微型光纤光栅土压力传感器量程及其过载能力分析研究

为定量分析压力传感器的测量量程及其过载能力,提出一种微型光纤光栅土压力传感器并构建其气压标定系统。对微型光纤光栅土压力传感器进行理论分析得其灵敏度为7.5 nm/MPa,测量量程可达1.06 MPa。而分析光纤光栅土压力传感器性能测试数据得:该传感器压力灵敏度为5.9 nm/MP,线性度为99.93%,可测量实际量程为225 kPa,过载能力上限值为300 kPa。研究结果可用于指导设计规定量程的光纤光栅土压力传感器,具备一定应用价值。     

用于高温油井测量的光纤温度和压力传感器系统

针对高温油井测量环境对基于光纤非本征法-珀干涉仪(EFPI)的温度和压力传感器性能的要求,采用了微型光谱仪测量干涉光谱和相关计算的波长解调方法,使EFPI腔长绝对分辨率达到0.25 nm,相应传感器的温度和压力相对测量分辨率达到0.02%;利用双LED光源交替工作,实现温度和压力同时测量;对EFPI传感器结构进行了优化设计,降低了传感器的温度-压力交叉敏感性,在0～20 MPa的压力变化范围内,对温度测量的影响小于0.2%,在20～300℃温度变化范围内,对压力测量的影响小于1%,满足高温采油井井下测量的要求.     

一种新颖的布拉格光栅气体压力传感器的设计与实验

设计了一种将光纤光栅悬空固定结构的气体压力传感器,利用金属不锈钢菱形结构将波纹管中的压强转化成该菱形结构的应变,同时实现将菱形纵向分布的压力转化成菱形横向的应变,通过菱形结构应变直接被传递给光纤光栅,从而实现了测量波纹管内压强的目的。实验结果表明,在0～0.45 MPa范围内,光纤光栅中心波长的漂移与波纹管中的压强呈很好的线性关系,线性度可达0.99以上.在压力测量范围内,压力灵敏度系数达到1.360×10-3/MPa(相当于灵敏度2.111 nm/MPa)。     

基于强度解调的Fabry－Perot型光纤MEMS压力传感器

运用微机械系统加工技术制作了一种新型法布里-珀罗干涉型光纤微机电系统压力传感器,该传感器通过测量反射光谱的移动测量压力.运用多腔干涉原理对该传感器进行理论以及模拟分析得出,通过改变压力传感器的尺寸可较容易的调节压力线性测量范围和灵敏度.实验结果表明,在压力线性测量范围[0.1～1.0]MBa内,灵敏度可达到12.71 nm/MPa(光谱移动/压力).     

发明与专利

基于CCD感光元件的城市地下微型管道深度测量传感器,双目线结构光传感器一致性精确标定方法及其实施装置,电流传感器,光纤光栅钢管封装温度传感器,一种阵列化锰铜薄膜超高压力传感器及制备方法.     

光纤化学传感器中光纤涂层的散射损耗

一、引言继光导纤维通讯之后,光纤在传感技术领域的应用近年来也获得很大发展。目前大约有近百种不同形式的光纤传感器用于不同用途的测量。除用于测量物理量如温度、压力、辐射强度、流速、电压等的光纤传感器外,用于测量化学量的光纤化学传感器八十年代后有较快的发展。光纤化学传感器可分为吸收光光纤化学传感器、反射光光纤化学传感器、荧光光纤化学传感器和化学发光光纤传感器等四类。而不管那一类传感器,光在光纤中的传输     

基于F-P原理的非本征型光纤爆炸动压传感器设计

设计了一种非本征型光纤法布里-珀罗(F-P)爆炸压力传感器,传感器采用膜片式结构,采用三波长法对F-P信号进行解调.压力加载试验表明,研制的F-P压力传感器线性度较好,具有较高的频响特性,在实际的爆炸测试中不受电磁干扰影响,可用于爆炸动压测量.     

