复合基质结构优化设计下的应变测量灵敏度提高研究

针对当前微带天线传感器应变测量灵敏度较低的问题,对基质结构进行研究,设计了一种带空气层的复合基质天线传感器.结合遗传算法应用HFSS软件对传感器结构参数进行优化设计,仿真研究最优解下的复合基质天线传感器"谐振频率-应变"关系.对所设计的复合基质天线传感器进行拉伸对比试验,其应变测量灵敏度是传统微带贴片天线传感器的3.1...     

微带贴片天线应变传感器优化设计研究

承载部件作为高端装备中最常见的结构单元,在役过程中受载荷和应力集中影响极易萌生裂纹,导致结构失效,实时监测结构关键部件的应变状态对保障结构健康至关重要。基于微波无损检测技术,揭示了矩形微带贴片天线的辐射元尺寸对其固有谐振频率的影响规律,探究了微带贴片天线谐振频率与应变的相互作用机理。矩形微带贴片天线可激发单频和双频谐振频率,改变矩形辐射元的长度或宽度,其谐振频率会发生频移。实验结果表明,当对金属接地板施加一定拉应力时,贴片天线几何尺寸会发生改变,其谐振频率也随之发生偏移,据此可推算出金属接地板的应变大小,这对关键承载部件的应变和裂纹实时监测具有重要的研究意义。     

贴片天线传感器平面二维应变测量方法研究

贴片天线传感器因无源无线、结构简单,能同时感知结构应变、裂纹等优点,在结构健康监测中具有广阔的发展前景。针对贴片天线应变传感器一维测量特性与被测结构的多维变形之间的维度差异问题,从理论上分析了贴片天线传感器的双频应变敏感特性,设计了一种用于二维应变测量的组合贴片天线传感器,由垂直布置的贴片天线及一片斜向45°布置的寄生贴片天线组成,基质材料选用耐热性和耐潮性较好的FR4层压板。采用COMSOL Multiphysics仿真软件研究了组合贴片天线传感器的"谐振频率-应变"关系,通过试验探究了其平面结构的二维应变检测性能,并与电阻应变片测量结果进行对比。理论、仿真和试验结果均表明,组合贴片天线检测平面结构的二维应变效果良好,可应用于板梁结构平面应力场的主应力和主方向测量。     

微机械微带贴片天线研究

研究了以硅材料作基底的微机械微带贴片天线.采用微细加工技术,将金属导体贴片下方的硅基底背向刻蚀出一个空腔,形成硅材料和空气构成的混合结构,从而降低基底有效介电常数.对混合结构基底的等效介电常数、天线相关参数作了理论与实验比较.     

生理参数监测技术及设备的研究进展

随着传感器技术、信息采集和处理技术以及互联网技术的发展,便携化、智能化、网络化、精准化以及模块化逐渐成为生理参数监护设备的发展趋势。通过调研近几年生理参数监测领域的研究成果和市场趋势,对生理参数监测技术以及监测设备的研究现状进行了概括,分析了其面临的问题和挑战,指出了其未来的发展趋势,并对未来的工作提出了展望。目的是为生理参数监测领域的研究提供参考,并为促进该领域的进一步发展做好铺垫。     

圆柱共形全向圆极化天线的设计与实现

设计、分析并制作了工作于X波段的圆柱共形圆极化16元微带天线阵列。天线围绕圆柱体圆周均匀布置,实现了全向辐射,通过保角变换简化了共形天线阵列的设计,并采用L型微带调配枝节对贴片单元进行匹配,便于组阵,解决了阵列空间布局不合理的难题。在馈电网络末端进行阻抗调谐,使得共形天线调试简单可靠。测试结果表明,该共形天线阵具有全向覆盖和良好的阻抗特性,从而证实了本文方法的正确性和实用性。该天线具有剖面低、结构紧凑、易于集成、调试简单可靠等优点,在航空、航天领域中具有良好的应用前景。     

GIS局部放电检测的微带贴片天线研究

本文结合实际气体绝缘组合电器（GIS）结构、运行特点，设计了用于GIS局部放电检测的外置超高频微带贴片天线（MPA）传感器，该传感器安装在GIS盆式绝缘子处，接收盆式绝缘子处泄漏的电磁波，并对周围空间电磁干扰抑制；在选择天线基板的材料、厚度、形状，以及附加阻抗匹配网络等方面进行了频带展宽。计算和实测表明，天线的有效工作频带展宽为340～440MHz，中心频率为390MHz，相对带宽25．6％，达到宽频带天线范围，并且最大辐射和接收方向上的增益达到了5．38。实验室GIS模拟装置测量表明该天线传感器性能良好，具有较高灵敏度，可用于GIS局部放电在线监测。     

