基于散射法及透射法的浊度检测系统设计

针对浊度测量方式多样且适应范围不同及浊度检测误差补偿准确度问题,对浊度检测系统的测量方式、光源驱动、量程自动切换、软件标定和温度补偿等方面进行了研究。通过对浊度测量原理的分析,设计了基于散射法及透射法的新型探头及浊度检测电路,利用该新型探头对浊度进行了信息采集,采用分段标定的方式对检测系统进行了软件标定,并对检测系统进行了温度补偿。研究结果表明:该浊度检测系统能实时检测浊度信号,具有量程自动切换、数据处理、软件标定、温度补偿等功能,该检测系统能够准确测量0～1 000 NTU范围内待测溶液的浊度,且测量精度在±1%FS以内。     

基于可见光和近红外光图像的浊度分析（英文）

传统的光电检测系统需要复杂的电路和分光系统,以及需要专业人员进行操作。为了取而代之,结合数码摄像头的成像特点和计算机的高速信息处理能力,提出了一种利用摄像头测量浊度的方法。设计了两种基于可见光和近红外光摄像头的浊度测量装置和一个恒定光强的光源驱动电路。利用自主开发的图像处理软件获取浊度图像中的RGB数据,并将其转换为CIE Lab颜色空间。根据亮度、色差与浊度之间的关系,建立了0-1 000 NTU、小于100 NTU、大于100 NTU范围内的可见光和近红外装置的亮度和色差的浊度检测模型。对所提出的模型进行对比分析,选择综合性能最好的两个测量模型进行融合,生成了一个新的测量模型。实验结果表明,三种模型与商用浊度仪的测量结果之间的相关性均大于0.999,融合模型的误差在1.05%以内,均方误差为1.14。可见光装置在低浊度测量时表现出的误差较小,受图像颜色影响较小。近红外装置在全量程和高浊度测量时更稳定、准确,更适合此类测量。     

基于可见光和近红外光图像的浊度分析

传统的光电检测系统需要复杂的电路和分光系统,以及需要专业人员进行操作。为了取而代之,结合数码摄像头的成像特点和计算机的高速信息处理能力,提出了一种利用摄像头测量浊度的方法。设计了两种基于可见光和近红外光摄像头的浊度测量装置和一个恒定光强的光源驱动电路。利用自主开发的图像处理软件获取浊度图像中的RGB数据,并将其转换为CIE Lab颜色空间。根据亮度、色差与浊度之间的关系,建立了0-1000 NTU、小于100 NTU、大于100 NTU范围内的可见光和近红外装置的亮度和色差的浊度检测模型。对所提出的模型进行对比分析,选择综合性能最好的两个测量模型进行融合,生成了一个新的测量模型。实验结果表明,三种模型与商用浊度仪的测量结果之间的相关性均大于0.999,融合模型的误差在1.05%以内,均方误差为1.14。可见光装置在低浊度测量时表现出的误差较小,受图像颜色影响较小。近红外装置在全量程和高浊度测量时更稳定、准确,更适合此类测量。     

一种新型电容式电导率传感器的设计

为解决电导率传感器耐压能力差,难以在地下水、深水井、水库等环境下进行精确检测的问题,设计了一种新型电容式传感器。根据静电比拟原理,建立电导率-电容-压力-温度理论计算模型,并通过实验验证算法模型的准确性。实验结果表明,传感器结构耐压,可承受1.5 MPa的水压,重复性误差小于1%,测量精度在±1%的误差范围内,扩大了电导率传感器的量程范围和应用场合,适用于地下水、深水井等较大压力环境下的电导率测量。     

集成激光位移传感器和编码器的曲面仿形测头研究

为实现对大量程自由曲面的高精度仿形测量,提出了一种利用闭环运动控制技术集成激光位移器和线性编码器的新方法。采用线性编码器和精密线性机构以及运动控制卡组成Z向位移量伺服随动系统,步进电机自动调整激光位移传感器位置使其工作在中心范围(95～105mm)内,线性机构位移量可由线性编码器测量得到,自由曲面的起伏变化可通过激光位移传感器和线性编码器的输出而得到。与激光位移传感器进行了线性度、示值误差以及重复性等精度参数对比实验,结果表明系统在扩大测量范围的同时具备较高的测量精度。     

