基于流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差研究

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了温度测量的准确度的问题,提出了基于流体动力学的太阳辐射误差的修正方法--数值分析法.建立从地面到32 km高空不同气压条件下珠状热敏电阻器探空温度传感器的误差热分析模型,通过计算流体动力学对其进行太阳辐射误差数值模拟分析.着重研究了太阳辐射方向、传感器表面涂层反射率、传感器尺寸等物理参数对太阳辐射误差的影响.研究结果表明:太阳辐射引起的温度测量误差随海拔高度的上升呈现非线性单调递增的变化趋势.当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大,增大传感器表面涂层反射率、减小传感器尺寸都能有效降低太阳辐射误差.     

基于计算流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差修正方法

高空大气温度是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,随着对防灾减灾和应对气候变化能力要求的提高,希望探空温度传感器的准确度达到0.1℃量级,而太阳辐射引起的误差可达3℃量级甚至更高,已成为制约探空温度观测精度提高的瓶颈.本文利用计算流体动力学(CFD)方法对探空温度传感器从地面到32 km高空不同气压和多种引线夹角以及太阳高度角条件下的辐射误差效应进行求解,获得了辐射误差—海拔高度曲线族.研究结果表明,引线夹角以及太阳高度角是太阳辐射误差的重要影响因子.海拔高度与太阳辐射误差之间呈现出随海拔高度的增加斜率不断增大的类抛物线关系.     

一种阵列式探空温度传感器设计

为降低传统探空温度传感器的横梁尾流热污染误差,设计了一种基于热电偶阵列的探空温度传感器。该传感器由铂电阻,四个热电偶组成的阵列,高精度测量电路等部分组成。采用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对探空温度传感器进行数值分析仿真计算。搭建了一套高空环境模拟实验装置。实验结果表明,使用阵列式热电偶作为探空温度传感器,可将横梁热辐射误差降低至横梁升温量的0.43%~8.72%,实验测量结果与仿真结果相差-3.02%~5.44%,吻合度较高。阵列式低辐射误差探空温度传感器和传统探空温度传感器相比,降低了横梁尾流在上升过程中对传感器探头的影响,具有较低的辐射误差。     

探空湿度传感器太阳辐射误差流体动力学分析与实验研究

针对太阳辐射导致的探空湿度测量偏干问题,本文采用模拟仿真和实验进行相关研究。首先采用流体动力学（CFD）方法模拟仿真了湿度传感器在探空过程中由于太阳辐射导致的温升情况,为了验证仿真的准确性,设计湿度测量电路并搭建实验平台,研究了各种不同条件下的湿度传感器的温升误差,对比结果表明仿真值与实验值吻合度较好,最大相对误差为7.5%。其次,研究了海拔高度、太阳辐射强度、气流流速和防护罩对湿度传感器温升误差的影响,结果表明影响较大的是海拔高度,温度误差随海拔高度明显增加,防护罩的影响较小,此外温度误差与太阳辐射强度呈正相关,与气流流速呈负相关。最后以韩国RSG-20A的湿度测量系统为模型,同时以阳江比对中的一次探空数据记录作为仿真条件,模拟仿真了太阳辐射下的温度误差,再结合饱和水汽压公式计算相对误差,结果表明,32km的高空由于辐射导致的温度差值达13℃,湿度的相对误差达到70%以上。该研究为探空湿度垂直廓线的辐射误差修正提供一定依据。     

汽车用温度传感器的研究

对汽车发动机冷却液温度传感器进行了系统地研究,分析了它的结构及工作原理,探索了作为温敏元件的NTC热敏电阻片的制备工艺规律;对NTCR温度传感器的装配及对器件性能的影响进行了分析研究;并提出降低温敏元件自热温升,以提高器件稳定性和测温精度的有效措施。     

基于模糊划分理论的温度传感器互换性分析研究

针对热敏电阻温度传感器生产中对互换性分析的实际需要，提出了利用模糊划分理论解决该总是的设想，并得到了一个简洁实用的算法，在此基础上利用计算机和标准总线模板研制成功温度传感器互换性模糊划分系统。     

热敏电阻温度传感器的线性化补偿

提出了无温漂对数热敏电阻补偿方法,在提高精度的前提下,大大降低了仪器的成本和调试工作量。该线性热敏电阻温度传感器的输出电压与温度成良好的线性关系,并且克服了热敏电阻特性参数的离散性和电路的温漂问题。     

基于复合RBFNN的数字温度传感器误差补偿方法

数字温度传感器存在零点误差与非线性误差,需要进行误差补偿.提出了一种复合径向基函数神经网络(CRBFNN)的数字温度传感器误差补偿方法:首先根据数字温度传感器的误差特征,构造两个相互独立的子RBFNN网络,获得两个独立的冗余补偿值;然后根据特征阈值、数字温度传感器的输出估计器和权值调节器,获得复合RBFNN输出融合权值...     

