超声传感器特性参数测量

针对超声PT(process tomography)成像所使用的压电传感器应与激励源阻抗匹配的要求,采用导纳圆方法,剖析了压电传感器振子的谐振频率特性.自制水声收、发两用压电传感器,并采用相位跟踪法,设计了传感器参数测量电路.参数测量结果表明:当传感器振子处于自由状态下,其谐振频率和反谐振频率较低;处于夹持状态下,传感器谐振频率和反谐振频率较高,反谐振等效电阻阻值明显增加,达到12 kΩ.     

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。     

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.     

一种谐振式加速度传感器及其设计

为解决当前模拟输出式加速度传感器测试精度相对较低的问题,利用谐振式传感器重复性好、分辨率高、稳定性优良的特点,设计了一种谐振式加速度传感器。通过理论计算,得出了线加速度与敏感元件谐振频率之间的关系,并通过有限元软件对其进行了仿真计算。计算结果显示,传感器在空载状况下谐振频率的理论计算结果与有限元分析结果分别为722.2Hz与720.87Hz。在1g加速度下两种计算方法得到的谐振频率计算结果分别为727.3Hz与726.28Hz,两种情况的相对误差仅为0.18%与0.14%。对加工完毕的加速度传感器进行了测试,测试结果表明：在谐振状态下,传感器的敏感元件的谐振频率大约为718.2Hz,与理论计算及仿真结果基本接近,证明了设计的正确性。     

磁弹性传感器性能测试与分析

本文介绍了磁弹性传感器谐振频率测量方法．研究了当传感器尺寸、表面负载质量、所处的环境及其他物理因素变化时谐振频率及振幅随之变化的关系。     

一种谐振式加速度传感器及其设计

为解决当前模拟输出式加速度传感器测试精度相对较低的问题,利用谐振式传感器重复性好、分辨率高、稳定性优良的特点,设计了一种谐振式加速度传感器.通过理论计算,得出了线加速度与敏感元件谐振频率之间的关系,并通过有限元软件对其进行了仿真计算.计算结果显示,传感器在空载状况下谐振频率的理论计算结果与有限元分析结果分别为722.2Hz与720.87Hz.在1g加速度下两种计算方法得到的谐振频率计算结果分别为727.3Hz与726.28Hz,两种情况的相对误差仅为0.18%与0.14%.对加工完毕的加速度传感器进行了测试,测试结果表明:在谐振状态下,传感器的敏感元件的谐振频率大约为718.2Hz,与理论计算及仿真结果基本接近,证明了设计的正确性.     

微波谐振腔含水率传感器的设计方法

构建了含水混合物介电特性模型,设计了基于此模型的开路同轴谐振腔传感器,并指出影响其传感特性的两个主要参数是保护盖介电常数和空载谐振频率.针对此问题,利用MATLAB对保护盖介电常数和空载谐振频率对传感器传感特性的影响进行了仿真和分析.加工了具有不同谐振频率的含水率传感器及不同介电常数的保护盖.实验结果表明,本文提出的模型能够很好地指导传感器的设计,同时选取Al2O3制作的保护盖和空载谐振频率为2.5G的同轴谐振腔具有较好的测量效果.     

硅微谐振压力传感器自动增益控制与相位补偿研究

硅微谐振压力传感器检测信号的幅值稳定性与频率跟踪性对其性能至关重要,但目前幅值控制与频率跟踪方法的非线性特征会造成谐振器振动频率的非线性变化,限制了传感器综合精度的进一步提升。为降低谐振器振动频率非线性变化的影响,基于自动增益控制(Automatic gain control,AGC)的线性化分析理论,建立高Q值硅微谐振压力传感器自动增益控制和相位补偿模型,分析AGC幅值控制和频率跟踪线性化的控制特性,以及相位补偿对闭环控制性能的影响。基于自动增益控制(AGC)的自激驱动被证实可使谐振器稳定工作于谐振频率,且保持幅值稳定,通过Simulink/PSpice建模仿真,验证非线性系统线性化分析的准确性。同时基于自动增益控制与相位补偿模型设计与制作的硅谐振压力传感器控制电路,经测试可使整表频率稳定性优于±0.05 Hz@采样周期5 ms,综合精度优于±0.02%FS,实现自动增益控制在谐振压力传感器的工程化应用,解决了谐振器频率跟踪非线性引起的传感器性能下降问题,可广泛应用于高Q值谐振器闭环控制。     

