非接触式电压传感器电极仿真分析

传统电压互感器在体积、微弱信号测量精度以及电绝缘程度方面仍然存在不足,为满足铁路道岔转辙机内部狭窄空间内线路电压非接触测量的需求,根据电容耦合原理,提出一种非接触式电压传感器制作方法,并采用仿真软件COMSOL Multiphysics中的AC/DC模块对不同结构的感应极板进行建模仿真并进行计算及分析对比,选用适用于当前测量状况的电容极板,在保证对原转辙机内部电路系统影响较低的基础上,实现对线路电压的准确稳定测量.为非接触式电压传感器前端电极的选择提供理论依据.     

非接触式电压传感器电极仿真分析

传统电压互感器在体积、微弱信号测量精度以及电绝缘程度方面仍然存在不足,为满足铁路道岔转辙机内部狭窄空间内线路电压非接触测量的需求,根据电容耦合原理,提出一种非接触式电压传感器制作方法,并采用仿真软件COMSOL Multiphysics中的AC/DC模块对不同结构的感应极板进行建模仿真并进行计算及分析对比,选用适用于当前测量状况的电容极板,在保证对原转辙机内部电路系统影响较低的基础上,实现对线路电压的准确稳定测量.为非接触式电压传感器前端电极的选择提供理论依据.     

基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法

电容耦合式非接触电压测量在实际测量中,探头-导线之间的耦合电容受导线线径、绝缘材质、相对位置偏差的影响,造成分压关系难以确定从而无法准确重构电压。本文提出一种基于阻抗变换的非接触电压测量自校准方法,以实现在实际测量中传感器增益的自标定。首先介绍电容耦合电压测量的基本原理,从中凝练存在的问题并提出基于阻抗变换的自校准方法,随后通过仿真对系统参数进行校准精度影响分析并给出参数选取原则。在此基础上,开发传感器探头及电路拓扑。最后进行传感器样机精度测试、抗干扰能力测试、场景适应性测试,精度测试显示电压幅值最大相对误差为0.59%,相位相对误差为0.76%,抗干扰能力测试表明同轴探头对周围耦合电场具有良好的屏蔽作用。场景适应性测试显示在进行不同类型线路的测试中,最大相对误差为1.24%。     

微压阻式传感器有限元模拟及线性度优化设计

薄膜结构微压阻式传感器在提高灵敏度过程中容易引入非线性误差,导致传感器输出性能变差。通过分析微压阻式传感器核心敏感元件结构,利用Ansys软件建立硅杯薄膜有限元分析模型,并通过弹性力学方法对有限元模拟的精确度进行验证。针对薄膜结构传感器非线性误差随灵敏度提升而急剧增加的问题,为了提高传感器的线性性能,通过在敏感薄膜下方集成双岛结构,并分析优化岛长和岛宽等结构参数,得到了一种输出线性度优良的双岛结构传感器模型。模型输出结果表明:双岛结构挠度线性度为0.8%,相比薄膜结构8.6%有了较大的改善,电压输出线性度为0.9%,能满足使用要求,且实现了高灵敏度下线性输出优良的传感器模型设计。     

变电设备中的电子式电流/电压组合型传感器的研究

介绍了一种用于中高压电力设备中的新型电子式电流／电压互感器的结构和测量原理，用Rogowski线圈测量母线电压，用柱状分压电容测量母线电压，并从频域角度详细地分析了移相器的设计理论。给出了处理转换单元（PISA）结构框图，对输出信号采用光纤传输到二次低压控制保护杠进行处理分析和显示。整个测量系统通过了线性度实验测试，实验结果良好。     

刀具嵌入镍铬合金薄膜微传感器切削力测量的研究

切削力的测量旨在改进和提高切削加工性能。本文设计和制备了一种镍铬合金薄膜微传感器,将其焊接嵌入刀具的刀杆上以测量加工中的切削力。该传感器由Ti6A14V钛合金基体、镍铬合金薄膜层及氧化铝绝缘层组成。切削力引起的薄膜变形使四个电阻栅组成的惠斯通电桥产生输出电压,对其输入和输出电压之间的关系进行了理论分析。构建了切削力测量系统。研究结果表明,该薄膜传感器具有良好的线性度和更小的相互干扰,适合于各种条件下车削力的测量。     

