO2封装层薄膜。根据"后置"式传感器由阻抗匹配原则,计算出铝靶板中的最高压力为51.68GPa,SiO2封装材料中的压力为35.396GPa。     

PN结型硅基TiO_2氧传感器的特性分析

采用薄膜技术研制了一种以硅PN结结构为基底材料的TiO2氧传感器,阐述了该传感器的工作原理、结构设计、工艺流程及其特性。给出了磁控溅射工艺制备银电极及TiO2薄膜的方法,利用X射线衍射(XRD)标定了TiO2薄膜的金红石相晶体结构,通过扫描电镜(SEM)分析了薄膜的表面形貌及晶粒结构,讨论了TiO2的氧敏感机理,测试薄膜的敏感特性及响应特性。实验结果表明:硅PN结基底TiO2氧传感器具有工作温度低、低功耗、体积小、线性化好的优点。     

一种硅微多传感器集成研究

为满足小体积、多参数测量的要求,利用(100)晶面的各向异性压阻特性与MEMS加工工艺特性,在单芯片上集成制作了三轴加速度、绝对压力以及温度等硅微传感器,在结构和检测电路设计上最大限度地减小各传感器之间的相互干扰影响。三轴加速度、绝对压力传感器利用压阻效应导致的电阻变化测量外界加速度和压力变化量,温度传感器利用掺杂单晶硅电阻率随温度变化的原理来测量外界温度。集成传感器具有较好的工艺兼容性,加速度、压力传感器的压敏电阻和温度传感器的测温电阻采用硼离子掺杂制作,加速度和压力传感器设计成工艺兼容的体硅结构。研制的集成传感器芯片尺寸为4mm×6mm×0.9mm。给出了集成传感器的性能测试结果。     

多晶硅纳米薄膜压阻和电学修正特性

本文制备了不同掺杂浓度的多晶硅纳米薄膜,研究了掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜压阻和电学修正特性的影响。利用低压化学气相淀积法制备了不同掺杂浓度的多晶硅纳米薄膜,掺杂浓度分别为1.0*10^20cm-3、2.0*10^20cm-3、4.1*10^20cm-3和7.1*10^20cm-3。利用应变系数测量装置对不同掺杂浓度多晶硅纳米薄膜的应变系数进行了测量,利用恒流源和万用表测量 不同掺杂浓度多晶硅纳米薄膜的电学修正特性。实验结果表明:多晶硅纳米薄膜的应变系数与掺杂浓度有关,应变系数范围:33.38~38.41,利用电学方法能够修正多晶硅纳米薄膜的电阻,最大修正范围可达15.4%,多晶硅纳米薄膜具有较高的应变系数,适用于制作压阻式传感器,电学修正可用来调整多晶硅纳米薄膜的电阻,进而降低传感器的失调。     

硅基TPMS集成传感器研究

本文介绍了一种应用于轮胎压力监测系统(TPMS)的传感器芯片的设计与制作.该传感器芯片集成了压阻式压力传感器和单电阻结构的温度传感器,根据量程需要,硅杯膜的厚度与面积比比较大,所以高应力区向膜外扩展,通过改变桥臂电阻的摆放位置和形状,提高了传感器的灵敏度,并且通过采取高浓度注入电阻拐角区域,得到了较好的零点输出.     

一种集成式多参数硅微传感器

为了实现小体积多参数的测量,提出一种单片集成多功能传感器.该传感器包括压力、温度和湿度传感器.各部分分别基于半导体压阻效应、电阻迁移率变化、极板间电容变化为原理制作而成.该传感器采用n型(100)基底,利用体硅和面硅工艺加工而成.测量电阻通过离子注入B 形成扩散电阻.为减小各参数间的相互影响,压力传感器的测量电阻布置于[110]晶向,测温电阻沿[100]晶向布置.温度输出信号可以实现对传感器中压力输出时温度漂移的精确补偿.芯片大小为5mm× 5 mm.试验表明传感器具有良好的线性,小迟滞,较高的灵敏度.     

刀具状态在线监测与智能识别方法研究

切削加工中刀具状态是影响加工质量的关键因素,刀具的磨损直接影响工件的加工精度和表面粗糙度.选择加速度传感器监测切削加工中的振动信号,针对刀具状态变化时振动能量分布随之变化的特点,提取不同频段振动能量作为特征量,利用RBF神经网络进行聚类辨识.实验结果表明,该方法具有良好的识别效果和工程应用价值.     

基于柔性电极结构的薄膜电容微压力传感器

基于柔性电极结构,本文设计、制作了薄膜电容微压力传感器,在阐述传感器工作原理的基础上,提出了两种设计思路,即基于柔性纳米薄膜的电容式微压力传感器和具有微结构的柔性电极薄膜电容式微压力传感器,并结合传感器的结构和柔性材料的加工特性,进一步提出了相应的力敏特性材料结构优化思路和加工流程,利用该流程得到了一种结构轻薄、工艺简单、高灵敏度的微压力传感器。经测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到218 fF/mmHg,在智能穿戴和可植入压力检测等领域显示出较好的应用前景。     

正交切削加工过程仿真

为优化正交切削加工参数,采用弹-塑热耦合有限元方法,建立正交切削加工有限元模型.应用DEFORM软件,模拟出45号钢件切削过程中变形区内温度、应力、应变以及切削力的分布,采用自适应网格重划技术避免大塑性变形引起的网格畸变.该仿真结果能对切削加工参数的选择及实际的切削加工提供指导.     

基于黑磷烯/氧化石墨烯双介质层的柔性电容式压力传感器

设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度漂移特性。测试结果表明,以黑磷烯/氧化石墨烯薄膜为双介质层的电容式柔性压力传感器在0～3.12 kPa压力量程内灵敏度可达到1.60 kPa^-1。同时,对该传感器和以氧化石墨烯薄膜为单介质层的传感器进行了弯曲应变性能的对照实验,可知具有双介质层的传感器结构能够显著提高传感器的输出特性。     

基于ZnO薄膜光学温变特性的光纤布拉格光栅传感器

ZnO薄膜具备吸收光谱的温变特性,可有效促进光纤布拉格光栅传感器的工作性能。因此设计了基于ZnO薄膜光学温变特性的光纤布拉格光栅传感器,选用高纯度的ZnO靶材在多功能多元镀膜系统,通过Haruo Takashashi构建计算模型,设计具有光学温变特性的光纤布拉格光栅传感器。其中温度传感头通过将制备好的ZnO薄膜镀于蓝宝石三棱镜斜边面上,结合蓝宝石三棱镜、凸透镜以及光纤面,加强光源利用率,实现光纤布拉格光栅传感器的设计。实验结果表明,所设计的光纤布拉格光栅传感器的波长漂移量会随着ZnO薄膜热膨胀系数不断提高而增加,ZnO薄膜等效折射率大的波长漂移量要比等效折射率小的低,对比多种传感器性能后,发现所设计的传感器温测范围广、响应时间短、测量精准度高。     

低成本的高分辨率磁编码器的研制

高分辨率磁敏电阻式编码器的研制综合了功能材料制备,薄膜技术应用,半导体加工悄磁磁鼓的制备,现代电子技术和传感器设计等多种高新技术。磁敏电阻是对磁通量变化灵敏度非常高的敏感元件,本文讨论了具有磁敏电阻传感器元件和多极磁化磁鼓结构２的讷经增量型磁偏码顺器的研制过程。