批量化微加速度计综合测试平台设计

为了实现微加速度传感器批量标定的测试,能够更加方便地进行多个传感器的性能测试。基于SolidWorks软件平台设计了一种可一次进行多只传感器综合测试装置。该装置可分别进行翻转测试和振动测试,并且能够实现传感器测试夹具与测试平台的自动结合与分离。通过对用该装置测试的加速度计参数和原厂标定的加速度计参数对比表明,该测试平台的测试结果可靠。     

基于风致振动机理的微型压电风能采集器

提出一种基于风致振动机理的微型风能采集装置,可将风能转换为电能加以利用。装置主要包括腔体和压电薄膜振动传感器,传感器一端固定,另一自由端附加细长圆柱体结构。利用细长圆柱体在气流中更易诱发涡激振动的原理,并结合结构体在一定气流条件下存在的其他风致振动机理,该装置可将风能转换为压电薄膜传感器的振动,然后进一步转换为电能。本结构设计尺寸为30mm×16mm×14mm,在风速为7m/s,外加负载为1.8 MΩ时,可以获得0.84μW的有效功率。同时可通过并列增加压电薄膜梁结构的数量来提高能量采集的效率。     

基于PVDF压电薄膜的仿生触觉检测系统研究

为了提高触觉传感器的灵敏度,依据聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜压电效应的基本原理,结合人体皮肤生理结构层仿生学,设计双凸点拱形结构传感器,优化集成信号调理电路,设计上位机LabVIEW数据分析处理程序,提出一种基于PVDF压电薄膜的仿生触觉检测系统。针对不同结构传感器测试分析,使用Origin软件对采集数据进行处理,验证了双凸点拱形结构传感器滑觉信号检测灵敏度最佳,是无凸点拱形传感器的1.36倍、上凸点拱形传感器的1.19倍。实验表明,该系统可检测判断触滑热觉信号,实现触觉传感器的仿生皮肤功能。     

压缩式压电传感器轴向灵敏度的线性度问题

讨论了机械结构的振动与冲击参数测量用压电传感器测试系统的构造设计与响应特性 ,通过对压电传感器正向反向灵敏度幅值线性度测试 ,灵敏度的差异和“饱和现象”的分析 ,提出在生产过程、鉴定和使用中应加以注意的事项。     

高温压电加速度传感器设计与仿真优化

高温压电加速度传感器被广泛应用于振动与冲击测试、故障诊断与监测方面。针对传统压电加速度传感器灵敏度温度漂移过大的问题,该文设计了一种高温压电加速度传感器,该加速度传感器采用正负温度系数的压电元件堆叠设计,以抵消温度变化的影响,进而降低温度漂移。5层YCOB压电元件和1层GdCOB压电元件堆叠构成压缩型压电加速度传感器。应用ANSYS对传感器的性能进行仿真优化,并对提出的降低灵敏度温度漂移的方法有效性进行了仿真验证。结果表明,在常温～800℃全温度范围内,该传感器的灵敏度温度漂移小于±3%,其具有高温稳定性好、测量精度高的优点。     

基于PVDF的表面计测传感特性分析与应用

探讨了聚偏氯乙烯（PVDF）压电薄膜的传感特性,建立了一套包括电荷放大器、数据采集器的计算机信号处理系统,为PVDF传感器用于应变测试提供了理论基础。该文根据PVDF压电薄膜压电特性设计的表面计测传感器,具有压电系数高,柔韧性好,质量轻,易粘贴和价格低廉等优点。将该传感器用于粗糙度测试,实验表明该表面计测传感器能敏感地识别纸张粗糙度的变化。     

基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究

针对人体睡眠状态呼吸信号检测的重要性,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,研制了一种呼吸信号检测装置。装置前端由PVDF压电薄膜和可伸缩腰带组成,为获得稳定的呼吸信号,在压电薄膜和腰带间引入弹性结构。针对传感器输出端呼吸信号提取,设计了高品质、灵活的信号处理电路。测试结果表明,该装置检测的呼吸信号波形以周期性形态呈现,稳定性好,满足实际检测需要。     