基于微波谐振腔的湿度传感器

构建了含水混合物介电特性模型，设计了基于此模型的开路同轴谐振腔传感器，并指出影响其传感特性的两个主要参数是保护盖介电常数和空载谐振频率。鉴于此，针对保护盖材料及空载谐振频率对传感器传感特性的影响进行了全面分析和仿真。加工了具有不同谐振频率的微波谐振腔及不同材料的端口保护盖。实验结果表明，该模型能够很好地指导传感器的设计，同时选取Al2O3作为保护盖材料及具有空载谐振频率为2．5GHz的谐振腔，具有较好的测量效果。     

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。     

电容式微加速度传感器微结构的拓扑优化

采用均匀化方法,以电容式微加速度传感器微结构的第一阶谐振频率为目标函数,以微结构的体积作为约束条件,建立了微结构的拓扑优化模型,对叉指式微加速度传感器微结构进行了拓扑优化设计,经计算获得满足体积约束并使第一阶谐振频率最大的微结构拓扑形式。计算结果表明该方法可以很好地解决微加速度传感器灵敏度和谐振频率这一对矛盾,在满足灵敏度的要求下提高微加速度传感器的测量范围上限,不失为一种先进的、有效的电容式微加速度传感器微结构的设计方法。     

谐振筒压力传感器动态校准研究

谐振筒压力传感器动态校准研究＊孟晓风王效葵黄俊钦文海临（北京航空航天大学自控系北京１０００８３）０引言谐振筒压力传感器具有高精度、高稳定性和频率量输出的优点，已在航空领域广泛使用。然而，该类传感器的动态校准还存在困难。研究谐振筒压力传感器的动态性能，...     

小波分析在光激光拾硅微谐振传感器微弱信号检测中的应用

光激光拾硅微谐振传感器在实际测量中光拾信号非常微弱，往往淹没在噪声中，无法识别其谐振频率。根据光拾信号与噪声的频率特性，采用小波多分辨分析方法将噪声与信号分离，并采用双频法识别系统，研究了采样频率与系统谐振频率的关系，在两个最佳采样频率下达到准确识别谐振频率、固有频率与阻尼比。     

碳纳米管质量传感器振动特性研究

基于欧拉-伯努利梁理论对单壁碳纳米管质量传感器的振动特性进行研究。分别考虑悬臂梁式和两端固定式碳纳米管质量传感器,研究吸附质量对其谐振频率漂移的影响。推导出任意位置的吸附质量下,碳纳米管质量传感器的等效刚度、等效质量和谐振频率的解析表达式,推导出传感器的非线性应用方程及其简化形式。在特定位置下吸附质量对不同长度碳纳米管谐振频率的影响进行了研究。数值仿真结果表明,对于不同的边界约束和特定的吸附位置条件下,吸附质量越大、碳纳米管的长度越短,导致的碳纳米管频率漂移越大。对于8 nm长的碳纳米管,在悬臂式约束下,吸附质量越远离固定端,引起的频率漂移越大。而在两端固定约束下,则是吸附质量越靠近固定端,频率漂移越大。揭示了传感器的谐振特性,有助于促进碳纳米管在纳机谐振器领域的推广应用。     

新型谐振式传感器研究

讨论了一种新型声波测距系统的机理。由赫姆霍茨谐振器的原理知，容器体积V与其谐振频率ω0之间存在着数学关系；当传感器探头向料仓扫描式发射频率段时，探头同时接收回波并由单片机检测出谐振频率ω0。依据谐振频率ω0值求出料仓体积V，从而求出料位H。谐振式传感器探头由动圈式高频电动扬声器、电容传声器及单片机控制板组成；声波由电动扬声器发射，声波接收采用电容传声器。该传感器可应用在精度要求不高的固态料位、粉状料位和液位的检测。     

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。     

波纹膜片的频率特性在谐振传感技术中的新应用

波纹膜片的频率特性在谐振传感技术中的新应用樊尚春，刘广玉（北京航空航天大学自动控制系）０引言谐振式传感器因自身直接的频率量输出，迟滞小，重复性好，稳定性高等被传感器技术领域作为一种先进的传感器技术来评价和研究。目前，在谐振式传感器中用的较多的是振弦，...     

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.     

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。     

基于FPGA的谐振悬臂梁传感器智能接口电路

设计了基于FPGA的谐振式微悬臂梁传感器接口电路,将接口电路与谐振式微悬臂梁传感器组成闭环自激振荡系统.为满足接口电路智能化与输出频率稳定性的要求,设计了带有自动扫频功能的锁相环,以此锁相环为核心并结合外围放大、滤波、移相、整形电路构成的接口电路系统,能够自动扫频寻找谐振点并锁定,扫频精度为0.012 Hz左右,谐振频率的波动范围可达0.01Hz左右,且锁定范围极广.分别测试了谐振点在100kHz与500 kHz附近的两组传感器,该系统均能很好地自动扫频寻找谐振点并锁定.