互补开口谐振环微带传感器介电常数的测量

介电常数是材料的重要特性之一,采用互补开口谐振环微带传感器实现了不同厚度待测物质介电常数的无损测量。方形互补开口谐振环蚀刻在微带线接地平面上,与微带线耦合实现谐振,分析了谐振器的等效电路,讨论了介电常数与谐振频率之间的关系。通过有限元分析,谐振频率的负二次方与待测物质的介电常数实部值存在线性关系,且线性关系受待测物质的厚度影响;介电常数的虚部值对谐振频率的影响可忽略不计;最终建立了介电常数实部值与谐振频率和样本厚度之间的数学解析式。实验测试结果表明,当待测样品的厚度大于2 mm时,实部介电常数的相对测量误差小于3.5%。     

波导传输线材料电磁参数测试及适应性研究

介绍了基于波导传输线的材料测试方法,推导了从实测的材料散射参数当中计算特性阻抗和传播常数的公式,针对波导传输线,推导了从特性阻抗和传播常数当中计算介电常数和磁导率的公式。用高频结构仿真软件计算的材料散射参数代替材料实测的散射参数,对材料多次反射效应与谐振问题进行系统研究,考察了材料介电常数与磁导率随材料厚度和测试频率的变化规律,给出了介电常数和磁导率与材料厚度和工作频率的三维曲线,明确了基于波导传输线的材料测试方法的厚度选择范围,可有效地避免因材料厚度选择不当,造成不必要的测试误差。最后给出了聚四氟乙烯和交联聚苯乙烯两种材料的实测结果,验证了方法的有效性。     

基于多传感器信息融合的油品水分检测系统

在油品含水量智能检测系统中，基于水的介电常数远远大于油的介电常数，因而两者所呈现的射频阻抗特性不相同的原理，使用了射频电容传感器，但在测试过程中发现传感器的输出不但决定于含水量一个参量，环境温度发生变化时系统的输出值也会发生变化，即系统对温度存在交叉灵敏度，从而影响系统性能和测量准确度，因此在油品含水量智能检测系统中，通过对温度和水分两个参量进行监测，并采用多传感器信息融合技术对传感器输入信息温度和水分，输出信息温度电压和水分电压进行融合处理以提高目标参量的测量准确度和测量系统的温度稳定性。     

短路反射法测量复介电常数的研究

研究了基于波导六端口反射计系统的短路反射法测量介质材料复介电常数的测量原理,通过六端口反射计测量得到介质样品加载前后参考面的复反射系数,求得样品介质的相对介电常数和损耗正切。提出了一种新的求解复超越方程的数值解法,该方法以泰勒近似获取初值,通过梯度迭代得到最终结果,避免了复超越方程中无用多值的出现。实际测试结果表明,该方法可以快速单一地测得介质材料的相对介电常数,且精度较高。     

基于点激光和视觉引导的瓶口螺纹测量系统

人工测量医药罐体瓶口螺纹尺寸的精度与重复性较差，使用三坐标机虽能提高精度但检测速度慢，针对以上缺点，本文设计了基于点激光和视觉引导的瓶口螺纹测量系统。该系统能实现罐体的夹取、视觉引导定位以及瓶口螺纹的高精度测量。首先，针对上料位置的动态变化，使用机器视觉算法完成罐体的精确定位；其次，针对螺纹尺寸测量的高精度要求，使用激光测距传感器完成螺纹轮廓的数据采集；最后，针对螺纹的复杂外形，使用最小二乘法拟合螺纹轮廓，分别计算螺纹相关尺寸。试验结果表明，该系统能够准确地测量出不同规格的瓶口螺纹尺寸，绝对精度、重复精度分别能够达到0.01mm和0.003mm，基本满足医药罐体瓶口螺纹的测量要求，在实际生产中具有良好的可行性。     

一种微波介质谐振器介电常数测量方法

针对现有平行板开式腔谐振法测量介电常数时会有一部分能量顺着馈线和上下金属板之间的结构传输形成辐射损耗的特点,提出了一种复介电常数测量方法,通过在馈电侧上下金属板之间增加短路板来阻挡辐射损耗。设计制作了具有短路板的介质谐振器测试系统,采用单端口工作,给出了工作在TE011模下的介电常数和损耗角正切的计算方法,并对一圆柱形介质样品进行了测量试验。     

双金属材料电涡流差动测厚方法及应用

针对双金属材料厚度的电涡流测量,采用有限元方法仿真分析了双金属材料几何尺寸、不同的双金属层厚、电涡流传感器激励频率等对测量灵敏度的影响;给出了电涡流差动测厚的实用公式,并现场应用于汽车发动机双金属材料止推片厚度的检测,测量精度达到微米级.     