基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究

针对人体睡眠状态呼吸信号检测的重要性,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,研制了一种呼吸信号检测装置。装置前端由PVDF压电薄膜和可伸缩腰带组成,为获得稳定的呼吸信号,在压电薄膜和腰带间引入弹性结构。针对传感器输出端呼吸信号提取,设计了高品质、灵活的信号处理电路。测试结果表明,该装置检测的呼吸信号波形以周期性形态呈现,稳定性好,满足实际检测需要。     

PVDF足底压力传感器及其测量系统的设计

研究了聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的特性.根据足部特性,设计了一款适合于成鞋压力测量的鞋垫式、多点测量的PVDF压电薄膜传感器.提出了一种便携式的、具有鞋底压力分布测量、ZigBee无线数据通信和测量数据分析管理功能的压力测量系统.该系统性能稳定,使用和安装方便,为成鞋压力测量提供了技术依据.     

2×4阵列PVDF薄膜键盘设计

分析了聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜力传感器的响应特性和工作模式,提出一种基于PVDF压电薄膜的2×4阵列键盘设计方法.键盘由紧密结合的上电极保护层、单层压电薄膜和带有凹槽的一体化下电极基座构成.设计了以比较器为核心的按键检测电路,对相邻按键间及按键区与非按键区之间的干扰进行了测试.实验结果表明,该键盘灵敏度高,响应快,能可靠探测到按键区的压力信号.所设计的阵列PVDF薄膜键盘结构简单、轻薄,具有较好的应用前景.     

一种适用于高压气体管道的次声传感器

在此,介绍了一种宽频带的次声传感器,该型气体型次声传感器有如下特点：频带宽,从0．5-300Hz的范围,覆盖了几乎次声频带的全部和部分可听声频段;频响较好,在设计频段内的曲线平直;输出电压大,可达400mV／Pa,与A／D转换设备一起使用可方便地实现数据的采集;高灵敏度,可接收下限达0．05Pa的声压;通过调节电路中的信号耦合部分的可调电阻,可达到较高的一致性;采用隔舱密封和浸漆设计,从而达到零漂小,能长期有效地工作;所用换能元件的质量较小,振动灵敏度趋近于零,对振动不敏感;通过在管道上布设阵列,使用特定的算法可有效检测气体管道上的泄漏发生。     

三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明,该传感器的谐振频率为6 300 Hz,工作频率为0.1~2 100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s^-2)时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度。     

An optimization approach to optimal placement of collocated piezoelectric actuators and sensors on a thin plate

The purpose of this paper is to suggest a criterion for the optimal placement of collocated piezoelectric actuator–sensor pairs on a thin flexible plate using modal and spatial controllability measures. Consideration is given to the reduction of control spillover effect by adding an extra spatial controllability constraint in the optimization procedure. The spatial controllability is used to find the optimal placement of collocated actuator–sensor pairs for effective average vibration reduction over the entire structure, while maintaining modal controllability and observability of selected vibration modes. It is found that the methodology for optimal actuator placement can be used for a collocated system without damaging the observability performance of the collocated sensors. Experimental validation of our optimal placement is done on a simply supported thin plate with a collocated piezoelectric actuator–sensor pair.     

薄膜体声波传感器的有限元仿真与分析

薄膜体声波滤波器(FBAR)传感器的性能受结构和材料特性的影响很大。该文利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,建立了FBAR传感器的二维、三维有限元结构模型。用氮化铝和氧化锌材料作为压电薄膜对建立的模型做了固体力学和静电学仿真分析,得到了FBAR传感器的谐振频率、导纳特性曲线和谐振频率处的位移分布情况。通过分析发现氮化铝压电薄膜阻抗特性曲线更平滑,而氧化锌压电薄膜存在明显的寄生谐振峰的问题。针对氧化锌压电薄膜存在的寄生谐振峰进行了优化,仿真分析了电极边长尺寸和电极厚度对寄生谐振的影响,实现了对寄生谐振峰的有效抑制。     

Synthesis and characterization of CuO–SnO2 nanocomposite and its application as liquefied petroleum gas sensor

