一种仿生感觉毛气流传感器

模仿昆虫感觉毛的结构,设计制备了表面对称电极含金属芯PVDF气流传感器SMPF(Symmetric Metal core PVDF Fiber).利用自制的拉制纤维设备,制备了SMPF胚体.在表面涂镀对称电极后,经过高温极化、电极封装等工艺后,成功制备了SMPF气流传感器.基于第1类压电方程和流体力学理论,建立了悬臂梁结构的SMPF气流传感模型,分析了传感器输出信号与纤维长度、气流速度以及气流作用方向之间的关系.将悬臂梁结构的SMPF安置在气流流场中,进行冲击气流测试实验.实验结果表明,SMPF气流传感器的输出信号与纤维长度成非线性关系,与气流速度成平方关系,与气流作用方向成"8"字形关系.实验结果验证了理论模型,表明SMPF传感器能够感知气流的速度和作用方向,具有较广泛的工程应用前景.     

仿生耳石器的冲击与振动传感特性研究 �

为了研究人体耳石器官的冲击与振动传感特性,本文根据人体耳石器官的生理结构,采用表面对称电极含金属芯PVDF压电纤维(SMPF)作为元件,设计制备了仿生耳石器。根据压电方程和振动理论,建立了仿生耳石器的冲击和振动传感理论模型,搭建实验平台,测试了仿生耳石器的振动传感功能。实验结果证明,在冲击与振动的作用下?仿生耳石器中的液体使耳石器内的囊斑发生形变,通过SMPF产生的电荷信号,可以感知受到冲击和振动的波形、频率和振幅。实验结果验证了理论模型,同时证明了人体耳石器具有感知直线加速度的幅值和角度的特性。     

一种仿生壶腹嵴的振动传感特性研究

为了研究人耳半规管中壶腹嵴的振动传感特性,本文采用表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,并模仿人体壶腹嵴的结构,设计制备了一种仿生壶腹嵴。根据压电方程和振动理论,建立了仿生壶腹嵴的振动传感理论模型。搭建了实验系统,测试了仿生壶腹嵴的振动传感功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴在液体压力作用下可以产生相应的变形,而通过SMPF的输出电荷信号,可以感知仿生壶腹嵴受到的振动激励,包括正弦与冲击振动的波形、频率和幅值。实验结果验证了理论模型,同时验证了人体半规管中,壶腹嵴具有振动感知的能力和作用。     

表面部分电极含金属芯压电纤维气流传感特性研究

含金属芯压电纤维可以模仿昆虫的毛发感受器,感知周围环境的气流变化。在含金属芯压电纤维的部分纵向表面涂镀电极,制备了表面部分电极含金属芯压电纤维传感器PMPF（Partial electrode of Metal core Piezoelectric Fiber）。基于平均电荷法,建立了悬臂梁结构PMPF准静态气流传感模型,分析了PMPF产生的电荷值与表面电极分布角度、纤维长度、气流流速和气流方向的关系。搭建了实验系统,测试了PMPF对冲击气流的响应,验证了理论模型。结果表明,PMPF的传感信号和气流流速成指数关系,和气流方向成“8”字形关系。PMPF具有气流速度和方向的传感性能。     

半电极含金属芯压电纤维的动态微力传感器

半电极含金属芯压电纤维(HMPF)是一种新型压电传感器.建立了HMPF的动态微力传感理论模型.根据第一类压电方程,基于振动理论,用平均电荷方法,推导出悬臂梁结构HMPF自由端受到垂直动态微力作用后,产生电荷的解析表达式;分析了长度和半径比对产生电荷的影响.实验结果表明,HMPF可以测量动态微力的频率和幅值,具有较高的动...     

高线性度离子皮肤手指关节弯曲角度传感器

针对柔性传感器用于手指关节弯曲角度测量范围有限和线性度不高的问题,制备了一种透明的离子皮肤手指关节弯曲角度传感器.该传感器由具有拉伸率大、保水性高的氯化锂离子凝胶电极和硅橡胶薄膜构成.建立传感器的角度传感理论模型,测试传感器电容信号与手指关节弯曲角度的关系.试验结果表明,该传感器可以测量手指关节全运动范围内的角度,线性...     

