DOZ-1型电阻冻土自动观测仪设计与试验

在土壤冻融的热物理过程中,土壤中冰和水随着温度变化产生不同电阻,并且在数值上有明显的差异。基于这一特性,文章设计了电阻式冻土传感器,通过感应元器件、信号采集、信号转换处理和终端机等组件,研制了DOZ-1型电阻冻土自动观测设备。通过与TB1型人工冻土器观测资料对比分析,结果满足冻土自动测量技术要求,该仪器可应用于冻土自动观测站,代替人工观测。     

冻土自动观测仪器设计与应用

为了满足气象要素观测自动化的需求,文章利用水的相态变化与电阻特性关系的原理,采用电阻法研制了冻阻式冻土传感器。结果表明:结合LC振荡电路频率响应变化,建立土壤冻融状态判别模型,获得了冻结层次和上下限深度。经过冻阻特性试验完成了过冷温度与起始冻结过程中电阻数据的测量。由单片机系统完成数据采集、计算、存储和传输等任务,可实现冻土观测自动化。     

冻土自动观测仪与冻土器数据对比分析

利用内蒙古锡林郭勒盟进行冻土平行观测7个气象台站的自动观测数据和人工观测数据,文章对冻土观测期、冻结前期、冻结期、融化期的数据进行对比分析。通过分析,自动观测数据和人工观测数据之间存在正相关关系,且相关性极显著。分析结果可为冻土观测实现全面自动化提供理论依据,也为冻土观测仪后期算法改进提供参考。     

一种温度补偿式光纤氢气检测技术

基于非本征法布里-珀罗光纤传感检测技术,分析研究了氢敏薄膜特性,实现了氢气传感单元设计及制作,简要介绍了传感器结构、制作方法、镀膜工艺及设备.通过分析氢气浓度与法布里-珀罗腔长变化间的关系,建立了光纤法布里-珀罗氢气传感理论模型.为增强系统工程实用性,着重研究了传感器温度与氢气浓度交叉敏感问题,并利用温度补偿技术消除环境温度干扰.介绍了温度补偿原理并构建实验设备,最后通过氢气浓度响应实验及温度特性实验,证明理论公式推导结果与实验数据吻合较好,且氢气传感器温度敏感性降低.此设计具有一定工程实用价值.     

基于介电特性的冻土检测方法研究

文章在冻土组分的介电特性原理基础上,对空气、水、冰及干土的温度-介电特性进行了实验研究。研究发现,在温度变化过程中,冻土总介电常数的变化主要取决于水和冰相变,空气和干土对总介电常数影响基本可忽略。基于这一特性,提出了利用空气、固态土、水和冰介电常数的差异检测冻土的方法,并进行了典型土壤冻结介电特性实验。实验结果表明,土壤冻结过程中介电常数变化在数值上较为明显且容易辨别。因此,采用基于介电特性的平面电容传感器检测冻土的方法是可行的。     

新型自补偿在线润滑油水分监测传感器响应特性试验研究

目前基于油液介电常数的变化来在线监测润滑油品质和含水率的传感器,存在着需要对传感器输出值进行温度补偿的问题。研究一种具有自动温度补偿功能的在线润滑油水分监测传感器,通过实验考察温度和润滑油中水分含量对传感器的响应灵敏度和动态响应稳定性的影响。实验结果表明,该型传感器无需温度和其他补偿,对润滑油中水分的变化具有较高的线性响应和灵敏度,能准确测量润滑油中的水分含量,且稳定可靠。     

基于电化学传感器的SF6分解气体检测技术研究

SF_6气体绝缘类电力设备具有体积小、结构紧凑、绝缘性能稳定、运行可靠等优点,被广泛应用于特高压和超高压电力系统中。当电力设备内部发生绝缘故障时,绝缘气体SF_6由于局部放电及局部过热发生分解反应,最终生成数种稳定SF_6分解气体,通过对这些分解气体组分进行定量检测和分析,可反演出设备内的故障或安全隐患。通过搭建电化学传感器响应特性的测试平台,在气体检测罐中模拟SF_6分解气体并进行检测,得到了CO、SO_2和H_2S气体电化学传感器的响应特性。实验结果显示出CO传感器有负的温度特性,SO_2和H_2S电化学传感器具有正的温度特性,并采用二次曲线拟合确定了传感器的温度补偿曲线;同时还发现CO、SO_2和H_2S气体传感器均具有良好的线性特性,但SO_2传感器会对H_2S气体做出响应,通过采用交叉干扰计算,建立传感器信号矩阵算法保证了测量结果的准确度。最后,通过运用多组分混合气体验证了传感器信号矩阵算法具有很高的可靠性和准确度。     

