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。     

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.     

基于CC2430片上温度传感器的温度监控系统

由传感器、微处理器和无线通信接口组成的无线传感器网络是一门日益引起人们研究兴趣的技术。它广阔地应用于医疗卫生、环境监测等领域。论文设计并实现了一种基于无线传感器技术的温度传感器监控系统。为了降低硬件成本,利用CC2430片内温度传感器进行温度采集。论文首先介绍了CC2430芯片的技术特点、基本功能,阐述了如何利用CC2430片内温度传感器进行温度测量的系统设计,给出了误差处理方法、实验的关键程序代码和实验结果。实验结果表明,基于CC2430片上温度传感器的温度监控系统适用于对监控温度精度要求不高、需自组网的环境。     

基于 CC2430片上温度传感器的温度监控系统

由传感器、微处理器和无线通信接口组成的无线传感器网络是一门日益引起人们研究兴趣的技术.它广阔地应用于医疗卫生、环境监测等领域.论文设计并实现了一种基于无线传感器技术的温度传感器监控系统.为了降低硬件成本,利用 CC2430片内温度传感器进行温度采集.论文首先介绍了 CC2430芯片的技术特点、基本功能,阐述了如何利用CC2430片内温度传感器进行温度测量的系统设计,给出了误差处理方法、实验的关键程序代码和实验结果.实验结果表明,基于 CC2430片上温度传感器的温度监控系统适用于对监控温度精度要求不高、需自组网的环境     

双层预紧式6维力传感器预紧力对精度影响分析

针对传统Stewart结构6维力传感器性能的不足,设计并研制了一种双层预紧式6维力传感器,并进行了精度分析与实验研究.首先,介绍了该6维力传感器的结构特点,基于螺旋理论建立了其数学模型以及预紧力的数学描述形式.为了提高传感器的测量精度,在分析预紧支路结构的基础上,通过增大预紧力来降低由于预紧支路结构变形产生的误差.其次,对不同预紧力下预紧支路的结构变形进行了有限元仿真.最后研制并开发了6维力传感器样机和标定系统,进行了不同预紧力情况下的标定实验.通过增大预紧力,传感器的最大Ⅰ类误差和Ⅱ类误差分别由满量程的2.73%、2.43%降低到0.41%、0.64%.实验结果表明,增大预紧力有效地降低了预紧支路变形带来的测量误差,提高了传感器的测量精度,从而验证了理论分析与仿真的正确性.     

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.     

阵列式MEMS惯性传感器及噪声抑制研究

针对惯导系统中MEMS惯性传感器随机噪声较大的问题,本文利用MEMS惯性传感器体积小的特点,采用32个消 费级MEMS惯性传感器,组成惯性传感器阵列,设计了阵列形式的MEMS惯性传感器测量单元。通过对阵列传感器建模与分析,将32个惯性传感器数据进行数据融合,以此降低消费级MEMS惯性传感器的随机噪声误差与零偏不稳定性。最后利用Allan方差分析了惯性传感器的噪声特性。实验结果表明,在静态状况下,阵列式MEMS惯性传感器有效的抑制了惯性传感器的随机误差,提高了惯性传感器的精度。     

非金属热电偶在高温探测中的应用研究

介绍了高温测量中传统温度传感器的缺陷,提出了一种新型的非金属温度传感器--石墨纤维热电偶,并对该传感器的特性、加工方式、应用环境进行了分析.设计了温度传感器的放大、滤波、模数转换、数字化处理的硬件电路,并采用分段曲线拟合方法对传感器的非线性进行了校正,从而使传感器在较大的测量区间内具有良好的可靠性.从理论上分析,该传感器测量温度高达3000℃以上,解决了高温环境下钢水温度的连续测量问题.     

一种新型贴壁式热电堆温度传感器

设计了一种由800对镍铬－康铜热电偶组成的新型贴壁式热电堆温度传感器，较好的解决了在有限的空间中容纳更多热电偶的问题，给出了一种计算时间常数的方法并对一台热导式热量计时间常数进行了计算。     

平面式电容传感器阵列测量复合材料技术研究

基于复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列实现可视化无损检测。论述了系统的构成和测量原理,分析了影响测量效果的因素,并设计了信号转换和采集处理电路。基于简单的激励测量模式和共轭梯度算法,对比分析了仿真与实验结果。实验结果验证了基于电容敏感机理的平面式电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。     

微热板阵列式集成气体传感器的芯片电路设计

针对加热测温一体化集成微热板阵列气体传感器的需要,以微热板加热性能测试参数为依据,提出了一种基于微热板气体传感器阵列的单片集成方案。该方案包括由四个微热板构成的传感器阵列,加热驱动单元和信号采集单元。采用Hspice软件对加热驱动电路和信号采集电路进行设计,并进行了芯片电路系统的仿真。仿真结果表明实现了微热板的独立控温和信号的采集,验证了该方案的可行性和正确性。     