Present paper reports the synthesis of CuO–SnO₂ nanocomposite via sol–gel route as a sensing material for a liquefied petroleum gas (LPG). X-ray diffraction analysis confirmed the formation of CuO–SnO₂ nanocomposite. Crystallite size was found 5 nm. The optical band gap of the nanocomposite was found 4.1 eV. The thin/thick films were fabricated using spin coating and screen printing technology respectively and investigated with the exposition of LPG at room temperature (25 °C). Surface morphology of the thin film exhibits that it has a number of gas adsorption sites. The sensitivities of the thick and thin film sensors were found 4.1 and 42 respectively. The response and recovery times of the fabricated film sensor were 180 and 200 s respectively. Maximum sensor response of thin film sensor was found 4100. Better sensitivity and percentage sensor response, small response and recovery times, and good reproducibility and stability recognize the fabricated thin film of CuO–SnO₂ as a challenging material for the detection of LPG.     

用于矢量水听器的压电单晶面剪切模式加速度计设计

面剪切振动模式产生于[011]极化方向zxt-45°切型的压电单晶,因具有高压电系数、高机械品质因数、高柔顺系数和低串扰效应等优点,故面剪切模式成为小尺寸、高灵敏度压电传感器的理想选择,在矢量水听器中有着良好的应用前景。该文通过分析面剪切模式振动原理,推导了面剪切模式压电加速度计的电压灵敏度表达式。利用有限元分析软件构建面剪切加速度计模型,研究结构参数对面剪切压电加速度计电压灵敏度和谐振频率的影响规律,优化结构尺寸,最终仿真得到面剪切加速度计开路电压灵敏度为389.72 mV/g,工作频带为20 Hz~3 kHz,横向灵敏度小于3.45%。研究结果表明,与传统的剪切式加速度计相比,所设计的面剪切式加速度计在质量块质量降低50%的同时,电压灵敏度提高了11.6%,这为降低水听器的平均密度、提升水声探测性能提供了新思路。     

磁控溅射法制备WO_3薄膜及其氢敏特性研究

采用直流反应磁控溅射法,在未抛光的Al2O3基片上制备WO3薄膜,在干燥空气中经过热处理;利用SEM观察薄膜表面形貌;通过XRD测量,对薄膜的晶体结构进行分析;薄膜氢敏特性测试采用静态配气法。经过400℃热处理,当工作温度在270℃时,对体积分数为3×10-4%H2的灵敏度达到了77,稳定性较高、选择性好、响应时间在15s以内。WO3薄膜是一种较理想的氢敏材料,在氢敏传感器的设计中必定会得到足够的重视和广泛应用。     

高灵敏度Si基纤毛式MEMS湍流传感器

为了满足湍流探测高灵敏度、高分辨率的要求,提出了一种新型纤毛微电子机械系统(MEMS)湍流传感器。基于MEMS技术制作了硅十字梁敏感受力结构,通过橡胶探头的受力振动传递水中的湍流信号,凭借传感器头部的导流罩来保证传感器的高分辨率探测。对MEMS湍流传感器进行理论和仿真分析,其一阶共振频率达到481.04 Hz。经过海洋环境模拟机测试实验,结果显示其在50 MPa压力下保持了完好的结构和良好的性能,验证了其水下的可靠性。在湍流实验平台进行测试,通过比较标定法得出其灵敏度为1.92×10^-4 V·m·s^2/kg,满足海洋湍流测试要求。     

压电陶瓷频率响应及振动面幅值激光外差测量

压电陶瓷已广泛应用于检测、通讯等各个领域。该文采用外差式激光干涉测量法,开展了压电陶瓷振动特性研究。首先给出了激光外差干涉测振仪测试压电陶瓷振动特性的测量方法,并通过实验测得了压电陶瓷片单点振动的频率响应曲线,同时测量了径向直线上若干点的振动频响曲线,进而进行了整个压电陶瓷圆环表面在其谐振频率点的振动测量。实验结果表明,实测压电陶瓷片的谐振频率为30 710 Hz,与其产品标定值30 000 Hz存在710 Hz偏差。其圆环表面振动的振型具有不对称性,这对压电陶瓷的应用设计提供了指导意义。