电容式传感器在液位测量中的应用研究

在传统电容传感器液位测量的基础上,该文采用了一种改进型电容液位测量的方式。综述了改进电容传感器的工作原理,解决可传统电容测量与被测介质有关的技术难题,结合单片机技术,设计了电容传感器的液位测量电路,通过转换电路把电容变换转换电压输出,通过软件计算液位高度,减小了电容与电压转换的非线性误差。实验测试证明,该测量系统性能可靠稳定。     

新型运载火箭中电容式液位传感器接口专用集成电路

为了提高新型航天运载火箭中电容式液位传感器系统的电容检测性能,设计了一款适用于航天运载火箭中电容式液位传感器的接口专用集成电路(Application Specitic Integrated Circuit,ASIC)芯片。首先,完成了整体电路的系统级设计,实现了对电容式液位传感器输出电容的线性检测,将传感器输出电容量转化为与之呈线性关系的电压量输出。然后,对接口ASIC芯片的线性度、噪声特性和温度环境适应性进行了理论分析与研究。最后,采用0.5μm CMOS工艺完成接口ASIC的流片,并进行了芯片的性能测试。实际测试结果显示,芯片电容检测非线性为0.005%,输出噪声密度3.7aF/Hz~(1/2)(待测电容40pF),电容测量稳定性7.4×10-5 pF(参考电容40pF,待测电容40pF,1σ,1h),输出零位温度系数4.5μV/℃。测试结果证明,该接口ASIC的电容检测性能已经达到国外最高性能的电容式液位传感器液位测量芯片的水准,可以广泛应用到多种电容式检测传感器中。     

BSC湿度传感器

BSC湿度传感器使用了随环境相对湿度变化而变化的有机聚合物薄膜湿敏电容作为敏感元件，专门的转换线路把电容的变化转换成与相对湿度成正比的直流输出电压。这种湿度传感器具有良好的线性度和准确性，工作温度在-40℃～＋50℃，广泛应用于气象、工业、农业、海洋、环保、科研等领域的湿度测量和控制。     

BSC湿度传感器

BSC湿度传感器使用了随环境相对湿度变化而变化的有机聚合物薄膜湿敏电容作为敏感元件,专门的转换线路把电容的变化转换成与相对湿度成正比的直流输出电压。这种湿度传感器具有良好的线性度和准确性,工作温度在-40℃～＋50℃,广泛应用于气象、工业、农业、海洋、环保、科研等领域的湿度测量和控制。     

BSC湿度传感器

BSC湿度传感器使用了随环境相对湿度变化而变化的有机聚合物薄膜湿敏电容作为敏感元件，专门的转换线路把电容的变化转换成与相对湿度成正比的直流输出电压。这种湿度传感器具有良好的线性度和准确性，工作温度在-40℃～＋50℃，广泛应用于气象、工业、农业、海洋、环保、科研等领域的湿度测量和控制。[第一段]     

车辆电容称重装置研制

针对传统车辆称重装置存在的不足,开发了一种车辆电容称重装置,利用电容称重传感器输出电压来反映车辆载荷.该装置安装于车辆上,采用四相检测电荷转移式微电容测量电路测量电容传感器输出电压,利用基于USB接口的电容称重传感器特性测试系统采集数据,采用实验方法测量称重系统的静态特性并进行静态标定,同时从速度、加速度、振动等因素影响方面对动态特性作了测试与分析.结果表明:该装置不仅适用于静态测量,同时适用于动态测量,具有较好的应用和推广价值.     

