不同温度与探测频率下的煤电性参数变化规律研究

现有针对煤电性参数影响因素的研究大多为在固定频率或低频率、高温条件下进行的,缺少对超宽带频率和常温条件下煤电性参数影响因素的研究,这对煤电性参数的影响因素研究有一定局限性。针对该问题,为了研究煤电性参数对不同条件下超宽带雷达波井下探测频段选择的影响,利用Concept-80超宽带介电谱测试系统,在0～80℃温度和500～1 000MHz探测频率下测试不同变质程度煤(褐煤、长焰煤和贫瘦煤)的相对介电常数、电导率和损耗角正切值的大小并分析其变化规律。分析结果表明:煤的相对介电常数随着煤变质程度增大而增大,煤的电导率和损耗角正切值随着煤变质程度增大而减小;不同变质程度煤样的相对介电常数均随测试频率的增加而先减小、后增大、再减小,相对介电常数与温度呈正相关关系;电导率与测试频率和温度均呈正相关关系;损耗角正切值与温度呈正相关关系,但测试频率不能很好地反映损耗角正切值的变化。根据3种电性参数在不同温度与探测频率下的变化规律,综合对比3种电性参数对超宽带雷达波在煤中传输的影响,得出在0～80℃条件下使用500～1 000 MHz超宽带雷达波穿透煤体进行探测时选择550～650MHz频率为最佳,且探测频率的选择应随着温度升高而降低。该结论可为在不同条件下超宽带雷达波井下探测频段的选择提供参考。     

基于介电常数测量的新型在线油液监测传感器

介绍了一种基于介电常数测量的油液在线监测电容传感器,设计了微小电容检测的软硬件系统,并以此为基础开发了油液在线监测实验系统.对不同铁粉含量润滑油进行的检测实验表明:该传感器可以有效区分不同铁粉含量的润滑油液.进一步实验研究了温度、滑油压力对传感器特性的影响规律,结果表明:温度、压力与传感器电容值之间近似呈线性关系,即温度、压力对润滑油介电常数的影响近似呈线性关系,通过最小二乘拟合得到了传感器电容值随温度、压力的变化曲线,可为基于介电常数的在线油液监测提供参考.     

基于有限元法的材料电特性计算机仿真研究

等效电特性(如介电常数和电导率)是复合材料的重要物理属性,通常受到材料成分、占比、几何结构等多种因素影响。为深入研究夹杂物形状对复合材料等效电特性的影响机理,采用有限元法(FEM)模拟分析了具有不同形状夹杂物的复合材料模型在静电场下所表现出的等效介电特性,并提出以模型内部所产生的平均场浓度和场波动参数来观察并解释夹杂物几何结构对等效电特性的影响规律。论文借助计算机仿真技术,计算了复合材料模型中,当夹杂物和宿主的介电常数比值不同时,夹杂物几何结构对材料等效介电常数的影响,并将仿真结果与几种经典混合模型的解析公式进行了比较。分析结果表明,复合材料的内部平均场强及场波动变化与等效介电常数变化规律相吻合,而场波动与夹杂物几何结构特征有较为直接的相关性,从而可对材料等效电特性的变化进行合理解释。这一模拟分析方法可为复合材料设计等应用研究提供理论参考依据。     

一种LC谐振无线无源温度传感器的研究

无线无源传感器在工业领域具有重要的应用。本文设计了一种基于高介电常数陶瓷基板的无线无源LC谐振温度传感器,采用电感耦合的方式无线测试了传感器在不同温度下的特性。测试结果表明所制作的无线无源温度传感器谐振频率为1.2MHz,随着温度的升高其谐振频率线性降低,灵敏度为2.3kHz/℃。本文制作的器件实现了非接触式的温度测量,可以在比较恶劣的环境下使用。     

耗散因子的压电等效电路参数确定法

耗散因子反映了材料中的能量损失情况.根据耗散因子的定义,压电材料中的三种耗散因子--介电、弹性和压电损耗因子分别由复数形式的介电常数、弹性常数和压电常数计算得到.但复常数的测量过程复杂,并要求对同种压电材料的不同振动模的测量值进行迭代运算.针对研究中设计的一种压电埋入式混凝土敏感模块,提出一种通过等效电路参数计算耗散因子的方法.等效电路参数测量简单,耗散因子能够在测量同时完成,免去了复杂的迭代过程,同时,可以通过更换相应的特性参数,将该方法应用于不同的压电振动模情况.通过测量压电陶瓷在应力和温度作用下的等效电路参数,计算并分析了埋人状态下压电材料耗散因子的应力及温度特性.     

