用于液体测量的音叉结构设计及其谐振特性研究

音叉可用于测量液体介质密度、黏度,以及进行液位控制,具有精度高、可在线测量的优点,在生产中具有广阔的应用前景。文中介绍了谐振式音叉传感器的工作原理,提出了一种音叉的设计结构,利用正压电效应和逆压电效应实现了音叉的振动激励与检测。采用有限元方法分析了音叉固有频率与叉体长度等尺寸的关系,提出音叉谐振频率测量方法,最后通过试验完成结构验证。     

谐振式传感器的发展

本文介绍了各种有代表性的用于测量气体、液体密度、粘度、液位、流速、温度、测量力、压力和质量等参量的谐振式传感器,可供参考。     

谐振膜式密度传感器

设计了一种基于谐振理论的新型振膜式液体密度传感器,实现了液体密度的实时在线测量.谐振膜式密度传感器由谐振膜、激励单元、拾振单元和闭环控制电路与检测电路组成.传感器利用谐振膜与不同密度液体接触,液体密度与谐振膜等效质量具有相关性,而谐振膜等效质量的变化直接影响谐振膜的谐振频率,依靠检测谐振膜谐振频率来实时液体的密度测量.这种谐振膜式密度传感器制作工艺简单、信号稳定、测量精度较高.实验结果表明:谐振膜式密度传感器具有较高的重复性、灵敏度和测量精度,满足实时在线测量的要求.     

一种检测压电材料表面声速的设计与实现

给出了一种方便有效无损的检测压电材料声表面波速度的设计与实现,该设计中运用材料的压电效应和逆压电效应激励和接收SAW,并运用检测谐振频率的方法测量SAW速度.同时给出了对不同材料的实际测试结果.     

一种同时测量液体粘密度的传感器研究

液相环境下振荡的压电石英晶体传感器的谐振频率变化主要受液体性质和表面质量负载的影响。通过将一表面抛光和一表面有沟槽的石英晶体传感器置于测量池,前者在液体中的谐振频移反映了液体粘密度之积的变化,而两晶体的谐振频差则反映了液体的密度变化。从而使该装置可同时用于液体的粘度与密度的测量。实验结果表明,该装置具有简单、灵敏度高和线性关系好等优点。     

薄膜谐振Lamb波传感器测量液体流速矢量的方法

针对液体流速测量领域中微型流量传感器高品质因数、高灵敏度的性能要求。本文设计一种双端增强型薄膜谐振结构实现Lamb波传感器的高品质因数,利用传感器反对称模式(A01模式)在薄膜-液体界面处的消逝波实现液体流速矢量测量。所制作的双端增强型薄膜谐振Lamb传感器A01模式的主峰品质因数为703,A01模式的频率移动量与液体流速大小存在线性关系,频率移动方向与液体流动方向存在对应关系。流速实测灵敏度约为270 Hz/mm/s,传感器稳定性噪声小于0.2Hz,流速最低检测极限值(LOD)为2.2μm/s,流量最低检测极限值(LOD)为18.3nL/min。结果表明,双端增强型薄膜谐振Lamb波传感器可以实现液体流速高灵敏度矢量测量。     

液体环境中FBAR压力传感器的仿真与分析

设计了一种侧向场激励剪切波模式的薄膜体声波(FBAR)压力传感器,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件构建了传感器的三维模型并添加了压电效应多物理场耦合,得到了FBAR压力传感器的位移分布以及谐振频率与响应电压的关系。进一步,模拟了FBAR压力传感器在生理盐水和血液两种液体环境下谐振频率的变化情况。在对FBAR压力传感器施加不同压力条件下,谐振频率逐渐发生改变。通过计算得到该FBAR压力传感器在生理盐水和血液中的压力敏感度分别为480、337. 5 Hz/kPa。验证了FBAR压力传感器在液体环境中的可用性,为应用于液体环境中的压力检测提供了可靠的理论基础。     

光纤电压传感器传感头的设计

基于逆压电效应原理，介绍了光纤电压传感器的工作原理，提出了一种全新的传感头设计方案，为光纤电压传感器测量高电压提出了理论依据。     

工件粗糙度非接触测量

阐述应用压光电传感器的逆压电效应和光电传感器来测量工件的表面粗糙度。在压电传感器组上被输入一定的电压时，压电传感器组驱动测量装置上的反射镜产生偏转，将激光源的激光束反射到加工工件的表面进行光学扫描。当激光束经过工件表面反射到光电传感器时，光电传感器将按照工件表面反射情况，产生相应的光电流。当光电传感器上的光电流强度发生突变时，会产生一个电脉冲。将这些脉冲数据输入计算机，通过计算就可测量出被测量工件的表面粗糙度。     

一种高精度手持谐振密度计的研究北大核心CSCD

为了实现一种高精度手持式谐振密度计,设计了一种谐振频率测量传感器,并根据其结构特点提出了一种基于姿态补偿的测量方法。该谐振频率测量传感器创新性地将姿态角补偿引入测量流程中,首先,通过理论推导,建立了谐振频率测量传感器的姿态补偿简化模型,研究了钕铁硼磁柱做单自由度运动所产生位移的动态过程,确定了姿态角对待测液体密度的影响形式,并导出了补偿函数,得到了感应电动势基础补偿值和姿态角之间的三维函数关系,从根本上消除了手持式谐振密度计测量过程中姿态变化所导致的测量结果精度和鲁棒性下降问题。同时搭建了实验平台,实验结果表明:设备姿态角对测量精度和稳定性存在一定的影响,通过统计姿态角补偿和未补偿模型计算结果,在设计的4组实验中,应用补偿模型待测液体密度平均绝对误差为4.35×10^(-5)g/cm^(3),方差均稳定在10^(-11)量级,相比未补偿模型平均绝对误差提高了约0.00156 g/cm^(3),方差减小了约10^(-5)量级。     

