基于电容传感器的飞机滑油磨粒检测系统设计

飞机发动机的异常摩擦、磨损会在滑油中产生大量的磨粒,对滑油磨粒的有效检测可以为发动机的故障诊断提供可靠信息。设计了一个弧状极板式电容传感器,但传感器中电容变化量非常小,传统方法难以检测,采用交流电桥式电容检测方法。系统以AD9833为DDS信号发生器给交流电桥施加激励信号,经C/V转换、差分放大、相敏解调以及低通滤波等处理后得到实时电压变化。可实现弱信号的精确检测,且能有效克服杂散电容和寄生电容的影响。多次实验结果均表明：该检测系统具有灵敏度高,稳定性好等特点。     

一种润滑油污染度检测传感器的仿真设计

针对润滑油中金属磨粒的数量是引起润滑油裂变的重要原因,设计并仿真了润滑油介电常数检测传感器,研究了润滑油中磨粒数量对介电常数的影响。利用ANSYS有限元工具仿真出润滑油中磨粒含量引起的介电常数变化,优化了传感器结构参数。润滑油中磨粒含量由0.1%变化到0.5%时该传感器输出电容值变化量约为2 pF,并且电容变化量与磨粒含量呈线性关系,因此,可通过检测润滑油介电常数的变化来确定润滑油劣化度。     

电容层析成像系统传感器参数优化——基于正交试验设计法

介绍了电容层析成像系统的工作原理及数学模型,采用有限元分析对传感器灵敏度分布进行仿真,分析了系统中各个传感器参数对传感器性能的影响,提出传感器性能评价函数,并基于正交试验设计确定了一组优化参数,为电容层析成像系统中传感器的设计提供了参考依据。     

基于电容传感的滑油磨粒监测技术研究进展

航空发动机内部旋转部件等区域的磨损,是造成其故障的重要原因.磨损所产生的磨粒是旋转部件磨损状况的重要信息载体,对滑油磨粒进行在线监测,不仅能够掌握滑油系统的健康状态,而且能诊断和评价滑油流经的旋转部件的磨损状况.电容传感器因其结构简单、集成度高、灵敏度高等优势,在滑油监测领域具有应用前景.主要介绍了基于电容测量原理的不同类型传感器及相应的检测技术,并论述了不同类型电容传感技术的优缺点,综述了基于电容传感的滑油监测技术的研究现状.在此基础上展望了滑油磨粒电容传感技术未来发展方向,提出应从环境因素、多维度信号特征提取、磨粒监测收集分析一体化和预测发动机损伤情况等方面进行重点研究,旨在进一步提高滑油磨粒电容传感技术的成熟度以实现工程应用.     

小深孔内径电容传感测量系统的研究

采用电容传感器测量小深孔的孔径,该系统使用直径较小的电容探针作为传感器件,电容仪器将孔径的变化转换为电压的变化,并通过USB接口将此电压信号输入到计算机系统中进行处理.论述了电容传感器的工作原理和电容仪器的转换电路的基本原理,设计了电容传感器测量小盲深孔孔径系统的总体方案,特别使用小于Ф3而大于Ф1深孔的内径自动检测,并对Ф3和7mm孔径进行了实际测量,并分析了测量所得到的数据,多次测量的标准差小于0.5 μm,测量分辨率为0.05μm.     

基于SON构造的电容式绝对压力传感器设计

针对空洞层上硅工艺在制作高质量的单晶硅感压膜和真空密封腔上的优势,提出了将其应用于制作电容式绝对压力传感器。应用板壳理论建立了传感器压力检测的理论膜型,对传感器的感压膜进行理论计算和有限元仿真,并利用电容变化模型分析了传感器的灵敏度。给出了基于Pcap01芯片的微电容检测系统的设计,对于半径为100μm,厚度为1. 7μm的圆形感压膜,初始电容值为0. 278 p F,传感器灵敏度为0. 86 f F/k Pa。     