一种新型的超宽带天线的研究

提出了一种微带馈电的超宽带天线。该天线印刷在覆铜介质基板上,介质基板尺寸为30 mm×35 mm×1.5 mm,材料是介电常数为4.4的FR4介质。利用仿真软件HFSS对天线参数进行仿真和优化。通过在微带面上开缝,可实现天线频带宽度(S11<-10 dB)2.5 GHz¹1.5 GHz,相对带宽达128%。结果表明,该天线不仅满足超宽带要求,而且结构简单,体积小,适合在UWB通信中应用。     

基于矩形谐振环的微流体传感器

提出了一种用在GHz频段的超介质微流体传感器,用于对具有不同复介电常数的溶液进行高分辨率的辨析,灵敏度达到了4.382 mm/RIU.具有结构简单、检测方便、检测样品用量小等特点.利用样品溶液流经通道时将会改变原有的超介质单元的谐振频率和峰值衰减的原理来进行传感,待测溶液的介电性能可以通过建立谐振特性和样品复介电常数之间的关系来获得.利用等效电路的分析对传感器进行了优化,使其可以同时使用谐振频率和峰值衰减作为指标来进行样品溶液的辨析.     

周期性慢波结构的微带线威尔金森功分器

采用周期性慢波结构加载的开路传输线代替传统的四分之一波长阻抗变换器,设计一种小型化且适用于高频的Wilkinson功分器,有效改善了传统Wilkinson功分器尺寸大且高频时容易出现色散的问题。最后基于FR4基板,设计应用于900 MHz的Wilkinson功分器,测量结果显示,三个端口匹配良好,S11约为-20.58 dB,S22约为-23.62 dB,S21约为-3.28 dB,输出端口的隔离度约为-33.3 dB,仿真结果和测量结果趋势吻合,验证了该方法的可行性。     

沥青混合料含水量集成检测系统设计与研究

为提高路面沥青混合料含水量测量装置精度,简化结构,提出一种1.5 GHz微带环结构的含水量传感器检测系统.因含水量不同,不饱和混合料介电常数变化,导致微带环有效介电常数发生改变,谐振频率偏移.通过谐振频率反演混合料介电常数,建立含水量与有效介电常数的线性关系求得沥青混合料含水量.研究工作包括算法分析、微带环结构设计仿真、系统软硬件集成设计.混合料样本(含水量0 ～ 30％)测试显示测量分辨率≤0.1％,误差≤1％,系统响应时间≤100 ns.这种新型传感器体积小、功耗低、精度高,适合路面测量.     

振管式结冰检测传感器设计优化及改进

针对当前的振管式结冰检测传感器只具有结冰阈值报警功能,缺乏冰层厚度测量能力等缺点,列传感器进行改进和优化设计.使用扫频电路代替LC谐振电路,以提供稳定的激振信号;通过多项式目标函数法,将被测频率、环境温度以及冰层厚度结合起来,实现对冰层厚度的准确检测.对改进后的样品进行了性能测试,结果显示该传感器稳定性有显著提升,同时实现了对冰层厚度的准确测量,冰层厚度测量误差小于0.15mm,证实了设计的正确性.     

折叠偶极子阵列无芯标签极点特性分析

标签极点提取的准确性受多种因素影响,以折叠偶极子阵列无芯标签为研究对象,开展无耗电介质材料(厚度、相对介电常数)对其极点分布的特性分析。仿真结果表明,随着介质厚度及其相对介电常数的增大,谐振极点的衰减因子及谐振频率将呈现变小的趋势,极点分布以类S型曲线向坐标原点靠近。     