基于Canny算子和FFT的非接触图像振动测量研究

针对接触式振动测量过程中需要接触被测结构且易受外界影响,双目视觉非接触式振动测量过程中操作步骤较复杂的问题,提出了一种基于Canny算子和FFT的非接触图像振动测量方法。首先通过相机采集被测结构的运动图像,并进行了灰度化处理,利用Canny算子提取了图像的边缘特征;然后选取了图像系列像素点,用Matlab软件跟踪提取了其运动信息,进行了FFT分析,得到了该边缘像素点的振动频率,即被测结构的振动频率;最后进行了简支梁正弦激励稳态响应实验与悬臂梁冲击响应测试实验,并将实验结果与加速度传感器测量结果进行了比较。研究结果表明:在10 Hz～35 Hz简支梁正弦激励下测得的振动频率与传感器测量结果相对误差小于1.1%,悬臂梁冲击响应测试下测得的振动频率与传感器测量结果相对误差小于0.7%,该方法具有实际应用的可行性。     

压阻式MEMS高温压力传感器设计与关键工艺研究

在SIMOX技术SOI晶圆的基础上,设计了压力敏感芯片结构,并基于MEMS工艺制作了压力敏感芯片。根据芯片实际情况,分析了传感器制备过程的关键工艺参数及其影响。同时采用5 V恒压源供电,在相同情况下,增加kulite压力传感器背靠背测量不同气压下的输出电压值并比较。测量结果表明,所制备的SOI压力传感器线性度达到0.99%,重复性高达0.35%,迟滞性为0.1%,有望用到实际工程应用中。     

电容法气液两相流相含率测量系统研究

针对传统气液两相流相含率检测精度低的问题,文中研究并设计了基于微小电容测量电路的电容法相含率测量系统,该系统主要包括传感器、测量电路和数据采集处理3部分。其中测量电路采用交流激励的C/V电容电压转换电路,并通过以ARM Cortex-M4为架构的STM32F407ZGT6芯片对输出信号进行采集和处理,最后得到气液两相流的相含率。为了验证该系统的测量性能,搭建了气液两相流层流相含率测试平台,并对3种典型传感器结构进行性能测试,试验结果表明采用双环式传感器结构的测量系统其线性度最好,测量误差最小,能够达到稳定、连续、高效的测量气液两相流相含率的要求。     

电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。     

基于CAV444的电容式液位传感器设计与优化

文中介绍了电容式液位传感器的测量原理,提出了一种基于CAV444线性电容-电压转换芯片的电容式液位传感器设计与优化方案。该方案根据所测液位范围对应的电容值变化范围对调理电路的输出电压进行了变换,以提高传感器的灵敏度,并根据被测信号的带宽设计了低通数字滤波器,提高了传感器的抗干扰能力。测试结果表明,该传感器性能稳定,最大非线性误差为0.75%,测量结果线性度好;引用误差为1.13%,测量准确度高,能够满足大多数工业现场实际的液位测量需求。     

基于MXT9030与STM32的电容式倾斜仪

利用弹性优良的铍青铜材料作为振动元件来制作倾角传感器,计算了倾角传感器铍青铜元件偏角和输出电压之间的关系。并在此倾角传感器基础上设计了一款典型的三明治式电容式倾斜仪。采用专用的电容检测芯片MXT9030将倾角传感器的电容信号转换为电压信号,同时通过微控制器STM32的控制协助提高传感器的线性度。实验结果显示,该倾斜仪测量范围广,线性度良好。     

高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析

为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能,设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器,并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论,并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述;在整个分析过程中,使用ANSYS软件并结合有限元方法对全尺寸传感器的热效应进行模拟。结果表明,在接触工作状态双凹槽接触式电容压力传感器的温度对输入(压力)-输出(电容)特性的影响是线性的,且线性范围内初始压力随温度的升高而降低;当温度载荷为550 K时,双凹槽结构的灵敏度为1.21×10-6pF/Pa,比传统单凹槽的0.8×10-6pF/Pa高出50%,表明该压力传感器有着非常优异的高温特性。     

基于霍尔效应的车用角位置传感器线性化研究

线性度是传感器的重要性能指标之一。基于霍尔效应的霍尔角位置传感器的霍尔输出电压可表达为:UH=KHBIcosθ,霍尔输出电压与被测角度θ之间的关系是非线性的。针对角位移变化引入的非线性变量cosθ使得普通的磁场结构难以实现霍尔角位置传感器较大范围线性输出的问题,本文提出了一种改进的车用霍尔传感器磁场结构,通过对改进后的磁场结构用有限元仿真计算和实验测量均得出改进后的磁场结构能够实现霍尔角位移传感器的霍尔输出电压与被测角度之间呈线性变化。