磁控形状记忆合金温度与磁感应强度关系模型研究

磁控形状记忆合金(Magnetically Controlled Shape Memory Alloy,MSMA)作为一种新型的传感器材料,具有灵敏度高、响应速度快和能量密度高等特性。目前,研究人员对温度和磁感应强度之间的关系模型还未形成统一明确的认识,无法确定温度对磁感应强度的影响大小,而磁感应强度的幅度变化决定了传感特性的灵敏度,因此限制了MSMA材料在超精密传感器领域中的应用。在分析现有求解曲线关系模型方法的基础上,采用了多项式回归方法求解温度与磁感应强度的关系模型。结果表明,采用多项式回归方法得出的温度与磁感应强度的关系模型的拟合精度很高,方法可行。     

湖州地区FS-RZ1日照传感器试运行分析

为了研究湖州地区试用的FS-RZ1日照传感器跟人工观测数据的差异,利用2018年5月1日～8月31日湖州站和长兴站的FS-RZ1日照传感器数据、德清站直接辐射传感器数据以及上述3个国家级观测站的人工日照数据,分析了日照自动和人工观测的数据差异。结果表明,自动观测日照比人工观测值偏低,自动与人工观测数据的相关性较好,说明误差分布较均匀。具体分析两者每个月的差距变化情况,发现从春天到夏天,两者差距越来越小。早晨和傍晚自动观测的日照时间要大于人工观测,中间时段的人工观测要高于自动。低日照天气总日照时数、人工日照时数均大于自动观测的日照时数。     

油膜压力测量传感器动力学特性研究

用有限元分析软件ANSYS对一种改进的测量油膜压力的传感器进行了动力学分析,包括固有振动特性分析、谐响应特性分析和瞬态响应特性分析。通过固有振动特性分析,得到振动系统的前4阶固有频率;通过谐响应分析,得到传感器在承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应;通过瞬态响应特性分析,得到传感器在承受实际的油膜载荷作用下的响应特性。分析表明,传感器具有较高的一阶固有频率和良好的动态响应特性。     

基于冻土器改进试验的冻土与气象要素关系研究

在分析传统冻土器结构缺陷的基础上,通过一系列改进试验,以一种新的试验设备和采样方法获取冻土深度资料,与外界实际观测到的土壤冻结情况有较好的响应。对比分析传统冻土采样资料,结果表明:不同深度冻土资料的分布,新、旧两种方法所获取的数据表现出很大的差异性。传统冻土器结构、采样方法表现出显著的缺陷和不足:响应差,漏采样严重;新方法所获取的冻土深度数据与最低温度及低温下的风速、时温累积等表现出较好的相关。本文阐述的试验方法和结果为改进传统冻土仪器提供了一定的技术依据。     

气温多传感器观测数据差异分析

文章中通过模拟观测场条件和利用计量检定设备进行观测试验,对不同安装方式的温度观测数据对比差值进行统计分析,结果表明：温湿度支架上的保护套管会使传感器测量值滞后于环境温度变化,当观测场环境下的温度传感器露出长度小于4 cm时,气温上升时温度数据低于环境温度,气温下降时温度数据高于环境温度。建议规范传感器安装、温度传感器探头长度应至少较保护套多4 cm。     

基于低温共烧陶瓷的无线无源双参数传感器特性分析

设计并制备了一种可应用于恶劣环境的基于LTCC(低温共烧)陶瓷的集成温度和压力的双参数传感器。温度变化使LTCC基底介电常数变化,引起LC谐振电路的谐振频率变化;压力使LC谐振电路的电容极板间距离减小,从而使谐振频率发生变化,然后通过无线磁耦合的方式读取传感器信号。在高温压力复合平台对传感器温度和压力特性进行了测试和分析。实验结果表明:测量的传感器谐振频率随压力成线性减小;在相同压力下,传感器谐振频率随着温度的升高而减小;温度升高会使压力传感器响应灵敏度提升。     