舰艇高温管路热振耦合试验系统研制

针对舰艇高温管路系统难以同时进行振动与高温加载的技术难题,研制了管路高温振动耦合试验系统,为舰艇高温管路的减振设计提供有效的测试平台;该系统分为热环境模拟子系统和振动激励子系统;以石英灯为辐射热源,设计圆筒形加热器,采用ANSYS对温度场进行瞬态热分析,通过试验与仿真对比表明热环境模拟子系统具有较优的温度加载特性;以电磁激振器、功率放大器、数据采集器共同组成振动激励子系统;在20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃等温度下对刚性吊架管路与阻尼吊架管路进行热振耦合试验,结果表明温度对管路的振动特性有显著影响,且阻尼吊架能有效降低管路的振动水平;所提出的方法可用于高温管路振动特性试验.     

基于介电常数法的高精度油品含水率检测仪

油品含水率影响潜艇和飞机等装备的液压系统、燃油系统、滑油系统的可靠性和安全性,要求含水率小于0.01%。基于介电常数法建立了采集油水混合乳液介电常数变化的电容传感器的数学模型,并经过温度补偿修正。采用S3C2410ARM9作为控制核心,以WinCE作为操作系统管理多个任务,通过AD7745实现介电常数与电容量的数字转换,设计实现了0.01级精度的油品含水率检测仪。实验表明:在-5℃~60℃温度条件下和0~0.35%含水率范围内,润滑油和轻质成品油的含水率精度达到了0.01,且具有重复性好、可靠性高、设备简单等优点。可应用在舰艇、电力、航空航天等对油品含水率要求严格的领域,以保证装备的可靠性和安全性。     

LTCC高温压力传感器温漂特性研究

研究了利用杜邦951 LTCC材料制备的无线无源压力传感器的温漂特性。通过搭建高温测试系统,对传感器0~600℃内的高温特性进行了测试,结果表明传感器存在较大温度漂移。通过制作无腔传感器和LTCC基片上螺旋电感进行高温特性测试,通过对比分析,确定了造成传感器温漂的主要原因是LTCC材料相对介电常数的变化。结合测试数据和公式推导,得出了600℃时杜邦951 LTCC材料的相对介电常数由常温7.8增大到9.04。     

原油含水率测量多因素影响的数值模拟与实验研究

基于介电常数法测量原油含水率,往往受油水两相流态、温度、矿化度、非线性特性等多因素的影响.因此,设计一套基于多传感器的油水两相流实验室模拟系统,利用理论计算结合数值模拟的方法,研究含水率、温度、矿化度、油水介电常数、含水测最传感器输出之间的数学关系及影响规律,对提高测量含水率的精度提供了有力的理论和实验依据.     

热环境下金属橡胶隔振结构的耗散特性及参数识别

由于金属橡胶的耗散特性对温度非常敏感且显著影响隔振性能,因此,开展热环境下金属橡胶隔振结构的耗散及参数识别研究十分重要.本文设计了一种双层金属橡胶隔振结构,研究了环境温度对该隔振结构耗散特性的影响规律,基于试验数据建立了金属橡胶双层隔振结构的非线性本构模型.首先,在不同温度下对该隔振结构进行了一系列耗散特性试验,绘制了隔振结构在各工况下的耗散特性曲线,计算了隔振结构的耗散系数、耗散能量以及最大变形势能,分析了温度、振幅、频率对金属橡胶双层隔振结构耗散特性的作用规律.然后,使用非线性最小二乘法对隔振结构的参数进行了识别,建立了该金属橡胶隔振结构的非线性泛函本构模型,准确预测了隔振结构在各工况下的耗散特性曲线.     

基于AD7745的数字式油品检测传感器设计

植物油掺伪后难以检测,根据不同油品具有不同介电常数的特性,设计了通过电容值进行检测的数字式油品传感器,建立了传感器等效电路,分析了传感器结构对电容检测的影响。传感器为插杆状结构,平板电容极板为敏感元件,检测时不同油品介质引起的电容量变化经AD7745转换成相应的数字量通过I2C串行总线口输出。实验结果表明:数字式油品传感器能够对掺伪3%以上的植物油进行快速有效鉴别,重复性优于0.2%。     

不同介电常数模型的平静海表面亮温仿真差异性分析

利用介电常数模型仿真平静海表面亮温是海洋盐度遥感反演的基础工作之一。利用Matlab软件对K-S模型、M-W模型和Bl模型3种介电常数模型进行了仿真。首先分析了3种介电常数的实部和虚部值随电磁波入射角变化的差异性,然后通过介电常数模型获得的3种平静海表面亮温,分析了在盐度为30～40psu以及不同入射角的情况下,3种介电常数模型得到的平静海表面亮温和盐度变化率的关系。研究结果表明,在L频段(1.4～1.427GHz),3种模型的差异主要体现在实部,K-S模型介电常数实部值相对于其他2个模型更高,电磁波衰减程度基本一致;在入射角为55°时,亮温与盐度的变化率差异最明显,3种模型的垂直极化亮温的变化率比水平极化亮温高30%左右。     