三线圈电感式油液金属磨粒检测系统

机械传动金属磨粒可以反馈机械设备故障的特性,针对机械传动系统故障在线检测需求,提出了一种三线圈电感式金属磨粒检测系统;通过建立传感器数学模型,对影响传感器金属探测灵敏度的参数进行仿真,结合传感器实际使用情况求出最优解;通过设计励磁信号源模块、调幅模块、信号调理模块等电路并结合上位机对油液中的金属磨粒进行检测;经孔径为8 mm的流道的实验测试,实现了500μm铁磨粒及1 000μm铜磨粒的检测精度;该系统为发动机中金属磨粒的检测提供了技术支持,对故障预防与诊断具有重要意义。     

一种新型集成荧光传感器设计与实现

基于标准CMOS工艺设计了一种新型的集成荧光传感器,该传感器采用P+/Nwell/Psub双结深光电二极管结构和高灵敏度的电容跨阻抗放大器(CTIA)有源像素电路结构。传感器采用0.5μm CMOS工艺实现,测试结果表明:双结深光电二极管在波长532 nm时具有峰值灵敏度为2×10-8A·m2/W,CTIA有源像素结构在光照6lx、积分时间为310μs时的灵敏度可以达到2243 V/lx·s。该设计表明:采用双结深光电二极管单元的CTIA有源像素电路对微弱的光具有更高的光电转换灵敏度。     

内置式电容层析成像系统传感器优化设计

电容层析成像系统重建图像的质量主要依赖于系统的观测矩阵,即灵敏度矩阵,灵敏度矩阵的特性又由传感器的结构参数所决定的。本文提出了采用反映灵敏度矩阵特性的条件数作为主要的电容传感器优化设计指标,结合表示传感器电极总体灵敏程度的电容变化量指标,兼顾最大、最小电容测量值满足测量范围的要求,进行综合优化设计。通过有限元方法,分析了内置式传感器电极结构参数对电容测量值和灵敏度矩阵的影响,并利用综合指标进行了优化,获得了一组内置式传感器的优化结构参数。     

一种基于电容应变式传感器的信号调节电路

电容应变式传感器是一种结构型传感器,是依赖其结构参数的变化实现信息转换,将电容的变化转化为输出电压的变化。基于这一原理,利用虚拟电子仿真软件设计了电容式传感器信号调节电路,并进行应用仿真。通过仿真可以看出,输出电压的实际值与测量值的接近程度非常高,非线性误差很小,性能优越,灵敏度较高。     

微机械电容式加速度传感器信号电路设计

介绍了一种可用于差动电容敏感的加速度传感器的信号检测电路,给出了在电路中所用的电子元器件,同时进行分析,得到电路的输出电压和传感器信号电容变化量之间的关系.实验结果表明,该电路的线性高,测量差分电容变化的灵敏度好,是一种具有实用价值的微差分电容测量接口电路.     

差动电容小位移传感器检测电路设计

介绍了一种用于差动电容式小位移传感器的信号检测电路。该电路由相敏检波电路、移相电路以及低通滤波器三部分组成,采用相敏检波原理,能很好地实现0.15mm以内的位移测量,并能够很好地判断出位移的方向。该电路结构简单、便于调试、使用方便、成本低。采用该检测电路对差动电容小位移转换电桥的输出信号进行处理,实验结果表明：此方法具有较好的稳定性和抗干扰性,线性度达0.492％,灵敏度达0.6291V／mm。     

Highly sensitive micromachined capacitive pressure sensor with reduced hysteresis and low parasitic capacitance

This paper describes the design and fabrication of a capacitive pressure sensor that has a large capacitance signal and a high sensitivity of 76 pF/bar in touch mode operation. Due to the large signal, problems with parasitic capacitances are avoided and hence it is possible to integrate the sensor with a discrete components electronics circuit for signal conditioning. Using an AC bridge electronics circuit a resolution of 8 mV/mbar is achieved. The large signal is obtained due to a novel membrane structure utilizing closely packed hexagonal elements. The sensor is fabricated in a process based on fusion bonding to create vacuum cavities. The exposed part of the sensor is perfectly flat such that it can be coated with corrosion resistant thin films. Hysteresis is an inherent problem in touch mode capacitive pressure sensors and a technique to significantly reduce it is presented.     

