基于SAW的电缆接头内部测温天线研究

由于声表面波(SAW)测温技术因具有无源无线的特点而备受研究人员的广泛关注。该技术可应用在电缆接头内部的温度测量中,但因受电缆接头材料和结构的影响,使SAW测温信号传递受阻,严重影响了温度信号的检测。该文基于DWG-630A型电缆接头的结构和材料,设计了一款可用于电缆接头内部测温的天线。通过其理论分析、仿真及试验验证,证明该设计切实可行。结果表明,穿过电缆接头可传递SAW温度信号,并在工作频段内具有良好的增益和辐射效果。     

基于压电电缆传感器的心率测量与反馈系统设计

心率作为人体最基本的生理参数之一，反映着人体健康变化状况，为提高心率监测的实时性与准确性，设计了一种基于压电电缆传感器的非接触式心率监测系统，该系统利用心冲击图又称体震(BCG)信号记录心脏活动引起的身体震动，并通过FIR数字滤波器进行信号去噪，然后利用差分阀值检测算法进行波形特征提取，为实现对失眠症状的自适应调节，设计了基于磁诱导模块的反馈装置产生24Ｇｓ ~ 72Ｇｓ的磁场作用于神经中枢，实验测试结果表明，与医用仪器相比，心率测量误差约为±３次/ 分，而磁诱导模块改善了非自主神经的兴奋与抑制水平间接提高了睡眠质量，符合未来家庭监测仪器的发展方向。     

基于PZT压电薄膜的压力传感器工艺研究

选用敏感材料锆钛酸铅(PZT),优化微机电系统(MEMS)微加工工艺,制作了硅基PZT压电薄膜叉指式电极结构的MEMS压力传感器。在基体Au/Ti/LNO/SiO_2/Si<100>上,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法,在650℃高温下采用分层退火的方式进行退火,得到厚1.2μm的PZT压电薄膜。薄膜表面均匀,无裂纹。利用光刻工艺和低压溅射工艺得到平行叉指电极。制作完成PZT压电薄膜结构的微压力传感器,在弹性薄膜上施加压力,其电压输出性能较好,说明基于压电薄膜的叉指电极结构可行,为基于纳米纤维结构的微压力传感器的制作奠定了理论基础。     

光纤传感与光纤复合电缆技术在电缆载流监测的集成应用研究

电缆载流热效应的安全冗余度,是在确保电缆安全运行条件下,最大限度地发挥电缆载流容量的重要指标,其由电缆导体在实际载流时的温度决定。为了准确监测电缆导体的实际载流时的温度,研究了光纤传感与光纤复合电缆的集成应用技术。创新性提出了“嵌入式双光纤补偿集成监测”技术方法,并研制了一条实用化中压光纤复合电缆。搭建了国内首个可同时模拟5种电缆敷设环境的实验环境。模拟验证了“嵌入式双光纤补偿集成监测”技术方法监测不同敷设环境下的电缆导体的载流温度精确度和动态跟随性,效果令人满意。     

基于压电波动测量的竹梁界面剥离监测试验

作为天然绿色材料胶合竹材在建筑和土木工程上的应用引起广泛关注,对外荷载作用下竹结构的状态进行监测具有重要应用价值。该文对一竹梁构件模型进行分级加载直至破坏,基于压电应力波传播与测量对其各受力状态下的状态进行监测。通过对比不同荷载等级时简谐激励信号下压电传感器的测量信号的幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义相应的损伤指标,实现了对竹梁构件在加载过程中损伤状态的有效监测。     

压电基因传感芯片的研制

使用微电子技术构建了微石英晶体阵列芯片,并研究了相关的硬件。检测了压电基因传感芯片在气相和液相中的稳定性。实验中,频率稳定,在气相中可达到±2 Hz,液相中达到±4 Hz。可以得出,压电基因传感芯片达到了实际应用要求。     

氧化锌压电薄膜传感器设计理论研究

利用压电薄膜和表面微机械技术可实现新型的氧化锌簿膜器件。本文分析了氧化锌薄膜表面微机械器件中氧化锌的压电效应，微机械结构的应力分布，以及压电感应电荷与器件尺寸的关系。这些结果可为器件的设计提供理论依据。     

压电式压力传感器温度补偿算法的研究

介绍了压电式压力传感器由于受工作环境温度的影响,其零点和灵敏度常会发生漂移,因此,需对其进行补偿;讨论了一种基于最小二乘法的补偿算法,运用该算法对温度变化后的数据进行处理,使传感器的输出基本不随温度的变化而改变,从而使传感器的零点漂移和灵敏度漂移问题得到了很好地解决。结果表明,该算法能起到很好的补偿效果并广泛应用于工程实践中。     