光纤光栅压力传感器及其温度效应研究

根据Bragg光栅方程,讨论了光纤Bragg光栅(FBG)压力传感机理及温度对光纤光栅反射波长的影响;通过裸光栅的罐状聚合物封装,在0～20MPa的范围内,使光纤光栅的压力灵敏度提高为-42.0am/Pa,是裸栅的17.3倍,可作为恒温时较高压力环境下使用的传感器;经实验结果分析,100℃以下的温度范围内,封装后的FBG受温度影响效应变为裸栅的4倍,反射波长与温度亦具有良好的线性关系。指出非恒温环境下的压力测量应考虑对传感器反射波长随压力变化曲线进行线性修正,以实现对压力的准确测量。     

基于光子晶体光纤的在线压力监测技术

为了监测紧凑结构件的内部层间压力,提出一种采用新型材料保偏光子晶体光纤为敏感单元的嵌入式压力在线检测技术。建立了传感模型,采用Sagnac干涉技术组建检测系统,并进行了实验研究。通过实验验证,检测系统输出干涉峰值的移动量与光纤横向压力成线性关系,传感器可检测压力范围为0~10 kN,压力灵敏系数为0.4414 nm/kN,传感器精度2.6%,且能明显观测到光纤上方垫层材料的松弛效应。试验验证敏感单元的重复性能良好,且温度敏感系数仅为-11.8 pm/℃,使得该类传感器具有良好的抗温度干扰性及工程实际应用性。     

海洋双光纤光栅压力传感器的温度响应特性

为满足海洋温深剖面连续拖曳测量的要求,测量海水深度的光纤布拉格光栅(FBG)压力传感器是利用FBG温补传感器来解决交叉敏感问题。由于二者对温度响应时间不一致,导致在中尺度旋涡、锋面等温度骤变海域测试海水压力时有所偏差。针对这一现象,设计出了一种新型的双光纤光栅压力传感器,通过在压力传感器的中心和边缘各封装温补和压力光纤光栅(边缘光栅不接触弹性膜片,仅受温度影响),使其对温度响应特性接近一致。实验测试结果表明:传感器的温补和压力光纤光栅对温度响应时间分别是1. 45 s和1. 52 s,响应一致性好。通过海试验证,FBG压力传感器与参考压力传感器ALEC—TD的相关系数高达0. 990 6,基本消除温度响应不一致导致的测量误差,能够达到准确测量压力的目的。     

光子晶体压力传感器研究

介绍了一种新型光子晶体压力传感器,利用压力使光子晶体带隙的变化特性制作压力传感器,提出了通过测量透射光的变化来测量压力的检测方法。结果表明:传感器的测量范围和灵敏度与构成光子晶体的材料特性有关,材料弹性模量小时,灵敏度高;2种材料的弹性模量和泊松比相差大时,测量范围小。该传感器体积小、重量轻。     

基于MEMS加工技术压力传感器工艺研究

介绍了一种微压力传感器加工技术和加工工艺研究,根据所设计微压力传感器的结构特点和国内现有加工设备,采用了体硅加工技术和表面加工技术相结合的方法,并给进行详细加工步骤研究.     

基于TinyOS的微型无线感知网技术研究

具有感知能力、计算能力和通信能力的微型无线感知网,能够协同地监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,开始在世界范围内出现。本文在介绍微型无线感知网基本概念和原理的基础上,论述基于TinyOS的感知网系统主要组成,然后讨论微型无线感知网中多跳路由协议及其具体应用,最后对TinyOS的感知网的感知数据进行处理。本文的研究和实现对于超微型无线感知网应用具有很好的应用价值。     

Design and characterization of MEMS-based flow-rate and flow-direction microsensor

This study designs and characterizes a novel MEMS-based flow-rate micro-sensor consisting of a platinum resistor deposited on a silicon nitride-coated silicon cantilever beam. Due to the difference between the thermal conductivities of the silicon nitride film and the silicon beam, the tip of the cantilever structure bends slightly in the upward direction. As air travels across the upper surface of the sensor, it interferes with the curved tip and displaces the beam in either the upward or the downward direction. The resulting change in the resistor signal is then used to calculate the velocity of the air. A flow-direction micro-sensor is constructed by arranging eight cantilever structures on an octagonal platform. Each cantilever is separated from its neighbors by a tapered baffle plate connected to a central octagonal pillar designed to attenuate the aerodynamic force acting on the cantilever beams. By measuring the resistor signals of each of the cantilever beams, the micro-sensor is capable of measuring both the flow rate and the flow direction of the air passing over the sensor. A numerical investigation is performed to examine the effects of the pillar height and pillar-to-tip gap on the airflow distribution, the pressure distribution, the bending moment acting on each beam, and the sensor sensitivity. The results show that the optimum sensor performance is obtained using a pillar height of 0.75 mm and a pillar-to-tip gap of 5 mm. Moreover, the sensitivity of the octagonal sensing platform is found to be approximately 90% that of a single cantilever beam.     

