基于爆炸场的钨铼热电偶测温方法研究

针对大当量战斗部,爆炸热效应是非常重要的毁伤参量之一,热电偶作为使用最广泛、性价比最高的温度传感器,确保热电偶测温稳定性和瞬态温度的测试精度,是爆炸场试验和测试领域迫切需要攻克和解决的技术难题;为解决这一问题,对直径100μm的钨铼热电偶进行了激光焊接,使用辐射法进行了静态标定,使用能够给予热电偶瞬态受迫温度激励的脉冲激光对热电偶进行了动态校准,通过数值模拟仿真与实验验证,表明利用光纤激光制造的热电偶可满足爆炸场需求;传感器重复性为98.96%、温度测试精度误差小于0.38%、传感器响应时间<6 ms、响应时间测试精度优于1%,可检测到火球热辐射信号,冲击波绝热压缩空气之后1169℃的温度曲线传递规律与数值模拟仿真得到的温度曲线规律吻合。

高黏附水凝胶的制备及其在传感领域的应用

针对传统水凝胶作为柔性应变传感器应用时过分依赖黏合剂而导致信号检测不精确等问题,制备了一种高黏附性的聚丙烯酸/2-丙烯酸胺-2-甲基丙磺酸/甲基丙烯酸羟乙酯(p(AA-AMPS-HEMA))水凝胶,并应用于柔性应变传感器。研究结果表明,该水凝胶不仅展现了卓越的力学性能(拉伸应力为195.02 kPa,拉伸应变为1193.55%)和出色的黏附力(对猪皮黏附强度可达38.94 kPa),还具备稳定灵敏的传感特性。进一步将其组装应用于柔性应变传感器,该传感器能够准确捕捉并监测到手指弯曲、手腕活动以及膝盖弯曲等人体多项运动。该水凝胶在智能传感领域展现出较好的应用前景。

基于多分类高斯SVM的光纤信号的模式识别方法

为了有效提升光纤信号识别精度,采用了一种基于多分类的高斯支持向量机(SVM)的信号事件类型判别方法,先通过汉宁窗卷积的方法以及95%能量的原则来识别事件发生始末段信息,再从时域、频域以及尺度域等角度出发,对归一化后的多种特征参数的均值与离散性进行分析,并选取合适的主要特征参数,最后采用基于多分类高斯SVM算法对3组不同事件类型进行了分类识别,通过理论分析和实验验证,取得了不同类型光纤事件信号的数据。结果表明,对30组实验数据的事件类型进行模式识别,正确率在96%以上。该方法流程满足了光纤传感的事件信号高精度识别要求,对光纤传感器应用具有较重要的参考价值。

基于MEMS技术的集成压力-湿度传感器

设计了一种高灵敏度的集成压力和湿度传感单元的芯片。压力传感单元基于SOI和蛇形电阻结构。室温下,传感器在载压范围为3~129 kPa内灵敏度为0.026 mV/kPa,与有限元仿真基本吻合。传感器在25~120℃范围内的热灵敏度漂移为0.004‰FS/℃,热零点漂移为0.25%FS/℃。湿度传感单元采用的叉指电极和电容式结构,引入含氟PI作湿度敏感膜。设计Mo电阻加热结构加快传感器降湿过程,缩短降湿时间近32%。在10%~90%RH的湿度范围,含氟PI湿度传感器的灵敏度为0.121 pF/%RH,略低于无氟PI器件。含氟基团的引入,使得传感器的湿滞较无氟PI降低16%。“电容-湿度”曲线呈指数分布,相关系数R^(2)=0.996。测试结果发现,湿度传感单元和压力传感单元拥有良好的独立工作性能。

基于智能化管理的压力传感器计量检测方法

由于压力传感器的计量检测数据处理工作量大、流程繁琐,提出一种基于智能化管理的压力传感器计量检测方法。首先以互联网为基础核心,构建计量检测智能化管理系统;去除被检压力传感器与压力标准器间的高度差,记录压力传感器的零点漂移;通过计算正、反行程的校准曲线与工作曲线,得到压力传感器的计量检测结果。通过检测实验证明,所提方法得出的压力传感器在不同温度点的正、反行程的3个循环测量值拟合度高,检测得出的压力传感器的灵敏度偏移与零点漂移极小,计量检测结果符合测试能力指数要求,具有非常高的检测精度。