差动结构电涡流式液位传感器性能改进与应用

为满足超薄快速铸轧机对熔铝液位精确测量的要求 ,对原有的用于钢水液位检测的差动结构电涡流式液位传感器进行了改进。传感器为发射接受式 ,1个发射线圈 ,两个接受线圈。由于采用差动结构 ,减小了环境、温度等因素对系统的影响 ,前置电路中核心部分采用反馈放大电路。通过对前置电路关键参数进行优化 ,提高了传感器示值稳定度 ;采用曲线拟合法处理输出信号提高了传感器的测量精度。测量结果表明 ,改进后的差动结构电涡流传感器在 89mm量程范围内精度达到± 0 .12mm ,稳定度为 0 .5 2 %。     

游泳池水中氰尿酸快速检测仪性能评价

对游泳池水中氰尿酸快速检测仪的反应时间、线性、试剂批次、不同操作人员对检测结果的影响,以及仪器波长示值误差和重复性、仪器示值误差和重复性以及样品加标回收率等性能指标进行了系统的考察。实验结果表明:氰尿酸在20.0～100.0 mg/L检测范围内时,检测仪标准曲线的线性相关系数r大于0.9998;不同批次试剂检测相对误差小于±5%;不同操作人员检测同一样品的相对误差小于±10%;3台检测仪波长示值误差范围为-0.05 nm～0.53 nm,波长重复性范围为0.02 nm～0.05 nm; 3台仪器设备对20.00 mg/L和50.00 mg/L两浓度标准溶液测定的示值误差均小于±5%,重复性均小于5%;水样的低、中、高浓度加标回收率范围为86.3.0%～111.6%。     

一种双面变极距电容式海水压力传感器的研究

针对传统深度(压力)测量仪器无法满足海洋信息检测对于快速深度测量需求的问题,文中研究并设计了一种基于厚膜工艺制造的双面变极距电容式压力传感器敏感单元。为提高检测灵敏度和满足快速移动测量的需求,采用双面感压电极的芯片式结构设计;基于小挠度薄板设计理论,运用ANSYS对应力、位移进行仿真,对传感器设计的合理性进行理论论证;搭建电容式压力传感器的性能测试系统,分别从线性度、灵敏度、重复性等方面进行性能测试,传感器量程为0～2 MPa,非线性误差小于1%,灵敏度为0. 02 pF/kPa,重复性误差为0. 623%。结果表明该传感器是一种在较浅海域测量线性度好、灵敏度较高、可靠稳定的压力传感器。     

正交并联六轴力传感器耦合误差测量模型及实验分析

为解决并联六轴力传感器量程提升受限问题,设计了一种正交构型并联六轴力传感器。正交并联六轴力传感器是基于并联六轴力传感器的一种构型上的改进,具有承载能力强、解耦性能良好的优势,但同时该力传感器的耦合误差输出具有自身的特点。考虑该力传感器测量分支间摩擦以及正交结构自身特点引起的耦合误差输出,建立了正交并联六轴力传感器耦合误差测量模型。基于所建立的测量模型,通过数值算例分析探讨了传感器设计参数与两种耦合误差输出之间的影响关系,据此研制了一种正交并联六轴力传感器。最后对传感器样机进行了实验,得到其误差分布及检验测量精度。实验所得传感器各维力/力矩在各方向误差分别为0.43%/0.31%,0.18%/0.68%,0.80%/1.28%。     

石油产品微水在线测量数字传感器的研制

本论文设计一种石油产品微水在线测量数字传感器,详细讨论了影响传感器的误差来源,提出相应的处理措施.实验证明:该传感器的测试结果与国家标准试验方法-卡尔·费休试剂法具有一致性,测量重复性较好,实验结果的重复性误差小于7%,且具有测量量程宽,精度高,操作简单,不需任何试剂等优点.     