高压变电站主变压器振动波谱实时监测系统研究

介绍了一种基于VC++用加速度传感器实时测量高压变电站主变压器振动位移信号的方法.首先将加速度谱进行频谱变换,计算每个频率分量对应的幅值,进而对这些幅值比较检测出振动信号频率,然后将所需幅值进行叠加运算,根据时域信号和频域信号能量对应关系即可求出简谐振动信号位移幅值和加速度幅值.验证试验结果表明该方法可行,实时性、精度可满足工程实践的需要.     

含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究

含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件.阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究.研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性.相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更...     

激光反射测微小振动的纳伏级信号采集系统

噪声是影响微小振动测量系统准确度的因素之一,为了降低测量微小振动的噪声,设计了一个测量纳伏级信号的采集系统。该系统的传感器输出为纳伏级信号,极易被噪声淹没,因此将系统传感器输出的纳伏级信号经过跨阻放大电路和低通滤波电路去除传感过程引入的噪声,再由单端转差分和模数转换电路将其转换成数字信号,输入至STM32F407ZGT6进行并行处理、滤波和计算,消除硬件电路引入的噪声,从而准确提取微小振动的幅值信息,并最终通过串口通信上传至上位机进行存储和显示。利用压电陶瓷振动台对系统性能进行实验测试,对振幅为50 μm,频率为10 Hz的单频正弦振动信号,系统的测量精度达2‰。该系统可实现短距离微米级振动的快速非接触测量,可应用于航空、海洋等多个领域。     

一种采用压电复合音叉的电流传感器研究

针对当前非接触电流测量方式存在的灵敏度低、结构复杂等问题,本文提出了一种采用压电复合音叉的电流传感器用于非接触低频微弱电流测量,其结构由永磁体、弹性音叉、压电片及底座组成.当该传感器处于电线周围交变磁场中时,永磁体在磁场作用下产生扭矩并驱动弹性音叉臂及压电片产生形变;因压电效应,形变的压电片两端电极之间输出交变电压信号,从而实现电流的测量.由于磁扭矩效应,这种传感器具有较高的谐振灵敏度,大约是压电悬臂梁式电流传感器的4.0倍;在负载电阻为10 MΩ、频率为41.7 Hz时,灵敏度可达1.393 V/A,线性度约为0.57%.这种压电复合音叉式电流传感器模型还可以应用于微弱振动、磁场信号探测等.     

导电橡胶触觉传感器阵列的标定实验研究

导电橡胶传感器是智能机器人服装的核心机件;标定出导电橡胶传感器的压阻特性是实现智能机器人触觉传感服装的核心内容之一;实验中,将导电橡胶安装在柔性阵列电极板里制作成触觉传感器阵列服装。对该传感器提出多种测量方法,确立其标定模型;给出数据建模的一般步骤。指出导电橡胶传感器设计的改进方向与部分方法。     

一种高方向灵敏度光纤F-P超声传感系统设计研究

针对光纤F-P超声传感器工作点易偏离问题,设计了基于双波长稳定技术的低细度光纤F-P传感系统,建立了双波长光纤F-P传感系统的DE算法数学模型,优化设计了一高正交精度光纤F-P传感系统,建立基于该传感器的激光超声检测系统,实验研究了该传感器探测超声信号的有效性和方向灵敏度。结果表明,该传感器可以有效检测试样中激发出的超声表面波信号。激发源与传感器轴向夹角为0°时,表面波幅值最大。随着激发源与传感器轴向夹角增大,表面波幅值降低。激发源与传感器轴线垂直时,幅值下降达80%,说明该传感器有很强的方向性。     

基于相干检测的偏振光时域反射光纤振动传感系统

提出将相干检测技术和偏振光时域反射技术POTDR(Polarization Optical Time Domain Reflectometry)相结合,利用相干检测技术的高探测灵敏度和偏振光时域反射技术中偏振态对外界环境敏感的特点,实现光纤分布式传感,测量微弱振动信号并实现定位功能.首先分别介绍了相干检测技术及其与POTDR相结合的相关原理,分析可行性,然后提出实验测试方案并搭建了测试系统.实验结果表明,基于相干检测技术的POTDR传感系统能成功地实现振动信号的探测和振动点的定位功能,这对于光纤分布式传感系统的进一步发展具有重要意义.     