接地板变形对微带阵列电性能影响的仿真分析

针对微带阵列天线在制造与使用过程中接地板存在变形的情况,仿真分析了碗状与正弦周期2种结构变形对天线电性能的影响。首先将结构规则的微带贴片天线等效为2条辐射缝隙,研究了其接地板变形对其端口特性与辐射性能的影响。然后通过改变贴片长度和馈电点位置调整了天线的谐振频率和阻抗匹配。在此基础上,建立了矩形排布的4×4贴片阵列,分析了接地板碗状变形与正弦周期变形对阵列辐射性能的影响。仿真数据与图表反映了接地板变形对阵列天线电性能的影响规律。     

孔径耦合微带天线阵互耦的抑制(英文)

本文提出了一种在金属板开4个半圆缝隙来抑制微带天线阵阵元之间耦合的方法.微带天线阵为4单元结构,天线为双层介质层.通过在圆形贴片45°方向开矩形缝隙来实现圆极化特性,利用孔径耦合馈电及反向馈电原理,保证相邻的2个单元均有90°相位差.在金属板上对称地开4个半圆形缝隙切断了单元间的耦合电流场,抑制了表面波,降低了单元间的耦合效应.仿真结果显示,当在接地板上对称地开4个半圆形缝隙后,微带天线阵的耦合系数明显降低,旁瓣与后瓣电平被有效地抑制,天线的增益增加.因此,这是一个十分有效的抑制微带天线阵阵元间耦合的方法.     

基于微带天线传感器的斜裂纹定量识别算法

在结构健康监测领域中微带天线传感器主要用于定性监测，缺乏结构损伤的定量识别研究。文中提出一种基于微带天线传感器斜裂纹定量识别算法，用于裂纹长度和角度的定量识别。基于谐振腔模型下的电场和电流分布规律，并结合传感器的裂纹识别原理，从裂纹引起的电流绕行路径增量出发，提出投影因子的概念，将斜裂纹对传感器谐振频率的影响转换成相应的垂直裂纹和平行裂纹对谐振频率的影响，据此给出一种斜裂纹的定量识别算法。实验结果表明，所提出的斜裂纹定量识别算法可以很好的得到裂纹长度和角度，其中裂纹长度识别误差为±1mm，裂纹角度识别误差在±4°内。     

一种基于超材料的宽频带定向性微带天线

针对传统微带天线频带窄,增益低等不足,通过在天线的辐射贴片和接地板上分别刻蚀花型和十字交叉缝隙图案,设计并制作了一种基于超材料的宽频带定向性微带天线。刻有图案的金属贴片和接地板间形成电容感应等效回路并改变了天线电磁场的辐射方向。天线电磁场的辐射方向主要集中在水平–x方向而不是传统微带天线的垂直方向。相比传统微带天线,该设计天线的性能得到明显改善。仿真结果表明:天线的工作带宽为3.5~11.6 GHz(是传统微带天线的23.8倍),相对带宽为107.3%,在整个频段内天线的电压驻波比小于2,增益均大于5 d B。测试结果表明:设计天线的工作带宽为2.82~12.69 GHz(是仿真模型的1.22倍),相对带宽为127.3%。该设计天线可广泛地用于弹载天线,炮瞄雷达,卫星通信网络、汽车雷达等。     

基于矩形贴片天线的应变传感器模拟与测试

当贴片天线经历应变时,天线形状发生改变,导致其谐振频率发生偏移。基于此原理,提出采用矩形贴片天线的应变传感器测量结构中的应变。采用了2.4GHz的1/4波长矩形贴片天线作为应变传感单元,首先,利用HFSS~(TM)软件设计应变传感器的尺寸参数,分别模拟该天线在长度与宽度方向经历拉应变时的谐振频率偏移;其次,分别将贴片天线以纵向、横向的方式粘贴在铝板上进行了受拉实验;最后,利用网络分析仪获得天线的谐振频率。模拟与测试结果表明,天线的谐振频率偏移与天线长度方向上的应变具有良好的线性关系,同时,天线宽度方向上的应变对其谐振频率的影响较小。     