一种基于孔板压差原理的流量控制系统

为了解决海拔与温湿度因素影响气体流量采集精度的问题,在研究了孔板压差流量控制原理、温湿度和大气压对气体采集流量精度影响的基础上,提出了一种基于孔板压差流量法的流量控制系统。首先,设计了流量孔板结构,开发了数据信号采集与信号放大电路,对传统温湿度流量补偿公式进行了改进,提高了不同环境条件下的孔板流量测量精度;然后,基于脉宽调制(PWM)的气泵控制算法,设计了比例-积分-微分(PID)参数动态调节算法和压差零点自校准方法;设计了人机交互界面,完成了采样流量、孔板大小和压差传感器量程参数的灵活设置;最后,为了验证流量控制系统的精度,研制了流量控制系统样机,并开展了系统实验。实验及研究结果表明：所开发的流量控制系统示值误差在1.12%以内,符合尘埃粒子计数器流量校准规范的要求,克服了由于环境因素导致气体采集流量误差大的问题,在尘埃粒子计数器领域具有较好的应用价值。     

嵌入式时栅角位移传感器短周期误差分析与补偿

为提高嵌入式时栅角位移传感器测量精度,从传感信号形成机理出发,对短周期误差成因进行了详细分析。通过对绕组等效分析和激励信号分析,确定了短周期误差的主要特性为一次和二次误差,一次误差来源为零点残余误差和直流分量误差,二次误差来源为激励信号正交误差。针对短周期误差补偿,提出了基于超限学习机的误差补偿方法,通过对测量值与真实值样本的训练得到模型最优参数,根据模型参数建立短周期误差模型,利用所得误差模型实现对短周期误差的补偿。实验结果表明,短周期误差分析结果与传感器实际误差特性一致,采用该补偿方法传感器短周期误差大幅度降低,降低了约96%。对比和重复性实验表明,该方法与谐波补偿法相比精度提高了约1倍,误差补偿效果更优,同时方法具有良好的测量稳定性,对提高嵌入式时栅角位移传感器的测量精度具有重要的理论和现实意义。     

基于GRIN-Lens散射式红外浊度仪的设计

根据水质浊度测定标准ISO 7027-1:2016,结合散射法浊度测量原理,设计一种用于测量环境水体浊度的小型化便携式浊度仪。测量光源采用波长为880 nm的红外LED,设计了恒流源驱动电路提高光源的稳定性。浊度仪以嵌入式ARM处理器为核心,基于GRIN-Lens自聚焦透镜和TSL2581光强传感器设计检测模块,并通过OLED显示屏实时显示测量数据。设计并通过3D打印技术加工了机械装置,实现了包括光源、比色皿、检测器和GRIN-Lens等结构一体化的测量系统。实验结果表明,浊度仪在0～400 NTU的样品中可精确地对浊度进行测量,线性良好,精密度良好,方法检出限为0.2 NTU。     

一种杜马斯定氮仪的校准方法

本文给出了一种杜马斯定氮仪的校准方法,通过示值误差和测量重复性的测试总结了校准的试验条件和试验方法。实验结果表明:测试高中低3种不同浓度标准物质,最大示值误差为0.3%,数据准确性好;氯化铵测量重复性为0.1%,相对标准偏差小。     

霍尔式磁性液体微压差传感器的设计及特性研究

磁性液体作为一种重要的功能材料,在传感器领域的应用日渐广泛。本文基于霍尔元件设计了一种霍尔式磁性液体微压差传感器,该传感器以透明玻璃管为载体,内部圆柱状永久磁铁的端部吸附有磁性液体,磁性液体形成环状起到润滑和密封的作用,使得永久磁铁在竖直方向运动时的摩擦发生在固体和液体之间,底部磁环用来提供回复力,转换元件采用霍尔元件。当永久磁铁在透明玻璃管内移动时,霍尔元件处的磁场发生变化,进而系统输出电压信号。最终优化后的传感器直径10 mm,长度80 mm,当采用3 mm磁环和50 mm永久磁铁组合时,在0～1 000 Pa的测量范围内,测量精度为1 Pa,线性度误差5.8%,迟滞误差5.3%,重复性误差2.9%,该传感器体积小、成本低,具有很强的实用价值。     