含压电谱单元及其在板结构中Lamb波传播模拟中的应用

结合压电材料本构方程及Lamb波数值模拟中的谱有限元方法,建立了含压电驱动器/传感器板的谱单元,并将其应用于Lamb波的激发、在板结构中的传播和接收的数值模拟中。将模拟结果与其他文献中的数值模拟结果及采用商用有限元软件ANSYS的数值模拟结果进行了对比,验证了所建立单元的正确性,且在计算精度相差不大的情况下,该方法较传统有限元方法更为高效。最后和以前不含压电的模拟过程进行比较,压电效应使得驱动器施加在节点上的力并不那么单一,并且传感器能够将多个自由度复杂的位移信号转换为单一的电信号,这使得考虑压电片与不考虑压电片的模拟结果之间有一定的差别。     

悬臂梁压电弯曲效应研究与验证

采用各向异性弹性理论和电磁理论计算压电石英悬臂梁的弯曲应力和弯曲束缚电荷密度,并利用有限元方法模拟出极化电场分布。理论分析表明,采用分割电极法在压电梁表面合理布置检测电极可测量弯曲效应。对该悬臂梁压电弯曲效应进行了实验验证,实验结果表明电极检测的电荷量与外力成线性关系,理论分析与实验结果基本一致。悬臂梁压电弯曲效应研究将为新型压电谐振器或执行器的开发奠定理论和实验基础。     

压力传感器加速度效应的系统辨识与建模研究

压力场测试过程中,由于压电型压力传感器的加速度效应给测试带来很大误差。针对这一问题,对压电型压力传感器中压电材料的加速度效应进行了理论分析和有限元静态与动态研究分析。根据系统辨识理论,运用马歇特锤试验数据,对压力传感器加速度效应进行了ARX模型系统建模。基于该模型建立加速度效应数字补偿滤波器,试验结果表明:经过该模型滤波后压力传感器加速度效应降低88%以上。该模型具有精确度高,可靠性和通用性强的特点。     

Research on the parallel load sharing principle of a novel self-decoupled piezoelectric six-dimensional force sensor

This paper presents a novel integrated piezoelectric six-dimensional force sensor which can realize dynamic measurement of multi-dimensional space load. Firstly, the composition of the sensor, the spatial layout of force-sensitive components, and measurement principle are analyzed and designed. There is no interference of piezoelectric six-dimensional force sensor in theoretical analysis. Based on the principle of actual work and deformation compatibility coherence, this paper deduces the parallel load sharing principle of the piezoelectric six-dimensional force sensor. The main effect factors which affect the load sharing ratio are obtained. The finite element model of the piezoelectric six-dimensional force sensor is established. In order to verify the load sharing principle of the sensor, a load sharing test device of piezoelectric force sensor is designed and fabricated. The load sharing experimental platform is set up. The experimental results are in accordance with the theoretical analysis and simulation results. The experiments show that the multi-dimensional and heavy force measurement can be realized by the parallel arrangement of the load sharing ring and the force sensitive element in the novel integrated piezoelectric six-dimensional force sensor. The ideal load sharing effect of the sensor can be achieved by appropriate size parameters. This paper has an important guide for the design of the force measuring device according to the load sharing mode.     

振动功率流测量方法的研究

研究梁结构中功率流的测量中分别用加速度传感器和PVDF传感器进行功率流测量.通过压电加速度传感器与PVDF传感器测量进行实验比较,结果表明,设计制作的正弦形状和余弦形状传感器是适用可行的.     

压电加速度传感器测量中的温度补偿设计

为了解决压电加速度传感器易受温度影响的缺点,通过分析其测量原理和温度变化对压电传感器性能的影响,提出了在压电加速度测量系统中加入热敏元件进行温度测量,并利用单片机软件进行自动实时温度补偿的方法。结果表明,实施温度补偿后,提高了压电加速度传感器的工作性能与可靠性。     

基于晶体变形的压电石英测试理论研究与应用

对基于晶体变形的压电效应的研究现状和应用进行阐述和讨论。介绍了压电弯曲、扭转效应理论的研究进展,给出了在弯矩、扭矩作用下的束缚电荷和极化电场的分布规律;在理论研究的基础上,对所研发的新型微雕笔式执行器、扭矩传感器、钻削测力仪进行了介绍。基于晶体变形的压电效应的探索与开发对压电学体系的发展与完善以及工程应用都有重要的实用价值。     

刀具自动定位的安全性与可靠性

主要介绍应用压电传感器的逆压电效应,以及光电探头工作操作的安全性与可靠性.分析了压电传感器与光电探头接收装置的工作原理;并阐述了如何将压电传感器的光电扫描法寻找光电探头来进行定位,以及在机械加工中如何自动测试刀具、夹具的位置,并且自动定位使刀具的工作更加安全、可靠.     

一种智能人体脉搏测量仪的设计与实现

设计了一种用压电陶瓷作为脉搏传感器的新型智能人体脉搏测量仪,不仅可以精确显示脉搏跳动次数,而且能诊断出心律不齐现象。该新型智能测量仪具有结构简单、测量精确、功耗低、体积小、重量轻等优点。给出了系统的设计方案以及各个部分硬件设计原理。     

基于压电元件的振动主动控制

对配置压电元件作为传感器、驱动器,基于自适应滤波技术的柔性结构主动振动控制进行了实验研究。介绍了压电传感器、驱动器原理及其检测、驱动电路,阐述了自适应控制的基本原理,导出了控制算法,并介绍了控制系统构成,实验结果验证了本文所述方法的有效性。