基于平面线圈的油液磨粒监测传感器设计

为了提高油液管道直径增加后感应区磁场均匀性,减小测量误差,根据电磁感应原理,设计了一种新型的在线油液 磨粒监测传感器。传感器使用一组安匝比为15/7/15的平面线圈在直径1ｍｍ的油管中产生均匀磁场以提高传感器探测金属磨粒的性能,使用COMSOL建立线圈模型并仿真,传感器线圈产生的磁场在感应区60％范围变化率小于1％,相同磨粒在油管径向不同位置的电感变化误差平均值为5％,根据仿真设计制作线圈实物,传感器能测量和分辨粒度100μｍ 铁磨粒和100μｍ 铜磨粒,同一磨粒位于管道轴线和管壁的电感变化误差不超过6.25％。仿真研究和实验结果证明新模型在管道径向产生的磁场更加均匀,可以有效减小粒子在管道径向运动带来的误差。     

油液在线监测技术研究进展

油液在线监测技术是机械故障智能诊断的重要发展方向,传感器作为其关键元件,发挥着重要作用。对油液在线监测的粘度传感器、水分传感器、磨粒传感器以及多传感器集成的国内外研究进展进行了介绍。从电磁法、静电法、电感法、图像识别几个方面对磨粒测量与分析的国内外研究进行了介绍。提出了现阶段存在的不足,对油液在线监测的未来发展之路进行了展望。     

三线圈内外层电感磨粒传感器研究

磨损颗粒是造成机械故障的重要因素,对磨粒的检测一般采用螺线管传感器。以螺线管传感器为基础,研究线圈多层缠绕的情况,并提出一种三线圈内外层结构传感器。依据电路理论,推导传感器工作等效电路和多层线圈磁感应强度、电感公式。基于Maxwell软件,比较内外层式和平行式磨粒传感器的磁场,分析线圈缠绕层数对传感器输出特性的影响。仿真结果验证了公式的正确性,为多层线圈磨粒传感器的设计、优化提供了基础。     

一种磨粒在线监测传感器的设计及其特性分析

磨损失效占机器零件的失效形式中的 70 %以上 ,磨粒隐含着机械装备运行状态的大量信息 ,而大磨损金属颗粒是加速大型机械设备磨损的重要因素。目前 ,我国在大磨损金属颗粒在线检测研究方面还比较欠缺。本文应用电磁感应监测原理 ,设计分析了一种螺线管式磁感应大磨损金属颗粒在线监测传感器 ,并用 ANSYS电磁 -电路耦合场仿真该传感器的监测机理 ,验证了设计原理的可行性 ;确定了影响传感器性能的关键因素 ,同时确定了传感器的几组几何尺寸和性能参数 ,为该种传感器的研制奠定了良好基础。     

船舶动力与传动装置润滑油状态监测

针对目前舰船动力系统故障定位难、预判不准确的现状,提出了一种应用于船舶动力与传动装置的油液在线监测技术。通过分析舰船动力系统的故障源,阐述了船舶动力与传动装置滑油状态监测的内容,包含油液黏度检测、油液水分检测与油液金属磨粒检测。结合黏度、水分与磨粒检测原理,设计了滑油状态监测试验。通过实船试验,验证了油液在线监测技术在船舶动力与传动装置状态监测中应用的可行性和有效性。     

三线圈电感式油液金属磨粒检测系统

机械传动金属磨粒可以反馈机械设备故障的特性,针对机械传动系统故障在线检测需求,提出了一种三线圈电感式金属磨粒检测系统;通过建立传感器数学模型,对影响传感器金属探测灵敏度的参数进行仿真,结合传感器实际使用情况求出最优解;通过设计励磁信号源模块、调幅模块、信号调理模块等电路并结合上位机对油液中的金属磨粒进行检测;经孔径为8 mm的流道的实验测试,实现了500μm铁磨粒及1 000μm铜磨粒的检测精度;该系统为发动机中金属磨粒的检测提供了技术支持,对故障预防与诊断具有重要意义。     

旋转机械油路磨粒传感器的设计及仿真研究

设计一种应用于旋转机械油路检测系统的在线式油路磨粒传感器,其性能直接影响油路检测系统的监测结果。重点对传感器检测原理和结构特性等进行定性分析,根据电磁场原理和毕奥-萨伐尔定律等电磁学理论,推导并建立平衡线圈磁场分布数学模型以及传感器输出模型,研究影响传感器输出和磁场分布的几大因数,最后利用电磁场仿真软件对传感器平衡结构线圈的磁场分布进行仿真,为传感器的设计、优化改进提供了重要的理论依据。     

电感式磨粒监测传感器线圈参数分析与优化

根据电感式磨粒传感器的等效电路,推导出传感器感应电动势计算公式,分析传感器的输出特性,通过有限元仿真软件Comsol中建立的传感器线圈电磁模型,采用多因素正交仿真试验对电感式磨粒传感器线圈的间距、宽度和内径进行分析与优化.实验对比表明:优化后传感器输出的感应电动势峰值是优化前输出感应电动势峰值的4.9倍左右,显著提高了...     