Design,analysis and simulation of a novel linear capacitive tilt micro-sensor

A new capacitive structure for tilt sensor based on the MEMS technology is designed, analyzed and simulated. With a detailed analysis, we achieve to a precise relation between capacitance and inclination angle. Taking advantage of cylindrical structure in our design, we reach to a linear relationship between capacitance and tilt angle. In three designs of our capacitive tilt micro-sensor, there are 1, 2 and 4 micro capacitors. These capacitors have a common plate of mercury which is movable. Another plate is fixed. Displacement of mercury according to the deflection tends to the variations of capacitors and subsequently total capacitance of the tilt micro-sensor changes. In each of three designs for this micro-sensor, output capacitance (C_out) is introduced with a special equation for obtaining a linear and continues relationship between C_out and tilt angle. The last proposed micro-sensor structure with 4 micro capacitors, shows linear relationship for C_out over tilt measurement range of ?180° to +180° on one axis besides proper sensitivity.     

Sensitivity analysis of multilayer perceptron with differentiableactivation functions

In a neural network, many different sets of connection weights can approximately realize an input-output mapping. The sensitivity of the neural network varies depending on the set of weights. For the selection of weights with lower sensitivity or for estimating output perturbations in the implementation, it is important to measure the sensitivity for the weights. A sensitivity depending on the weight set in a single-output multilayer perceptron (MLP) with differentiable activation functions is proposed. Formulas are derived to compute the sensitivity arising from additive/multiplicative weight perturbations or input perturbations for a specific input pattern. The concept of sensitivity is extended so that it can be applied to any input patterns. A few sensitivity measures for the multiple output MLP are suggested. For the verification of the validity of the proposed sensitivities, computer simulations have been performed, resulting in good agreement between theoretical and simulation outcomes for small weight perturbations.     

MEMS壁剪应力传感器热效应的数值模拟

借助计算流体动力学(CFD)商业软件FLUENT,采用数值模拟的方法,对基于MEMS的壁剪应力传感器热交换效应进行了分析。计算结果表明:在壁剪应力传感器的热膜下方加入真空腔或者空气腔是十分必要的。针对水流中测量的计算结果显示,真空腔和空气腔在整个计算区域的温度场分布以及对流体的传热效率的差别不大,而空腔可以明显地减小底层的热损失,这对提高剪应力传感器的灵敏度是十分有利的。此外,MEMS壁剪应力传感器的尺寸效应对传热效率也存在影响。     

高gn值微加速度计的设计

设计了一种新型四梁压阻式MEMS高gn(gn=9.8m/s2)值加速度计,其量程为0~150 000gn,抗冲击200 000gn,横向灵敏度小于6%。根据设计指标及强度条件对结构参数进行了优化设计,并进行应力分析、抗冲击分析、横向效应分析以及灵敏度分析。同时,利用有限元分析软件,对模型进行了静态应力分析和模态分析,给出了具体的分析结果,并与理论值加以比较,从而使该高gn值加速度计的结构分析和设计更加合理。     

差动式逆磁致伸缩应力传感器的设计

基于铁磁材料的逆磁致伸缩效应,设计了一种五磁极差动式应力传感器。通过初步实验,验证了其基本磁测性能,并认为该传感器具有灵敏度较高、可用于扭矩及其它形式应力检测等特点。     

基于光弹效应的三分量光弹光纤地震加速度传感器

为满足强电磁场环境下的高精度三维地震勘探的需求,研制了一种高精度三分量光弹光纤加速度地震传感器,该传感器具有线性度好、抗横向谐振的特点.利用光弹原理,设计出三轴光弹敏感系统,可高精度检测加速度的三个轴向分量.采用双弹簧弹性系统,有效地提高了加速度传感器的抗横向谐振特性,且线性度好.该传感器的主要参数:共振频率为3 500Hz,横向灵敏度系数为0.11%,主轴相位灵敏度为3.7×10-3 rad/m·s-2.