Simulation and characterization of dynamic contact in a MEMS passive vibration threshold sensor

A micro-machined passive vibration threshold sensor with a compliant stationary electrode has been designed, simulated and characterized. Bridge-type elastic beams as the compliant stationary electrode is adopted to improve the contact effect of the vibration threshold sensor and prolong its contact time. The dynamic contact between the two electrodes of the micro-machined vibration threshold sensor is simulated and analyzed by finite-element method (FEM). It’s indicated that a ‘skip contact’ phenomenon occurred during the switching on, which has been described and successfully explained in this paper. Deformations and stress distributions of the compliant electrode during contact under 55 g half-sine applied shock acceleration is also simulated. An all-metal cap that can undergo 6.08 × 10⁵ Pa has been designed and fabricated by UV-LIGA process for package of the vibration threshold sensor. A drop hammer test of the fabricated vibration threshold sensor has been done, which is in accordance with the FEM simulation of dynamic contact process. The measured response time of the threshold sensor is about 0.3 ms under 55 g applied acceleration and two contact times in the skip contact are 16 and 4 µs, respectively, which are in agreement with simulated results. The obtained natural frequency of the vibration threshold sensor by a vibration test is about 810 Hz in the first model, which also agrees with the model.     

PPB级锆基安培型NO气体传感器性能的研究

采用丝网印刷技术制备了以In2O3为敏感电极的锆基安培型三电极NO传感器用以探测10-9级NO气体。用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对该传感器进行了理化分析;通过测量其在不同温度和不同NO浓度的气氛中的伏安特性曲线和时间响应曲线,研究了传感器的电流输出信号和NO浓度的关系以及时间响应特性。实验表明：在350℃~500℃测试温度范围内,极化电压为-60 mV,NO浓度变化为0~900×10-9时传感器响应电流的变化值Δcurrent和NO浓度之间存在较好的线性关系并且传感器在400℃时响应值最大。在被测气体总流量为100 cm3/min时,传感器信号90%的响应和恢复时间分别为18 s和12 s。传感器信号不受CO2浓度变化的影响,传感器的响应信号在测试时间里具有较好短期稳定性,但长期稳定性有待进一步提高。本文还采用阻抗谱分析方法对传感器的响应机理进行了初步的探索。     

航空发动机气路检测静电传感器仿真研究

针对航空发动机气路静电检测静电传感器的复杂工作环境,开展传感器的流场、电场、温度场耦合的多物理场建模与仿真研究。采用有限元分析软件建立静电传感器的数值模型并进行仿真分析,研究探针型静电传感器探极的直径、长度、布局位置对发动机尾气静电信号的影响,最后通过在尾气静电试验平台测试,对仿真分析的结论进行验证,从而为静电传感器的工程化应用提供理论支撑。     

偏振耦合测试在分布式应力传感中的理论分析

对高双折射保偏光纤内部的分布式偏振模式耦合在分布式应力传感中的应用进行了理论分析.根据光弹理论和弹性力学理论,建立了横向应力作用下保偏光纤的偏振耦合模型,推导出应力下的偏振耦合强度公式.偏振耦合强度对应力的大小,方向,作用长度以及保偏光纤的拍长都敏感.详细分析了每一个因素对耦合强度的影响.当横向应力的作用方向角为45°,作用长度为保偏光纤的一半时,这时保偏光纤耦合强度对应力传感最敏感.