阵列式电容传感器优化设计及灵敏特性分析

平面电容传感器基于边缘效应工作,敏感场具有明显的软场特性,导致其检测能力易受外部因素影响而降低。为了改善敏感场分布特性,提升传感器的检测精度,提出了一种新型12电极平面阵列电容传感器,对其进行特性分析。首先,采用数值模拟方法建立三维敏感场模型,同时选取灵敏度值三维成像的方法分析子灵敏度和整体灵敏度分布特性。其次,利用评价指标P量化评判新型12电极传感器和矩形阵列传感器的敏感场分布均匀性。建立3种不同物场模型并结合Tikhonov正则化算法进行图像重建。最终结果表明新型传感器的P值减小3.6%,重建图像的平均相关系数增加7.2%。综合验证了新型12电极传感器有效改善了敏感场均匀性,提升了传感器的检测能力。     

阵列式电极电容传感器的优化设计

本文提出和设计的阵列式电极电容传感器，是用于多相界面测量的一种新型传感器。作者利用有限元方法对其结构参数进行计算机仿真和优化设计，实验结果与理论分析吻合。     

电容层析成像在滑动轴承润滑油膜测量中的应用

滑动轴承是燃气轮机、蒸汽轮机、压缩机等重型旋转机械中的关键部件,其安全稳定运行具有重大的经济意义。该文提出将电容层析成像技术用于滑动轴承润滑油膜分布的监测。根据滑动轴承的特点,设计特殊的传感器结构。将轴颈设为特殊的传感器电极,与轴瓦上的常规电极共同形成电极阵列,对轴颈和轴瓦间的环形空隙区域成像。对设计的传感器结构建立有限元模型,计算传感器电容、电极对灵敏场等,以分析传感器的特性。采用LBP和Landweber 2种算法重建滑动轴承润滑油膜分布图像,重建算法能较好地重建设定油膜分布下的图像。     

电容层析成像系统传感器优化设计及仿真

本文以8电极油水两相流电容层析成像系统为研究对象,针对图像重建的质量依赖于电容敏感场分布这一特性, 采用有限元的方法建立敏感场的数学模型,采用不等间距的方法完成了传感器场域的自动剖分和敏感场的数值计算。对决定传感器性能的结构参数进行选取,通过仿真分析确定了传感器的优化参数,从而使设计的传感器能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能。根据此优化参数设计和研制的电容传感器获得了较为理想的重建图像。     

基于COMSOL的电容成像传感器仿真研究

针对电容成像传感器仿真分析的难点,以8极板电容成像传感器为例,建立了电容成像传感器的三维有限元仿真数学模型,详细介绍了如何使用COMSOL软件对电容成像传感器进行三维仿真,后处理结果表明8极板电容成像传感器能检测到有机玻璃内部7个不同深度的缺陷,验证了电容成像检测技术的可行性.除此之外还运用COMSOL对8极板电容成像传感器的电容值进行提取分析,并与实验结果相对比,结果表明两者的检测结果相吻合.此方法方便了电容成像检测技术正问题的研究,为运用COMSOL软件对电容成像传感器的性能分析与参数优化提供了依据.     

基于平面电容传感器的复合材料缺陷检测研究

为实现利用平面电容传感器直接测得的电容值对碳纤维增强复合材料（CFRP）缺陷的表征,本文基于电容边缘效应,在有限元仿真软件COMSOL中构建平面电容传感器,分析电极参数对其性能的影响并进行优化,灵敏度提高2%~52%,穿透深度可达到4.13mm。当传感器的面积一定时,研究感应电极的最优长宽比,并拟合得出传感器电极长度与面积之间的线性关系。在单电极直流激励的情况下,改变缺陷大小,检测感应电极的电容值变化。结果表明随着缺陷大小的增加,感应电极的电容值会随之减小,利用拟合曲线可以实现对CFRP缺陷的量化评估,其相关系数达到0.996以上。     

电容层析成像系统径向电极对传感器性能及敏感场分布的影响

电容层析成像系统传感器的敏感场分布受多相流介质分布的影响,软场特性给图像重建带来很大困难.该文以8电极油水两相流电容层析成像为研究对象,采用有限元仿真的方法,分析了径向电极及其嵌入尺寸对电容层析成像系统电容值及敏感场分布的影响.通过仿真分析,确定了径向电极的嵌入尺寸,从而能够在缩小测量电容值的动态变化范围,减轻数据采集电路设计难度的同时,提高电容响应的灵敏度,改善传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能.     

带有径向电极的小尺度电容层析成像传感器设计

电容层析成像应用于小尺度管道内成像的关键问题是传感器的设计，而常规传感器往往无法满足测量需要。该文在分析小管道测量特点后，提出3种不同径向电极布置的小型电容成像传感器结构，并通过有限元仿真比较了不同径向电极布置对测量电容的影响。同时，对电极间绝缘介质介电常数及屏蔽罩与电极外表面距离对电极对间电容的影响进行了详细地探讨。结果表明，对于具有较厚厚度的电极，电极对间的本体电容主要来自电极对侧表面间的电容，且相邻电极间绝缘介质介电常数对电极对间电容的影响不显著，但电极对间电容随着屏蔽罩与电极外表面距离增加而增加。依据仿真结果，设计出一种新型径向电极布置的小尺度传感器，并将其用于实测，获得了较好的结果。     

数据采集系统串口通信的设计与实现

设计了应用于绝缘封装液体安全检测的带状平行平板电容传感器.分析了电容边缘效应与“软场”特性的检测原理.设计了带状平行平板传感器性能测试实验包括传感器结构参数,实验参数,并针对传感器尺寸(面积)变化对电势分布与检测的可行性进行了详细分析,并获得其定性结论.设计第二类传感器基于ECT检测方式,给出了具体设计参数与实验参数,与带状平行平板电容传感器进行了优缺点对比,实验结果表明,带状平行电容传感器在便携性、灵活性方面优于ECT传感器,通过传感器参数的优化也能够达到ECT传感器的检测性能.总体而言,带状平行平板电容传感器更适用于绝缘封装液体安全检测的工程应用.     

