加速度传感器及其安装工艺对加速台车模拟试验测量结果的影响

为研究加速度传感器及其安装工艺对车辆加速台车模拟试验测量结果的影响,采用碰撞试验常用的压阻式和电容式加速度传感器对加速台车碰撞模拟试验进行了测试。在DIAdem和Matlab中计算了加速度传感器输出结果的偏差、相干函数、能量谱、冲击响应谱等参数,在时域和频域内分析了加速度传感器及其安装工艺对加速台车模拟试验测量结果的影响。     

压电加速度计在不同安装方式下的响应分析

在固体火箭发动机力学试验中,不同的安装方式会对压电加速度计的响应产生影响,从而会影响最终的实验结果。通过建立力学理论模型,分析得出压电加速度计的安装谐振频率与加速度计和试件间的连接刚度成正比关系。通过设立多组对比实验,比较不同安装方式下的压电加速度计灵敏度幅值、相对偏差随频率和加速度的变化关系,得出不同安装方式下压电加速度计的适用范围。502胶水的安装方式可以同时满足精度要求很高、试验时间较长、试验频率范围广的要求,而胶木座、磁座、磁座+502、双面胶的安装方式均有不同的使用限制。同时,通过对比180°同轴安装和直接安装时的压电加速度计安装传递系数随频率的变化关系,进一步验证直接安装可以避免多级传递带来的偏差。     

单侧限位悬臂梁碰撞系统的动力学实验研究

对构造的单边碰撞悬臂梁系统进行实验的定性研究,在基础激励实验中,变换多次激励频率,通过加速度传感器测量悬臂梁测点的响应信号,并通过力传感器测量得到限位器与柔性悬臂梁之间的碰撞力.通过Matlab软件对实测响应的时、频域分析处理,观察到系统复杂的周期、概周期、混沌等多种运动形式,并发现其中运动形式变化的区间存在突变.尝试对实验时域数据计算最大Lyapunov指数,以进一步验证其中混沌的存在,进一步发现了混沌响应下末端加速度响应与碰撞力的传递函数具有频响函数特征.实验研究体现了非线性动力学现象,也对分析应用混沌运动的实验结果提供了一个新视角.     

脉冲注入法的传感器信号发生装置

脉冲注入法可较为灵敏地反映出各类变压器绕组故障,原理为在线注入脉冲方波,通过测量响应信号判断绕组工况.便携式带电检测仪可较好地实现上述功能,电容传感器信号装置是其重要组成部件,该部件直接安装在电力变压器绝缘套管上,为保证注入信号对在线运行变压器无影响,要求该部件不影响套管电场分布,同时不影响绝缘套管的绝缘特性.针对不同电压等级的电力变压器,设计了相应的电容式耦合传感信号发生装置,通过仿真验证了相应装置的电场分布,证明了其对电力变压器运行无影响,同时对该装置进行雷电冲击试验,检验了该装置的绝缘性能.装置为脉冲在线注入法的成功应用奠定了基础.     

微型薄板悬臂梁式测力传感器设计及偏载对其稳定性的影响

基于应用现场安装空间的局限性问题和对微型化测力传感器的需求,通过Creo Simulate模块的有限元法设计了一款低外形、小量程的薄板悬臂梁式测力传感器。该测力传感器具有结构简单、强度高、应用方便等优点,可适合目前对低外形、小量程测力传感器的需求,利用合金钢材料制作了该测力传感器,并通过惠斯通桥路里应变片的不同组合方式,分析了不同组桥方式对测力传感器灵敏度输出大小的影响,以及不同组桥方式时灵敏度输出受偏载的影响。     

力平衡加速度传感器设计分析

介绍了差容式力平衡加速度传感器的工作原理,推算了该传感器的运动方程,并推导出力平衡加速度传感器的自振频率、阻尼参数、幅频响应的计算公式,得出了传感器中质量块质量m、比例电阻R、微分电容C直接决定传感器的自振频率、频带宽度和传感器的输出灵敏度。     

基于正弦力激励的预紧压电式力传感器的研究

为了校准预紧的压电式力传感器动态灵敏度并研究其频响特性和预紧结构的设计,首先介绍了正弦力激励的方法并建立校准数学模型。分别在传感器正立和倒立安装方式下进行测试,通过对比试验研究传感器端部等效质量引入的惯性力对传感器动态灵敏度的影响。然后根据传感器固有频率的落球测试方法,将传感器和附加质量块安装于振动系统。通过白噪声激励得到系统安装谐振频率,进而研究传感器有效频率范围和测量精度与安装谐振频率的关系。最后通过理论分析,说明传感器非对称设计的原因。试验结果表明,当附加质量块质量约为传感器质量的121倍时,可忽略端部等效质量对灵敏度标定的影响;压电式力传感器固有频率高达46kHz,但其有效使用频率范围受安装谐振频率限制,当试验频率与安装谐振频率比 时,压电式传感器精度等级为1%;传感器两端等效质量不同,预紧结构是非对称的,用于动态测试时要将端部等效质量轻的一端连接到被测物体。本研究结果可为开展传感器的现场标定和预紧结构的设计提供理论依据。     