基于半解析模型的涡流传感器优化设计与实验研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点与实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器,设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案,构建了传感器损伤监测半解析模型,搭建了基于涡流阵列传感器的疲劳裂纹扩展实时监测平台。通过对涡流阵列传感器的仿真和基于涡流阵列传感器的疲劳裂纹扩展实验研究,确定了传感器的监测灵敏度,优化了传感器的特征参数。研究结果表明：传感器基材层阻碍了感应线圈与激励线圈的耦合,基材层应尽量薄。当涡流阵列传感器导电层厚度为0．12—0．18mm,激励线圈的最优宽度为0．8min,感应线圈的最佳厚度为0．5mm时,传感器的损伤监测灵敏度最高。     

油液磨粒传感器综合测试平台的设计研究

为了满足国内新研航空发动机磨损故障预测及健康管理研究要求,国内研究机构开展了油液在线式磨粒传感器的研究及测试。针对航空发动机油液磨粒传感器暂无准确量值、多参数组合的专业测试条件,提出了一种将精密直线运动控制与振动环境相结合的无介质测试平台技术方案,模拟发动机中润滑油流经传感器的运动状态并给出实验结果。实验结果表明该测试平台能够有效地应用于磨粒传感器的参数测试和性能探究,为航空发动机故障预测类传感器的技术研究提供了一种新的测试验证手段。     

Micro devices for a cerebrospinal fluid (CSF) shunt system

This paper reports a novel cerebrospinal fluid (CSF) shunt system for the hydrocephalus patients. The CSF shunt system consists of a micro telemetry pressure sensor, an electromagnetic micropump and a controller. The pressure sensor has a flexible p+ diaphragm and a planar copper coil that construct an LC resonant circuit. The cerebrospinal pressure is measured from the phase shift at the resonance frequency. The micropump consists of an actuator diaphragm and a pair of passive valves. Each device is fabricated by micromachining technology and tested to obtain the characteristic. The feasibility of the proposed shunt system is evaluated with the in vitro performance test.     

集成应变传感器的无源超高频标签电路设计

针对现有有线有源应变传感器不适用于固体火箭发动机壳体应变监测的问题,基于UHF RFID(超高频无线射频识别)技术,设计了一款无源超高频应变传感标签.标签通过电磁反向散射方式,收集超高频射频能量为电路供能,同时在标签电路中加入了大容值储能电容,储存经RFID芯片中的倍压整流电路转换成的直流能量.将标签电路分为UHF标签模块、控制模块和应变传感器模块3个部分进行了设计,并通过使用低功耗芯片以及控制测量电路的断开和闭合来减小功耗.标签将传统的电阻式应变测量技术与UHF RFID技术结合在一起,为实现固体火箭发动机壳体应变的无线监测提供了解决方案.     

多路振弦传感器的扫频激振技术

一种基于单片机比较模式的扫频激振技术实现的多路振弦传感器分时激振的新方法。与传统的激振方法相比,具有硬件电路简单、激振效果好、扫频信号频率可控等优点。固态继电器和恒流弱激振电路的应用,减小了电路的电磁辐射,避免了振弦的倍频振动,提高了振弦传感器振动的稳定性和一致性。     

A readout circuit for an intra-ocular pressure sensor

A readout circuit for a passive telemetric intra-ocular pressure (IOP) sensor is being developed. The intra-ocular sensor consists of a capacitive pressure sensor in parallel with a planar coil. This inductor–capacitor (LC) resonant circuit transduces the pressure into a shift of resonance frequency. A voltage controlled oscillator (VCO) is used to excite the sensor over a large frequency range (20–40 MHz), hereby detecting resonance of the internal sensor, and thus enabling the measurement of the intra-ocular pressure. This low power circuit is extremely compact, making it suitable for long-term ambulant patient monitoring. The circuit allows wireless readout of the smallest pressure transducers. Tests show promising results at mutual coil distances up to 7.5 mm.     

新型线圈发射器的电磁场仿真分析

电磁发射拥有许多化学发射不可比拟的优点,近年来受到各国的广泛关注。传统发射器需在线圈内部加装位置传感器,这使得线圈磁场分布不均且结构复杂。该文基于电磁感应原理,设计出了新型线圈发射器模型,该模型利用线圈外部的传感器来控制电路放电时间,克服了传统结构的缺陷。借助SIMPLORER和Maxwell仿真软件对发射器的主体电路和线圈磁场进行分析,得到了磁场中弹丸的静态和动态特性曲线。仿真结果验证了该新型发射器的作用机理,并得到了四级发射器模型的结构参数。该新型发射器可把30g弹丸加速到12.00m/s。结果表明该新型发射器结构简单、线圈内部磁场分布均匀,大大提高了模型的发射效率和系统的稳定性。     

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.     

半导体激光宫颈糜烂治疗仪故障在线监测研究

传统的半导体激光宫颈糜烂治疗仪故障监测方法是基于基极短路法实现在线监测,监测过程中存在平均时延过高的问题。为此,设计半导体激光宫颈糜烂治疗仪故障在线监测方法。分析半导体激光治疗仪常见故障,以此为基础,引用合适的微型传感器,选择LMC662芯片作为前置放大器,设计相应的前置放大电路,利用无线传感网络技术向监测中心发送故障报警信息,实现治疗仪故障在线监测。测试结果表明:传统的监测方法测试的平均时延为46 ms,设计的治疗仪在线监测方法测试的平均时延为24 ms,两者相比,设计的治疗仪在线监测方法平均时延更小,该方法更适合应用在实际项目中。     

基于平面线圈的基波脉振磁场构造方法研究

为了减小电磁式时栅位移传感器的原始误差,提出了一种基于平面线圈的基波脉振磁场构造方法.通过研究现有电磁式时栅磁场构造方法和平面线圈磁场分布特性,利用各次谐波畸变率THD(Total Harmonic Distortion)最小的优化算法,得到平面线圈最优化布置参数,并且在数值分析和有限元分析软件中得到了验证.根据这些参数设置,设计了基于多匝方形平面线圈的新型电磁式时栅位移传感器.在150 mm量程内,新型时栅原始误差为-32μm~23μm,较现有电磁式时栅位移传感器减小了42.3%.