场指纹法无损监测技术综述

金属结构和设备在服役过程中不可避免会出现各种缺陷,如腐蚀、应力裂纹、气体渗入等。为了确保设备的安全,需要对设备的缺陷进行精确实时地监测。场指纹法(FSM)作为一种高性能、多参数的金属结构安全无损监测方法,具有缺陷定位、缺陷识别及缺陷尺寸定量测量的能力;同时温度适应范围大(-40~450℃);不需要对被测结构安装额外传感器,具有非破坏性、安全性好等优点,已经在国内外的设备安全监测中得到了较广泛地应用。典型的应用包括储物罐焊缝裂纹监测、桥梁应力裂纹监测及油气管道腐蚀监测;其中油气管道腐蚀监测是FSM技术最为广泛和重要的应用。介绍了FSM的基本原理及国内外研究现状,在对其局限性进行详细分析后,针对FSM的几个典型应用深入给出具体技术实现和相关结论。对FSM技术发展,特别是进一步提高测量精度、可靠性、多形貌缺陷识别、温度补偿等问题的研究和发展有参考意义。     

油液在线监测传感器技术

油液在线监测是设备润滑磨损状态监测与实时诊断技术的重要发展方向,而监测仪器的开发与选择是这一故障诊断技术实现准确监测应用的关键。在对当前国内外油液磨损颗粒在线监测传感器、油质在线监测传感器、油液多信息集成在线监测仪器及应用技术介绍基础上,给予了当前油液在线监测传感器技术的相关评述,为油液在线监测技术的研究、应用及推广提供一定帮助。     

一种探地雷达蝶形天线及其巴伦的设计

提出了一种用于400MHz探地雷达系统新型蝶形天线及微带巴伦的设计。蝶形天线采用FR4单面印刷电路板制作,尺寸为300mm×150mm×2mm,其辐射臂由两级三角形贴片和一个半圆贴片组合而成。微带巴伦采用双面印刷电路板制作,通过在正反两面腐蚀出宽度线性渐变的金属带,构成双线-微带结构。实验表明:所设计的蝶形天线在310-460MHz频率范围内,回波损耗小于-10dB,其相对带宽分别是传统蝶形天线和相关文献报道的1.86和1.65倍,并具有较好的辐射特性。对于400MHz探地雷达系统,该天线及微带巴伦在性能上已达了要求,是有效可行的设计方案。     

浅谈无线传感网络在管网监测中的应用

无线自组织传感器网络属新世纪最重要的物联网技术,也为现有市政管网监测技术领域存在的问题提供了很好的解决方法.本文根据无线传感器网络的特点,结合管网监测技术的现状与不足,分析了无线传感网络技术应用于管网监测领域的优势及相关技术难点,探讨了管网无线监测系统应用的关键技术内容和方法.     

同心环状薄膜传感器阵列及其飞机金属结构裂纹监测研究

飞机金属部件在服役过程中的疲劳损伤严重威胁飞行安全。针对飞机金属结构疲劳裂纹实时监测需求,提出一种与结构基体一体化集成的同心环状薄膜传感器阵列及其裂纹监测方案。对同心环状薄膜传感器阵列进行了设计与优化。应用表面处理技术对基体表面进行绝缘处理,应用脉冲偏压电弧离子镀技术制备同心环状薄膜传感器阵列。应用同心环状薄膜传感器阵列开展结构模拟件疲劳损伤监测试验。监测试验结果表明：薄膜传感器对裂纹非常敏感;当结构起裂或裂纹前缘扩展至薄膜传感器监测区域时,相应薄膜传感器的监测电压信号快速增加;当裂纹扩展穿越监测区域时,相应薄膜传感器的监测信号阶跃上升,监测通道失效;将薄膜传感器监测数据变化特征作为结构起裂、裂纹前缘扩展至相应监测区域以及扩展出监测区域的判断标准,同心环状薄膜传感器阵列可以实现疲劳裂纹的定量监测,监测精度为1 mm;根据内侧薄膜传感器监测数据变化,还可以定性分析结构疲劳累积损伤程度。     

磨削加工监测技术研究进展

针对磨削加工监测技术的研究现状,系统介绍了声发射监测、功率与电流监测、力和力矩监测、振动与位移监测、磨削温度监测以及集成监测等技术。分析了各种监测技术特点,并对磨削加工监测技术的发展方向进行了展望。     

基于小尺度ECT传感器的滑油在线监测研究

针对国内航空发动机滑油在线监测技术落后的现状,对小尺度电容层析成像(ECT)传感器设计进行了研究。利用有限元分析软件Comsol和Matlab,对ECT传感器阵列电极的几何参数进行了优化,并通过静态和动态试验验证ECT应用于滑油在线监测的可行性。实验结果表明,该方法能够有效分辨物场中的不同介质,实时反映滑油介电常数的变化,利用小尺度ECT传感器可为在线滑油监测提供一种新型检测手段。     

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。