平面阵列电容式固体颗粒速度测量方法研究

颗粒流动速度是反应气固两相流动状况的重要参数,提出一种全新的基于平面阵列式电容传感器的固体颗粒速度测量方法。首先利用三维电磁场仿真软件Ansoft对传感器建模,获取其空间轴向灵敏度的基础上,对其空间滤波特性进行理论分析,并得到了速度测量的数学关系式。在此基础上,设计了一套基于平面阵列式电容传感器测量固体颗粒速度的系统,并在重力输送实验装置上进行了实验验证。实验结果表明,颗粒流动速度1～3 m/s时,颗粒速度与传感器输出信号频谱宽度呈线性关系,测量相对误差低于9%,测试系统重复性误差优于11%。     

电力系统中电子式电压互感器的误差特性研究与参数优化设计

通过分析电容分压型电子式电压互感器(electronic capacitive voltage transformers,ECVT)的传感原理和工作环境,建立了电力系统中ECVT的数学模型,指出影响互感器精度的重要因素是分布杂散电容的存在,并运用电路理论分析该电容分压器的误差特性,诠释了杂散电容和相间干扰引起ECVT测...     

Volume fraction measurement of oil-water two-phase flow using a coaxial conductivity sensor

The accurate measurement of volume fraction of oil-water two-phase flow on line is important in the oil field. This paper presents a new coaxial conductivity sensor for measuring the volume fraction of oil-water two-phase flow. This structure may get the more uniform sensitivity field and the vertical installation may get the more axial symmetry of the flow field, which improve the measurement accuracy. In order to minimize the influence of the edge effect, guard electrodes were designed. An anti-edge effect degree Ae was defined to optimize the length of the guard electrode. Different models of effective conductivity of two materials were used in calculating the oil volume fraction of oil-water two-phase flow. The experimental results indicate that Maxwell model is the best model under the condition of oil volume fraction less than 50% and the mean value of the calculation results using Maxwell model and Bruggeman model possesses higher accuracy in the range of oil volume fraction (50%-70%). The experimental results show that the sensor obtains similar measurement performance in both vertical upward and downward flow conditions. The accuracy of the sensor system is 2% when the oil volume fraction less than 50%, and the accuracy is about 5% when the oil volume fraction between 50% and 70%.     

基于EFPI传感器的立体形阵列传感器对局放测向的仿真分析

局部放电超声阵列定位技术是将传感器阵列与阵列信号处理方法相结合。本文采用非本征法布里帕罗干涉（Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI）的光纤超声传感器,其灵敏度高,不受电磁干扰的影响;并充分发挥EFPI传感器可放置于油中的优势,改进阵列结构。设计了4阵元EFPI超声传感器正四面体结构阵列,将其置于油箱内部检测局放超声信号,然后利用多信号分类算法(Multiple Signal classification,MUSIC)算法对局放源进行测向;并与平面2×2阵列进行对比;最后,针对阵元位置误差进行校正。结果表明：该阵列传感器能够在油中检测到信噪比较高的局部放电信号;且较传统平面阵,具有更高的测向准确度;尤其在阵列盲区方面,立体型阵列传感器可有效地实现空间多角度的信源测向。并利用TCT算法对阵元位置误差进行校正,提高了测向精度,满足了实际工程需要。     

基于电容式生物传感器的尿检仪设计

尿检仪是非常重要的医学诊断设备,然而传统的尿检仪从原理设计上具有很大的局限性.针对常规尿检仪具有体积大、成本高等缺点,研究了基于电容式传感器的尿检原理,设计了一种便携式无线尿检仪.系统以电容式生物传感器TouchSensor为检测元件并通过ACAM公司的Pcap01检测其各单元电容变化,采用意法半导体公司的32位低功耗微控制器STM32L152,通过Dialog公司的低功耗蓝牙芯片DA14580进行无线通信.为了获得精准的电容值,提出了一种基于拉依达准则的数据处理算法.实验结果表明该尿检仪具有精度高、灵活性强等特点.     

新型组合式验电器的设计与实现

为设计一款具有接触式与非接触式验电功能的10 kV高精确度验电器,提出一种新型高压验电方法。利用空间杂散电容分压原理和平板电容型电场传感器的电荷感应原理研制出一种10 kV新型组合式验电器。分析了工频电场分布,研究了空间杂散电容的分压原理并推导电场传感器的感应电压计算公式。利用Ansoft Maxwell对多种验电环境下的电磁场进行仿真并进行抗干扰能力分析,同时设计硬件电路和软件程序。在搭建的高压试验平台下进行接触式验电试验和非接触式验电试验。试验结果表明,在高电压输电环境下,非接触式验电的感应电压变化符合电场强度的变化规律,接触式验电和非接触式验电具有较高的验电准确度。     

基于电容传感器的架空输电线覆冰厚度检测方法

提出了一种新的架空输电线覆冰厚度检测方法,并设计了覆冰检测电容传感器。基于电容传感器给出一种输电线路覆冰厚度监测系统的设计方案。利用电容效应计算出传感器电容值与架空线覆冰厚度的关系曲线。实际应用时,通过比较传感器测量到的电容值与预设关系曲线得出架空输电线覆冰厚度。测试结果验证了电容式架空输电线覆冰厚度检测方法的有效性。