一种新型无源电容式温度传感器的制备与测试

为了实现高温、机械旋转和密闭空间等恶劣环境中的原位温度测量,以高居里点的铁电陶瓷为温度敏感介质材料,在传统低温共烧陶瓷(LTCC)工艺的基础上,采用牺牲层填充技术,保证了制备过程的工艺兼容性,成功制备出了一种基于LTCC衬底的新型无源电容式温度传感器。通过外部读取天线与传感器线圈的互感耦合,实现了从常温至700℃的传感器温度特性测试,测试结果表明:这种电容式温度传感器具有良好的温度敏感特性,其平均灵敏度为-7.33 kHz/℃。     

热释电探测器敏感层材料关键性能参数测试

热释电材料铌酸锂(LN)晶片可作为热释电探测器敏感层材料。介电常数和介电损耗是判断热释电材料性能的2个重要参数。为解决在测试参数时,测试数据量大,测试精度要求高、测试时间较长等问题,提出了一种自动采集、自动记录及处理的测试系统,并测试出减薄前后LN晶片的介电常数和介电损耗随温度的变化曲线。经过数据分析得出,LN晶片的相对介电常数随着温度的升高呈增大趋势,减薄前后其相对介电常数变化不是很大,减薄后略减小;而LN晶片的介电损耗随着温度的升高呈增大趋势,160℃以下增长缓慢,但在160℃以上迅速增大;LN晶片的介电常数和介电损耗随温度的变化情况基本符合低温条件下德拜模型偶极子弛豫。     

基于多传感器信息融合的油品水分检测系统

在油品含水量智能检测系统中，基于水的介电常数远远大于油的介电常数，因而两者所呈现的射频阻抗特性不相同的原理，使用了射频电容传感器，但在测试过程中发现传感器的输出不但决定于含水量一个参量，环境温度发生变化时系统的输出值也会发生变化，即系统对温度存在交叉灵敏度，从而影响系统性能和测量准确度，因此在油品含水量智能检测系统中，通过对温度和水分两个参量进行监测，并采用多传感器信息融合技术对传感器输入信息温度和水分，输出信息温度电压和水分电压进行融合处理以提高目标参量的测量准确度和测量系统的温度稳定性。     

温度对液滴指纹图水质识别的影响分析

研究水本身温度和环境温度的变化对液滴指纹图产生的影响,可为液滴分析仪仪器化设计提供参考。在环境温度保持在27℃左右时,对注射器中水的温度由57℃降至31.3℃期间,连续采集了16组液滴指纹图,比较各组液滴指纹图,光纤信号和电容信号的最大变化分别为0.17%和1.23%,与系统误差相当,说明水本身温度对液滴指纹图几乎无影响;以纯水在不同温度下的折射率、表面张力和介电常数值,计算了环境温度对纯水液滴测量信号的影响大小,计算结果表明:环境温度由18℃升至30℃时,光纤信号和电容信号的变化分别为0.64%和3%,对电容信号的影响较大。     

基于电介质介电常数测量的油液在线监测技术研究

润滑油的劣化过程蕴含着发动机的故障信息,在这一过程中其介电常数会有对应的变化.提出了一种基于电介质介电常数测量的油液在线监测方法,并对监测原理进行了介绍,设计了油液在线监测系统包括电容传感器、微小电容变化量检测电路及相应的测试分析软件.对不同污染度的润滑油进行了检测实验,结果表明该系统能够准确有效地监测油液的介电常数的变化,可为发动机更换润滑油及故障诊断提供参考依据.     

电容式传感器测量油品中水的体积分数之新方法

提出了一种采用电容式传感器测量油品中水的体积分数的新方法,运用油品中水的体积分数的不同引起油水混合物的介电常数的变化原理设计相应的电容式传感器,传感器调理电路中运用最新集成电容/电压转换芯片XE2004,有效的消除了电路中的引线电缆的分部电容的影响。实验结果表明:当电容式传感器结构一定时,该方法能够较好的克服寄生电容及环境对电容式传感器的干扰,以较高的精度实现油品中水的体积分数的在线测量。     

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.     

测量油品含水量的电容式传感器机理

电容式传感器利用油与水介电常数差别较大的特性 ,可测出油品中水的质量分数。从物质分子结构的特征出发 ,探讨传感器的工作原理 ,分析在交变电场作用下水与油的极化过程以及交变电场频率对极化强度的影响。得出在交变电场频率为 10MHz时 ,油与水的介电常数差别最大 ,因而将 10MHz作为传感器的工作频率 ,可获得最高灵敏度