实现工艺误差校准的脉冲宽度调制温度传感器

设计了一种脉冲宽度调制结构的温度传感器.采用了环形延迟阵列替代传统冗长的延迟阵列.针对该类型温度传感器精度较低的问题,分析了传感器工艺误差产生原理,在此基础上,设计误差校准电路.校准电路功能采用现场可编程门阵列(FPGA)验证,结果表明符合设计要求,可实现校准功能.采用SMIC 0.18 CMOS工艺对温度传感器电路进行仿真,结果表明:温度传感器温度范围为-20 ～60℃时,分辨率为1℃/LSB.     

温度传感器动态性能改进的软测量方法

在分析温度传感器工作机理的基础上,采用软测量的思想对改善温度传感器动态特性进行了研究。该方法利用热力学基本理论建立温度传感器软测量模型和理论分析测量模型,说明软测量方法提高温度传感器动态特性的原理及可行性,最后用分析解法对模型进行数值求解,给出数值模拟结果。结果表明:软测量方法能够实现由温度传感器测得的温度推算出被测温度,即提高温度传感器动态响应特性,从而扩大常规温度传感器的使用范围,节约成本。     

热电堆型总辐射传感器设计与温漂误差修正

总辐射是气象探测、太阳能资源利用等领域中的一种重要测量参数。针对环境温度会影响总辐射测量准确度的问题,提出了一种基于热电效应的总辐射传感器设计,利用计算流体动力学方法对该传感器探头进行了流-固耦合传热分析。设计了一种高精度温度测量电路,搭建了测试平台,对-20℃~40℃范围的传感器温度特性进行了测试,并提出了一种利用BP神经网络算法消除环境温度引起的总辐射测量误差的方法。实验结果表明,该热电堆型总辐射传感器的读数精度可达2.79%,在气象探测、光伏电站等领域具有一定的应用潜力。     

燃气总温传感器的设计

研究了总温传感器的滞止理论,并在此基础上设计了一种滞止罩结构。为了初步验证滞止罩设计的合理性,采用数值方法对总温传感器滞止罩进行流固耦合模拟,获得了滞止罩内燃气流的速度分布及滞止罩内传感器测量端表面的温度分布,系统分析从数值模拟中提取的数据,得到的结果表明该设计能提高传感器对高速高焓燃气温度测量的准确度。     

工业用热辐射型光纤高温传感器的研究

在分析热辐射测温和光辐射与传输理论的基础上,采用“接触-非接触式”测温原理,研制成功了工业用热辐射型光纤高温传感器。它通过现场校准和工艺控制温度的方法,避开了确定辐射系数的难题。实验结果表明:该传感器可应用于指导批量生产,大大降低生产成本。     

多声测传感器阵列高维角度坐标自适应标定方法

声音传感器阵列实现定位与跟踪之前必须准确标定阵列的方位,提出了一种基于已知声源点坐标的最优估计方法。该方法包括建立了标定值与噪声环境下观测角度的模型关系;采用最大似然方法确定了代价函数;针对高维未知量求解问题,使用粒子群优化方法得到高精度参数估计值,实现了非手动非专业设备辅助的自学习标定。经过实际数据测试与仿真分析,不同噪声环境下系统可实现稳定收敛与准确标定,可扩展为更多阵列同时标定,时间代价低,有效且便利地解决了实际问题。     

热辐射型光纤高温传感器及其性能研究

介绍了一种光纤高温传感器及其测温原理和测量方法,研究了传感器的设计结构、稳定性、一致性和互换性等。系统根据黑体热辐射原理,采用双波长比色测温法和光纤传感技术来实现准确测温。结果表明:"接触—非接触"式的测温结构避免了光纤直接接触高温源,传输光功率衰减对传感器测量精度的无影响,传感器具有很好的一致性,完全可以互换使用,也可实现高温高压设备中的温度测量。     

基于光纤辐射效应的温度传感器工作波长研究

辐射后光纤的损耗值显著增加,这种现象被称为光纤辐射致衰减（ RIA）效应。基于RIA效应的温度特性,搭建了一种新型的光纤温度传感器。为选择合适的传感器工作波长,基于位形坐标模型理论对锗磷（ Ge/P）共掺杂光纤在825～1500 nm范围内的RIA谱特性进行了研究,发现短波段光纤RIA对温度的依赖性明显优于长波段。选用了常见的850 nm普通单模光纤作为敏感光纤,搭建光纤温度传感器,最后对所搭建温度传感器的性能指标做出了评估。     

MEMS传感器随机误差分析

根据MEMS传感器中随机误差较大,有时会覆盖传感器中有用信号的问题,提出采用Allan方差方法对MEMS传感器实测数据进行分析。系统地分析了引起MEMS传感器误差的随机噪声种类及其来源和特性,Allan方差分析方法的优势不仅在于能确定各类随机误差的误差特性,而且可以确定出其误差系数,由此可与相应的各种滤波方法相结合更好地实现其滤波效果。实验证明:Allan方差分析是对MEMS传感器随机误差进行研究的有效方法。