基于液滴分析技术的浊度定量检测研究

为了快速、准确地检测出水质指标,将光纤、电容液滴分析技术作为检测手段,定量检测溶液浊度。通过光纤、电容液滴传感器获取溶液生成液滴过程中基于液滴体积液的"液滴指纹图"。根据指纹图特征,确定了浊度的测量范围,选取光纤信号最大峰值作为分析对象,建立其与浊度的拟合方程,实现了0～200 NTU浊液的快速检测,这种测量方法最大相对误差为3. 9%,具有较高的准确性。     

几种新产品

1.高精度压力传感器美国Robinson-Halpern公司宣称它的144A系列高精度压力传感器可检测强腐蚀性的液体和气体的压力,可直接测量生产过程的压力、发动机的压力等,其精度为±0.1％。此类传感器分电压输出和电流输出两种。电压输出单元具有低输出阻抗(小于1Ω)性能,而电流输出单元则为高输出阻抗(大于3MΩ)。其量程有12种,压力范围从0～10磅/时～2到0～10000磅/时～2而电流量程从1～5mA和4～20mA。其中有些传感器可装上过载保护装置,过载量为150％～200％,它不会损坏单元装置或导致校验误差。传感器的测量元件为MOnel合金波登管,亦可用不锈钢弹簧。     

食品中亚硝酸盐现场快速定量检测系统的研制

研究了一种用于现场检测食品质量产品的“检测系统”——食品中亚硝酸盐现场快速定量检测系统,该检测系统由主机、试剂盒、校准品和操作程序等构成.对该检测系统所涉及的波长示值误差和重复性、测量线性、检测仪示值误差和重复性、稳定性等进行了系统性研究.测试结果表明,光源示值误差范围为-1.1～6.2nm,光源重复性范围为0.0～0.8nm;线性相关系数R2的范围为0.9930～～ 0.9955;校准品(40.0mg/kg)示值误差范围为0.12％～ 2.90％,重复性范围为7.15％～8.31％;标准溶液进行测定(6.0mg/L),示值误差范围为-1.92％～-0.87％,重复性范围为1.59％～～ 2.00％;检测仪稳定性为-0.001Abs/h～0.002Abs/h;并将该检测系统应用到肉制品、腌菜等样品中亚硝酸盐含量的现场快速定量测定,从取样到报出检测结果在30分钟内即可完成,与国家标准方法进行了比对,结果令人满意.     

基于人工神经网络的双级测量系统定位误差补偿

为解决非接触式高精度传感器量程和精度难以兼容的问题,实现大量程自由曲面的高精度扫描测量,在对国内外测量仪器进行研究分析后,提出一种通过柔性铰链带动高精度传感器跟随曲面实现传感器量程扩展的双级测量系统。为进一步提高该系统的测量精度,采用激光干涉仪对测量系统的定位误差进行标定,利用人工神经网络建立双级测量系统的定位误差模型,然后利用该模型进行定位误差补偿,以求尽可能地消除测量系统的系统误差,随后使用激光干涉仪再次对定位误差进行测量,测量结果和作为传统定位误差补偿方法的补偿表补偿法进行对比,最终发现定位精度大大提高,证明了基于人工神经网络的定位误差的优越性。     

灵敏度系数可调布拉格光栅应变传感器的设计

针对裸光纤布拉格光栅应变监测量程或精度有限的问题,提出了一种灵敏度系数可调光纤布拉格光栅应变传感器的设计方法。理论和实验研究了该方法在增大光纤布拉格光栅应变监测量程或提高精度方面的性能,并以此研制了基片表面粘贴式和FRP封装式两种封装结构的灵敏度系数可调应变传感器。理论分析并实验标定了传感器的灵敏度系数。最后,对传感器理论和实验灵敏度系数误差进行了分析,指出了改进的方向。实验结果表明:两种封装结构的大量程传感器的量程分别增加了243%和126%,高精度传感器的精度提高至0.51με和0.52με。传感器标定实验表明,两种封装结构的传感器都有很好的线性度和重复性,相关系数达到0.999以上。