液位-液压-温度同时检测光纤隔膜传感器

为了实现液位液压及温度三参数同时准确检测，本文首先采用光纤Bragg光栅(FBG)、弹性隔膜、微腔、FBG固定板及导气管构建了光纤隔膜传感器，搭建了测量系统。其次，建立了传感器测量理论模型，实验研究了传感器对液位、液压及温度的响应特性。最后，为了研究传感器对外界环境变化的抗干扰能力，实验研究了温度、倾角和液位动态变化速率对液位及液压测量结果产生的影响。研究结果表明：当液位变化速率为10～100 cm/min、传感器倾斜角度在-30°～30°范围、温度在20℃～60℃范围时，传感器输出信号与液位0～220 cm及液压0～22 kPa间具有线性关系，液位及液压测量结果不受液位变化速率、传感器倾角及温度变化的影响；传感器液位、液压及温度灵敏度分别为35.16 pm/cm、359.46 pm/kPa和10.07 pm/℃,最大相对误差为5.6%。     

基于环境温度反馈的卡塞格林望远镜自动调焦

为了在望远镜设备探测过程中实时调节由环境温度变化引起的光学系统组合焦距偏离,建立了温度与成像焦点位置调节的对应关系。通过理论计算得出卡塞格林望远镜系统组合焦距变化与温度变化的关系,利用步入式可编程高低温箱设计了温度实验,得出系统单位温度焦点位置的变化量,并在实际工作环境下进行了二次标定,得出望远镜设备的离焦量为-0.14 mm/℃。最后,结合理论实验设计了一种基于环境温度反馈的望远镜自动调焦装置,应用于设备外场观测实验,得出自动调焦装置使用前后望远镜系统的成像信噪比。实验结果表明,离焦量与温度变化量具有相关性,调焦装置使用后所成图像的均方根误差由5.056降低为0.729,成像信噪比由41.09提高到49.50。环境温度反馈的自动调焦技术有利于望远镜设备更好地捕捉观测目标,抑制背景噪声,提高信号采集的精确度与参数测量的准确度,增强了外场探测对环境温度变化的适应能力。     

利用虚拟仪器技术搭建冻土模型温度观测系统

本文介绍如何利用虚拟仪器技术搭建一个简便高效的冻土模型温度观测系统。文章详细讲解热敏电阻温度观测系统的原理、软硬件系统及精度分析。     

一种新颖的温度压强同时区分测量的光纤Bragg光栅传感器

提出了一种新颖的基于小位移平面膜片的温度压强同时区分测量的光纤B ragg光栅传感器。该传感器中的光纤B ragg光栅沿径向粘贴于膜片上。光纤光栅中心波长和峰值波长的温度响应灵敏度近似相等,与所加压力无关;压强灵敏度因膜片上所产生的非均匀应变而不同,且与温度无关。通过测量中心波长和峰值波长,实现了单根光栅对温度压强的同时区分测量。从理论和实验上给出了温度、压强响应与峰值波长、中心波长之间的关系式。在30~120℃温度范围和0~6M Pa压强范围内,用此传感器测得的温度值和压强值与用温度计测得的温度值和用压力表测得的压强值之间的偏差分别不大于2℃和0.2M Pa,此偏差大小与仪表最小分度值2℃和0.1M Pa很接近,表明该传感器具有很好的温度、压强响应特性。     

非闭合电极电容层析成像传感器在冻土测试中的应用

为了实现电容层析成像技术对冻土冻结冰峰面的在线、非侵入测试,研制出了满足冻土测试要求的非闭合电极电容层析成像传感器,并对该种传感器的电容分布特性进行了实测;确定出了适合冻土测试的的高、低介电常数的标定物质;搭建了冻土一维冻结实验系统.对含水量8%的湿土样冻结过程的冰峰面迁移进行了电容层析成像测试,并利用IMNSNOF图像重建算法重建出了冻结过程各时刻的冻结截面物质分布图像,由图像可确定出冻土中已冻土、未冻区以及冰峰面的位置.电容层析成像测试结果与温度测试结果相吻合.     

传感器力敏元件位置优化及其动态特性研究

力传感器的敏感单元位置布置对传感器的输出特性有重要影响,本文基于有限单元模型分析了传感器敏感单元位置应变是多阶模态响应的线形组合,敏感单元位置与传感器灵敏度、动态特性之间密切相关,并给出了一种三维加速度传感器的敏感单元位置与传感器输入输出响应关系.     

石英晶体粘度传感器原理及特性研究

介绍了石英晶体粘度传感器的原理、结构及振荡电路组成。通过实验分析了传感器的响应时间、探头插入深度的影响、温度特性以及粘度灵敏度。