压电双晶梁MEMS传感器的稳健设计研究

微机电系统(MEMS)传感器结构参数的微小变差会影响其性能稳定。为提高MEMS传感器性能的稳健性,以压电双晶梁MEMS传感器为例,根据Smits模型,分析压电双晶梁的设计变量和噪声因素的随机性,建立基于随机模型的稳健设计数学模型;编制算法程序,确定MEMS传感器的最优设计解结果优于原设计方案。对比其稳健设计容差模型所得优化解,两者误差率为6.17%,验证了稳健设计结果的正确性。研究表明,即使设计变量存在变差,稳健设计仍能提高MEMS传感器的性能,并保证设计解的稳健性。     

基于压电式传感器的力矢量测量模型研究

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。     

基于压电式扭矩传感器的研究

扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压电式扭矩传感器的研究。系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验。从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5%。     

压电薄膜特性参数的测量方法

随着电子元器件向微型、高灵敏、集成等方向发展,薄膜材料及器件在微机电(MEMS)系统中得到广泛应用,而测量压电薄膜特性参数的方法与体材料相比有很大的不同.介绍了当前测量压电薄膜特性参数的两大类方法:直接测量法(包括气腔压力法、悬臂梁法、激光干涉法和激光多普勒振动法)和间接测量法(传统阻抗分析法),详细分析了这些方法的基本原理、测试表征、应用状况及存在的问题,比较了这些方法的优缺点,并对未来压电薄膜特性参数的测试表征作了展望.     

基于PVDF压电传感器的采摘机械手研究

针对目前果实采摘机械手无法准确自主判断抓取力度的问题,利用聚偏氟乙烯(PVDF)的压电敏感特性,研究出一种基于PVDF压电薄膜传感器的果实采摘机械手。通过采集PVDF压电薄膜传感器输出信号判断果实采摘机械手对应抓取力的变化,利用模糊控制理论控制电机实现果实抓取。同时加入过力保护功能,当测得的抓取力大于预设值时,机械手停止抓取。实验结果表明,基于PVDF压电传感器的采摘机械手能够可靠地实现果实抓取。     

微型两芯光纤连接器的研制

介绍了针对特殊机载环境运用近场耦合原理设计的一种微型两芯光纤连接器。该连接器以弹簧浮动光路自对准结构为设计特点,具有体积小、重量轻,多芯光纤低插入损耗一致性高的性能特点。对该连接器核心关键制造工艺,即研磨工艺进行了描述。最后通过对该连接器插入损耗数据统计直方图的验证,表明了该微型两芯连接器设计性能的高可靠性和工艺的成熟稳定性。     

Embossed Hollow Hemisphere‐Based Piezoelectric Nanogenerator and Highly Responsive Pressure Sensor

Harvesting energy using piezoelectric materials such as ZnO, at nanoscale due to geometrical effects, are highly desirable for powering portable electronics, biomedical, and healthcare applications. Although one‐dimensional nanostructures such as nanowires have been the most widely studied for these applications, there exist a limited number of piezomaterials that can be easily manufactured into nanowires, thus, developing effective and reliable means of preparing nanostructures from a wide variety of piezomaterials is essential for the advancement of self‐powered devices. In this study, ZnO embossed hollow hemispheres thin film for highly responsive pressure sensors and nanogenerators are reported. The asymmetric hemispheres, formed by an oblique angle deposition, cause an unsymmetrical piezoelectric field direction by external force, resulting in the control of the current direction and level at about 7 mA cm^‐2 at normal force of 30 N. The nanogenerators repeatedly generate the voltage output of ≈0.2 V, irrespective of the degree of symmetry. It is also demonstrated that when one piece of hemisphere layer is stacked over another to form a layer‐by‐layer matched architecture, the output voltage in nanogenerators increases up to 2 times.     

叠堆型压电陶瓷FBG电流传感器

大电流的实时测量是电力系统稳定、安全、可靠和经济运行的重要保证。该文研制了电流互感器和叠堆型压电陶瓷等元件结合的光纤Bragg光栅电流传感器。传感器通过电流互感器将被测大电流转换成直流低电压信号加载到叠堆型压电陶瓷上,在逆压电效应下,叠堆型压电陶瓷发生伸缩变化,带动粘贴在其上面的测量用光纤Bragg光栅发生形变,检测出测量用光纤Bragg光栅和温度补偿光纤Bragg光栅的波长移位,计算出波长位移之差即可反算出被测一次大电流。测试结果表明,此电流传感器的非线性误差为7.27%FS(满量程),灵敏度为0.056 7pm/A,重复性为7.69%FS。