压电陶瓷快速响应特性与应用研究

针对压电材料在逆压电效应下具有极快响应速度的特点,研究并测试了压电陶瓷在阶跃激励下阶跃响应时间及其输出特性,利用其响应时间短输出带宽大的特性,研究了压电陶瓷作为激励源在微结构动态测试上的应用,并建立了压电陶瓷底座激励装置,成功测试了几种MEMS微结构的谐振频率;利用其在极短响应时间内输出大加速度的特点,研究了压电陶瓷在大量程加速度传感器灵敏度测试上的应用,结果显示压电陶瓷瞬时输出最大加速度达上万gn.     

高g值加速度计动态线性测试冲击方法研究

高g值加速度传感器动态线性测试描述了传感器的输入、输出以及频率三者之间的关系,反映了在某一特定频率下传感器的线性特性.基于霍普金森杆校准系统动态线性测试的一个关键技术是通过实现内弹外弹两粒弹丸的同步撞击,以此来实现两子弹作用于杆上的冲击加速度脉冲的频率相同,实现加速度传感器动态线性测试.本文基于动态线性测试方法,对子弹的同步撞击方法与子弹形状进行了仿真与实验研究.结果表明:实验室无法实现内外弹的同速异步撞击;将用于动态线性测试的内外弹绑定和改变内外弹截面积对第1次压缩波基本没有影响;该结论为利用霍普金森杆做加速度传感器动态校准提供了理论基础和现实依据.     

高g_n值MEMS加速度传感器封装的研究

对一种新型双悬臂梁高gn 值MEMS加速度传感器进行有限元模拟。采用双悬臂梁传感芯片的一种实际封装结构 ,进行频域分析和时域分析 ,讨论封合传感器芯片和封装基体的封合材料对其输出信号的影响。频域分析表明 ,封合材料的杨氏模量对封装后加速度传感器整体的振动模态有一定影响 ,封合胶的杨氏模量很小时 ,会致使加速度传感器的信号失真 ,模拟表明可选用杨氏模量足够高的环氧树脂类作高gn 值传感器的封合材料。时域分析静态模拟表明 ,封合材料的杨氏模量 ,对最大等效应力和沿加载垂直方向的正应力最大最小值基本无影响。时域分析动态模拟表明 ,随着封合材料杨氏模量的提高 ,动态模拟输出的悬臂梁末端节点位移的波形和其经数字滤波后输出的信号变好 ,封合材料的杨氏模量不影响输出信号的频率和均值 ,在加速度脉冲幅值输入信号变化时 ,悬臂梁末端位移平均值输出信号与输入有良好的线性关系。     

振弦式传感器测频系统的设计

根据振弦式传感器工作原理而设计的测频系统主要由手持式测频仪和PC计算机组成。测频仪采用直读式测频法测量振弦式传感器的输出频率,并将测量值和传感器特性参数代入固化在其内部的计算公式进行计算,从而实现传感器物理量的现场显示。同时,还可以通过PC计算机的串口将测量数据传给计算机,由计算机对数据进行处理、显示。该系统可大大减轻测量人员和工程技术人员的劳动强度,缩短测量和计算时间,提高测量及计算准确度。     

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。     

基于数值仿真对传感器安装位置的分析评估

采用数值仿真的手段,针对弹体高速侵彻混凝土靶板过程中不同安装位置的传感 器建立相应模型,并导入HyperMesh 进行前处理,进一步建立其有限元模型,递交LS-DYNA 求解计算得到传感器位置的时域信号,并通过频谱分析对比过载信号,对不同位置进行评估。 说明弹体测试装置中传感器安装位置的变化对获取的过载信号产生的影响,并证明传感器处于 测试装置后部时,信号更符合期望。     

不同频率激励信号下土壤水分传感器性能试验

激励信号频率是影响高频电容式土壤水分传感器性能的重要因素。利用去离子水和2—异丙氧基乙醇(2—isoproxyethanol)或二氧六环(dioxane)2种溶液混合,配制了一系列等效土壤体积含水率为0.9%~51.8%的待测介电溶液来替代土样。从与土壤含水率的函数关系、温度变异性2个方面,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100 MHz的7种土壤水分传感器进行了性能测试与分析。结果表明:7种频率的传感器的输出电压均与土壤体积含水率呈线性负相关,其相关系数R2均大于0.94;激励信号频率不影响传感器输出电压的温度变异性,温差是影响温度变异性的主要因素,其最大变异率均小于4%。试验结果可为设计高频电容式土壤水分传感器时选择激励信号频率提供依据。     

Effect of thermal and mechanical properties variations on microcantilever mass sensor performance