一种4～20mA电流输出的电容角度传感器

介绍了一种新型的非接触式电容角度传感器,通过电容式信号转换集成电路CAV424和电压／电流转换接口电路AM402,电容角度传感器的角度变换量可以转换为4～20mA标准的工业电流输出。该系统结构简单,能有效的降低干扰和减少测量误差。用曲线拟合法对实验数据进行分析,结果表明：在0°～90°的角度范围内,电流输出与角度变化呈良好的线性关系,灵敏度可达0．18mA／（°）。     

“中国微米纳米”一种低温制备的高灵敏度MEMS电容传声器

MEMS传声器是将声音信号转换成电信号的传感器.目前,MEMS传声器的研究主要涉及 MEMS电容传声器和MEMS压电传声器压阻传感器2种.与其它类型的MEMS传声器相比,MEMS电容传声器具有高灵敏度、高信噪比、频率响应平坦、低温度系数等突出的优点,被广泛使用在便携式设备、多媒体系统、助听器、信息采集等方面.设计和制备了一种高灵敏度的MEMS电容传声器,而且制备器件的工艺温度最高为300 ℃,可以兼容IC工艺.在本文,利用牺牲层的方法实现圆形振动薄膜,避免了方形薄膜存在的应力集中问题,并克服了干法制备圆形薄膜成本高的问题.基于聚酰亚胺材料,优化成膜工艺参数,实现低应力的圆形振动薄膜.通过设计防粘连结构,避免器件释放干燥过程中出现的薄膜粘连问题.根据振动膜应力为5 MPa,半径为2.5 mm,厚度为1 μm,电极半径为380 μm,间隙为1 μm的设计参数进行理论计算,该器件的电容在1 Pa 声压下的变化量为千分之一.与市场流通的MEMS传声器相比,高出约一个数量级,可被用于远场拾音,从信噪比极低的环境中拾取关键的声音信息.     

一种新型波高测量系统的设计

波高测量是海洋工程模型试验中的一项重要内容,为了能够准确、稳定地实时测量实验水池中的波浪,采用了一种新型的波高测量系统设计方法:首先利用液位高度与波高传感器电容量的线性关系将波高测量问题转化为电容量测量问题;其次利用波高传感器的电容量与其充放电时间的关系将波高传感器的电容量测量问题转化为充放电时间的检测问题;然后运用单片机片内模拟比较器和定时器的输入捕获功能将电容充放电时间转化为计数值;接下来将计数值通过USB接口送到上位机进行数据处理及波形显示;最后进行实验测试,实验结果表明所采用的波高测量方法是有效的,且具有线性度好、灵敏度高、精度高的优点。     

铁酸镧与高分子复合材料湿敏元件特性分析

采用纳米铁酸镧与高分子复合材料制成湿敏元件。研究了复合材料和湿敏元件的制作,测试讨论了灵敏度、湿滞、电容特性、阻抗特性、响应 恢复时间等湿度敏感特性。结果表明:元件的灵敏度较高、湿滞较小,元件的电容值和阻抗值随频率与相对湿度而变化。     

双阵列式电容传感器特性研究

针对电容层析成像技术的局限性,提出了新型双阵列电容传感器。利用传感器相邻极板灵敏度不均匀的特点,通过测量相邻极板电容以获得传感器内部局部浓度,重建管道内部传感器截面的相浓度分布。建立有限元模型,对不同电极数的电容传感器结构进行分析,研究了管道介电常数、电极覆盖率等传感器参数对灵敏场不均匀度的影响,得出优化的传感器参数。实验结果显示,该方法可以有效获取传感器截面局部浓度。