新型体声波传感器读出电路的实验验证

为了实验验证此前通过仿真验证的基于六端口反射计的新型BAW传感器读出电路的方案的可行性,本文制作了新型BAW传感器读出电路并对其进行了测试.以串联谐振频率约为1.5 GHz的薄膜体声波谐振器(FBAR)为待测器件(DUT),设计、制作了一种能够满足该FBAR谐振频率测量带宽(1.3 GHz~1.7 GHz)要求的PCB上微带六端口网络和检波器,配合射频信号发生器和示波器,获得了模拟DUT(50ΩSMA匹配负载)的反射系数-频率(Γ-f)曲线测量结果.与矢量网络分析仪(VNA)的测量结果进行了对比,两者吻合较好,实验验证了"基于六端口反射计的BAW传感器读出电路"可用于FBAR谐振频率的测量.本文工作对实用化BAW传感器的研制和片上矢量网络分析仪(VNA-on-Chip)的设计都有借鉴意义.     

基于分段涂层TDR探针的含水合物多孔介质电学参数测量仿真研究

针对海洋沉积物中天然气水合物饱和度评价需求，提出了基于分段涂层TDR探针的沉积物介电常数和电导率同步测量新方法。针对无涂层探针、全涂层探针以及分段涂层探针分别建立了模拟TDR测量响应的有限元数值模型，仿真研究了涂层参数对介电常数和电导率测量性能的影响规律，继而应用于含水合物多孔介质的测量并对误差进行了分析与校正。研究结果表明：探针涂层的厚度和介电常数直接影响采集电压信号的衰减程度，因此需根据被测介质的电学性质对其进行优化设计；在涂层厚度和介电常数已确定的条件下，通过改变涂层间隙长度可以调节探针所适用的电导率测量范围；当测量非均匀介质时，可以通过增加涂层间隙的个数来提高电导率测量的准确度；采用分段涂层探针测量含水合物多孔介质的介电常数和电导率时，需要对涂层引起的误差进行校正。     

一种基于示值误差的传感器标定方法

以传感器测量值的示值误差为拟合对象,给出了在应用该方法标定传感器时,拟合传感器测量值的示值误差曲线时的最小二乘法公式和计算拟合曲线的系数时调用计算机数据处理模块的格式,同时,给出了标定曲线、标定值的示值误差和非线性误差的计算公式。以某力传感器为例,对该方法的具体应用进行了详细的论述,将其示值非线性误差从0.416%分别降低到0.066%,0.023%,0.026%。     

柔性膜挤压式压力传感器的研制

本文研制了一种可以测量两平行平面间挤压力的柔性膜式挤压力传感器,总厚度在2.5 mm～4.0 mm的范围.传感器由柔性超弹性材料、硬质材料片及电阻应变片组成.通过在受压膜中局部产生拉应变的方法实现了用电阻应变片测量挤压力的目的.传感器既拥有超弹性材料的柔性特点,同时继承了电阻应变片使用方便,技术成熟稳定、输入输出线性好...     

基于微环谐振器的甲烷传感器

提出了一种新型的基于微环谐振器的甲烷传感器。该传感器通过微环表层的穴番A涂层来增加微环的有效折射率,使微环谐振器中谐振波长随甲烷浓度的增加而向右漂移;通过测量输出光信号的谐振波长推算出甲烷浓度。理论分析结果表明,该传感器的谐振波长变化范围在一个自由光谱范围内,甲烷浓度测量范围为0~15%;对比SOI材料和聚合物材料、单面敏感膜和三面敏感膜的测量结果,得出聚合物材料三面敏感膜微环的谐振波长变化幅度较大,测量灵敏度为60pm。     

硅压阻式压力传感器的温度补偿

分析了硅压阻式压力传感器的温度误差来源，给出了通过长时间实验的温度与传感器输出电阻的数据，提出了对此类传感器温度误差的测量和修正方法，从而保证此类传感器在大温度范围内得到高精度使用。     

一种新型高精度压电谐振式石英晶体温度传感器

开发了一种超小型、高精密、高稳定的谐振式石英温度传感器和石英温度测量装置,其温度测量范围为-60℃～200℃,准确度为0.05℃(包括非线性、复现性、滞后和负载温度的影响误差).文中介绍了谐振式石英温度传感器晶体切型的设计方案、结构的设计,传感器和温度测量装置特性的标定.该传感器采用了厚度切变振动C模式、Y3.78°切型的矩形双凸石英片和具有正弦波纹边缘的蝙蝠状金属电极.