Ensuring desirable performance for piezoelectric microcantilever sensors constitutes a crucial research subject particularly for the applications such as detection of biochemical entities, virus particles or human biomarkers. However, these sensors’ performance may be affected by the environmental conditions such as temperature variation, and/or the uncertainty in the material properties. The objective of this study is to explore Young modulus uncertainty of microcantilever’s structural layer, thermo-mechanical and geometrical temperature dependency effects, on the natural frequency, bias and sensitivity of microcantilever mass sensors. These effects have been investigated for different sensor lengths and resonant modes. Also, a temperature compensation method which omits the need for bulky non-contact thermometers or fabrication of built-in temperature sensor has been proposed. As theoretical model, Euler–Bernoulli beam theory has been employed and solved by Galerkin expansion procedure. Using this model, it is demonstrated that the sensitivity of microcantilever sensor decreases with increasing the added mass. The microcantilever sensor sensitivity operating at the second resonant mode has been improved almost five times comparing to the first mode sensitivity regardless of microcantilever length. The simulation results show that temperature variation causes thermal frequency shift which in turn introduces a significant mass bias far beyond the sensors’ minimum detectable mass. This mass bias is constant for a given microcantilever in its first and second resonant mode. Additionally, the effect of temperature variation on the sensitivity of the given mass sensors is negligible. However, it has been shown that the variations in sensors sensitivity due to uncertainty of Young modulus remain constant for different lengths and two resonant modes of the microcantilever sensor.     

基于八悬臂梁-中心质量块结构MEMS压电振动能量采集器

高能量密度输出、低频范围响应、环境适应性强的自供电振动能量采集器已成为微能源技术领域的一个重要发展方向。提出一种d31型工作模式下MEMS压电式振动能量采集器,设计八悬臂梁-中心质量块结构代替传统的单悬臂梁结构,利用溶胶-凝胶（Sol-Gel）技术在每个悬臂梁上异质集成制备锆钛酸铅（Pb（Zr0.53Ti0.47）O3,PZT）压电功能厚膜层,通过MEMS工艺和引线键合技术完成器件础结构制造。输出性能测试结果表明,器件一阶谐振频率为41 Hz,3 gn加速度激励下输出电压峰峰值为264.00 mV;在器件两端加载3.00 MΩ负载时输出功率最大,为0.72 nW。     

无磁转台的电子罗盘误差分离标定方法

采用3个分立的磁感式磁传感器和三轴加速度传感器制作了全数字输出电子罗盘;基于自制三轴旋转无磁转台提出了一种电子罗盘标误差分离标定方法.通过无磁转台获取磁传感器敏感轴非正交或未对准的参数和磁传感器输出特性曲线,磁传感器的灵敏度系数因子和偏置量.分别评价偏置、灵敏度系数不一致以及非正交或未对准对电子罗盘方位角精度的影响.实验结果表明:经过校准后,电子罗盘水平面内误差不超过0.22°,而俯仰角和翻滚角在60°内时,方位角最大误差约为0.4°,说明了标定方法的有效性.     

基于LabVIEW的高效氧传感器检测系统开发

为了实现批量的氧传感器的高效下线检测,设计了一种基于LabVIEW的氧传感器检测系统。该方案采用按设定好空燃比变化规律循环的电控单元(ECU)控制发动机运行,其产生的尾气用来同时检测一组氧传感器。LabVIEW获取ECU的空燃比变化规律同时控制单片机AD采样获得到的各氧传感器的输出信号,通过实时处理获得的数据将得到一系列的氧传感器性能参数。当判断所有参数测量完后,LabVIEW将自动停止测量过程。通过用户自定义且可标定的评价标准,软件将直接给出每只所测氧传感器的性能评价结果。实验结果表明:该系统可以准确快速地检测出氧传感器的各种性能指标,包括起燃激活时间、稀浓信号大小、稀浓响应速度等。     

固态降水传感器现场核查装置技术研究

针对气象观测台站固态降水传感器现场核查及测试的实际需求,研制了现场核查装置,结合砝码法实现了固态降水传感器的现场核查和测试;现场核查装置由基于ZigBee无线网络的数据获取装置和加重装置构成,数据获取装置具备环境气压、温度、相对湿度的实时检测能力,具备RS232、RS485及通断信号方式3种固态降水传感器接口的数据读取能力;加重装置由三角支架、OPD降水模拟器及砝码托盘组成,其中降水模拟器采用阻挡原有OPD降水发生探测器红外光束,人为给定指定频率脉冲信号的方法实现了降水的模拟,能够兼容多种型号的固态降水传感器;经实验测试,固态降水传感器能够准确识别加入其中的砝码重量,数据获取装置的3种接口数据读取准确度均达到100%;降水量测量值与理论值相关系数为0.9999;表明现场核查装置能够应用于固态降水传感器现场核查及测试业务。