基于旁路结构的磁弹效应索力传感器研究

针对磁弹效应索力传感器工程应用安装与维护技术难题,提出了一种旁路结构的磁弹性索力传感器。应用磁路定律和等效磁路法,对套筒式结构传感器进行磁路系统分析;基于等效磁路原理,设计旁路式结构索力传感器,给出器件结构参数尺寸;搭建相应的传感器试验检测系统,在WDW-300拉伸试验机上对两种传感器进行磁电复合材料诱导电压与拉力比较试验。对旁路结构索力传感器进行抗温性试验研究。结果表明,旁路结构索力传感器检测精度高,重复误差0.02%~0.5%,传感器性能稳定性和温度适应性好,适合于大跨度桥梁结构健康检测的工程应用。     

高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

基于GA-WNN温度补偿的红外CO2气体传感器系统研究

为了提高红外CO2气体传感器的探测灵敏度和精度,首先基于计算流体动力学（CFD）仿真计算,研究了传感器腔内气体辐射功率吸收效率与腔体结构之间的关系,模拟结果表明：当圆柱腔体的直径与内壁反射率固定时,腔体结构存在最佳腔长可使传感器红外辐射功率吸收效率达到最大。然后基于CFD仿真的结果设计和实现了CO2气体传感器,并开展了实验比对与验证,进而着重研究了环境温度对气体测量结果的影响。实验结果表明：在5~45oC温度范围内,传感器在0~2000 ppm浓度范围内的测量误差随着温度升高而显著增大。最后采用遗传小波神经网络算法（GA-WNN）对传感器进行了温度补偿,数据融合补偿后传感器的温度漂移得到了较好的抑制,其绝对误差小于±70 ppm,在非样本温度点下,整体平均误差小于±100 ppm,表明CO2气体传感器的测量精度得到了较好的提升。     

高温电容位移传感器的设计与实验研究

为了精确测量航空发动机中的轴承座与外部机匣之间的相对变形量,应用高温合金、氧化铝陶瓷以及耐高温电缆等研制了可用于高温环境的特种电容位移传感器。将其安装于机匣的承力支板中,即可实现该相对变形量的测量。传感器采用双层屏蔽结构,并应用驱动电缆技术减小干扰信号的影响。本文首先对所设计的传感器进行了仿真分析,以验证其结构合理性,然后搭建实验平台完成了传感器的标定与性能测试,并进行了高温验证实验。实验结果表明,本文所研制的高温电容位移传感器能够在0~2.0 mm的范围内实现位移的精确测量,测量误差小于0.02 mm,并且能够在室温~500℃的温度范围内稳定工作,因而可以满足使用要求。     

磁弹效应索力传感器的差动式温度补偿及试验研究

在研究旁路结构的磁电复合材料索力传感器检测方法基础上,运用铁磁性分子场理论和布洛赫自旋波方法,建立磁化强度与温度的函数关系,研究温度对检测精度的影响机理。提出一种并行装配的温度补偿传感器磁路结构,运用差分运算技术,设计具有分时共享信号调理功能的差动式信号处理电路,实现全温度范围的差动式自动补偿。试验表明,在0~20 kN变载下,-30℃～+80℃温度范围内,对诱导电压信号的波动影响小于1%,测量重复误差0.04%~0.30%,有效解决了温度补偿难题,能够满足索力检测工程要求。     

热通量传感器的应用及检定

通过对热通量传感器在新材料的研制及热分析仪参量测量领域的研究,分别给出了其在表面安装和热分析仪中的应用方法,并针对应用中出现的问题提出解决方案,同时通过比较法求解检定常数。给出了热通量传感器的检定方法,提出了热通量微观效应的概念,对埋入绝缘材料和表面镀金属层热偶的微观效应进行了分析。结果证明,周围材料的不同是影响检定误差的重要因素。     

压阻式压力传感器实时自校正方法研究

目前的传感器误差校正方法,由于都是以传感器初始标定数据作为依据,从而随着使用时间的增加,传感器参数发生变化,其校正误差会逐步增大。针对这种情况,研究了用多基准恒流源模拟标准压力自动对传感器进行标定得到实时输出特性曲线,并据此求得测量压力。实验结果表明:该校正方法切实可行,若采用4个基准源校正,可在一定的温度和压力范围内实现0.15%的精度。     

提高太阳能热泵系统温度传感器测量准确性的研究

针对太阳能热泵系统中温度测量不准确的问题,提出了一种提高Cu100温度传感器的测温准确性的方法。首先,对Cu100温度传感器进行数据标定;其次,运用最小二乘法对实际测量的数据进行拟合;最后,利用误差评估原理,确定出在10℃~100℃的测温范围内最适合Cu100温度传感器的校正方程。经实际验证,该方法切实有效的提高了太阳能热泵系统测温的准确性。