新型液体中双调制式石英晶体传感器系统的研制

传统的调频式石英晶体传感器无法区分引起频率变化的两种不同负载效应，介绍一种新型液体中双调制式石英晶体传感器系统，讨论了传感器谐振电路、液体测头结构及采集系统的设计。实验表明，该传感器在液体中３个小时频率稳定度达到±５Ｈｚ，幅值达到±２．５ｍＶ，液体的高度对传感器输出基本没有影响。     

硅微谐振传感器微弱频率变化的提取新方法

由于硅微谐振传感器在感测压力、温度变化时存在频率变化较弱的特点,提高其灵敏度和测试分辨率显得尤为必要,所以提出利用系统从混沌状态到大周期状态转变时所表现出的共振锁频性质,进行了传感器微弱频率变化信号的仿真实验提取.将带通采样和降采样应用到信号预处理,建立了利用混沌的测试系统,同时指出该系统能实现传感器不同测试精度和灵敏度要求的柔性测量.     

用于金属裂缝检测和测量的微带天线传感器

文中基于微带天线辐射原理设计了用于金属裂缝检测和表征的传感器。传感器实质是由一个金属谐振腔制成,金属谐振腔的谐振频率对传感器的辐射贴片和金属地的电特性极其敏感。把被测金属结构当作传感器的金属地,金属结构的裂缝扩展导致了传感器谐振频率的偏移。因此,通过读取传感器谐振频率的偏移量来检测和表征金属裂缝。从传感器辐射贴片的两个方向对金属裂缝进行了测试,通过实验测试发现:当金属裂缝沿辐射贴片宽度方向存在时,传感器的检测灵敏度是18 MHz/mm,当裂缝沿辐射贴片长度方向存在时,传感器的检查灵敏度是27.5 MHz/mm。传感器由耐高温的氧化铝和金属银浆料制成,因此可以应用到一些高温、高压恶劣环境下。     

电涡流传感器的脉冲激励与双参数检测

采用矩形脉冲作为激励信号,对电涡流传感器在位移检测过程中谐振频率及谐振阻尼的变化情况进行了研究分析.建立了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心芯片的检测系统,用于产生所需要的矩形脉冲激励信号以及对传感器响应信号的欠采样.利用8 mm直径的电涡流线圈,对0～10 mm范围内碳钢目标靶的位移响应特性进行了测量,借助短时傅里叶变换分析了响应信号中频率成分的分布情况,同时获得了谐振频率及谐振阻尼的测量值.验证了通过脉冲激励同时获取电涡流传感器双参数检测的可行性.为研制基于电涡流效应的位移传感器及无损探伤传感器提供了一种新思路.     

一种无线无源低温传感器的设计与测试

设计并制作一种可应用于低温环境的无线无源温度传感器。传感器的基板材料为玻纤增强环氧树脂(FR4),中心频率为2.4 GHz。利用微波传输原理,通过监测传感器的谐振频率变化实现温度的测量。经过理论计算和高频结构仿真软件(HFSS)确定了传感器的物理参数,通过搭建低温测试系统实现了传感器在低温环境下的测试。实验结果表明在0~-40℃的温度范围,传感器的谐振频率与温度成线性变化关系,谐振频率由2.366 GHz增大为2.382 GHz。对传感器进行3次重复测试,证明了传感器具有好的重复性。传感器绝对灵敏度为401.67 k Hz/℃。实验结果证明了传感器设计的合理性和测温的可行性。     

电涡流传感器谐振测量电路参数的优化选择

为了满足磁悬浮轴承系统高精度的位移检测要求,必须对位移传感器的测量电路参数进行优化设计。文章从电涡流传感器的原理出发,介绍了谐振检测电路的工作原理,分析了谐振检测电路各参数对灵敏度的影响,提出了谐振测量电路参数优化的方法,利用这种参数优化方法来提高电涡流位移检测传感器的灵敏度简单、切实有效。     

电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法

磁悬浮转子的轴向位移常常利用电涡流传感器从转子轴向方向来检测,这一方法具有一定局限性。针对这一情况,在分析了电涡流传感器的工作原理以及输出特性的影响因素后,研究了利用被测导体的台阶表面来检测导体沿传感器径向方向的位移的方法。在该方法中,采用与差动相反的思想,将关于被测导体对称布置的两个传感器的输出进行加和,来消除传感器线圈与导体间距离的变化对检测结果的影响。结合磁悬浮转子的特性,提出了磁悬浮转子轴向位移径向检测的方法,并进行了实验验证,结果表明传感器的输出电压之和与转子轴向位移之间具有良好的线性关系和灵敏度,验证了该方法的正确性和可行性。     

石英音叉三维谐振触发定位系统

为实现对微器件等三维测量时在三维方向上任意单点的高精度触发定位,提出一种新型三维谐振触发定位系统.以石英音叉作为微力传感器,与一体式光纤微测杆测球相结合,利用其谐振参数(谐振振幅、谐振频率/谐振相位)对微力的高敏感性构建三维谐振触发测头.将该测头与三维纳米定位台、反馈控制模块、信号处理电路结合,分别构成完整的振幅反馈和相位反馈三维谐振触发定位系统.工作时驱动石英音叉测头处于谐振状态,检测顶端测球与试样表面接触微力引起的振幅变化或频率变化.测头顶端测球与试样表面在Z向以轻敲模式接触,在X、Y向以摩擦模式接触.实验结果显示:系统在X、Y、Z3个方向的触发分辨力分别达到0.17 nm、0.20 nm、0.18 nm;三维重复性误差分别达到37.0 nm、70.6 nm、41.0 nm.实验结果验证了提出的三维谐振触发定位系统纳米量级精确定位的可行性和有效性.     

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。     

基于TSE G144声表面波传感器的温度测量系统设计

文中分析了声表面波谐振器的工作原理,建立了基于TSE G144传感器的谐振型无源无线温度测量系统。该系统可分为硬件系统:包括传感器、信号源、混频器、放大器、收发开关、单片机等模块;软件系统:包括激励发送、回波接收、谐振分析和频率温度计算等。最后,对软硬件系统进行了温度实验测试,不仅测量精度达到了±0.8℃的优良水平,灵敏度也达到了9.2 kHz的高度,显示了测量系统良好的应用和发展前景。