基于石墨片的应变和温度传感器设计与性能研究

优异的理化性能使石墨材料在传感器领域成为了近年的研究热点。设计了一种基于矩形悬臂梁、温控箱和湿度计的探究装置,测试了基于石墨片的应变和温度传感器的性能,其中,应变测量的线性度和灵敏度系数分别为0.978和0.00196Ω/με,温度测量的线性度和灵敏度系数分别为0.945和0.05267Ω/℃。同时,还研究了湿度对于石墨片传感器性能的影响,发现湿度对石墨片导电性影响存在突变的阈值效应。施加不同应变时,导电性突变的湿度临界值在70%左右。此研究结果表明,在利用石墨片进行电阻传感测量时,需在湿度低于70%的环境中。

基于卷积神经网络的分布式光纤温度传感系统

针对地下电缆温度监测问题,提出一种基于卷积神经网络的分布式拉曼温度传感系统。由于拉曼散射光非常弱,因此该系统的信噪比对于系统性能的影响非常大,如何有效地去除噪声目前成了该领域的关键问题。传统去噪方法有的需要对传统传感系统的硬件进行调整,有的消耗时间较长不灵活,都无法较好地且方便地实现去噪功能。提出引用卷积神经网络对大量仿真数据进行学习,然后用仿真数据和真实数据对该训练好的模型进行验证,实验表明,基于卷积神经网络的去噪算法能够有效地去除分布式拉曼温度传感系统的噪声。

地磁场环境下5A06铝合金力磁关系研究

自杜波夫教授提出金属磁记忆技术后,金属材料力磁耦合关系的研究成为热门领域。尽管对铁磁性材料的力磁关系已有大量文章发表,然而对非铁磁性材料的研究相对较少。因此,本研究以非铁磁性材料5A06铝合金为对象,利用高精度微磁检测仪器,在地磁场环境下搭建了力-磁测量系统。设计了不同载荷、不同波形的拉伸力磁测量实验,并引入能量守恒模型以分析弹性阶段的力磁关系。分析实验结果表明,在5A06材料的弹性形变阶段,实验数据与模型推导预测结果的相关系数高于0.946,即磁信号的变化能够有效反映加载荷的变化;在材料的塑性形变阶段,磁信号随应力变化的趋势与铁磁性材料的变化趋势相近,且在载荷卸载后均会出现“记忆效应”。

基于拉曼放大的长距离BOTDR传感系统研究

布里渊光时域反射(BOTDR)系统可实现沿传感光纤的全分布式温度和应变传感,然而由于光纤损耗的存在,布里渊信号光在长距离传输后往往会淹没在噪声中,信噪比极低。对此,利用拉曼泵浦对光纤全段布里渊信号的增益效果,研究拉曼放大前后系统在测量距离方面的差异和不同泵浦功率对应的放大曲线。通过实验验证了基于拉曼放大的BOTDR传感系统测量距离可提高至100 km量级;在50 m空间分辨率下,成功实现了光纤末端103 km处的温度测量,获得了2.19℃的测量精度。

光纤光栅温度应力传感教学实验装置

针对目前市场上可直接用于光纤光栅传感实验教学的装置较少,前沿科研技术和本科实验教学相脱节现状,设计了基于光纤光栅的温度应力传感教学装置。该装置包括光纤激光器、光谱仪和上位机控制软件3部分。光纤激光器实现了1 550 nm左右的激光输出,利用光谱仪测量光纤光栅中心波长的改变,并采集数据输入计算机,上位机控制软件用于图形显示和数据存储等。该实验装置操作简单、组装灵活、重复性和稳定性好,可用于本科实验教学。将前沿科学技术引入本科实验教学,促进了科学研究与本科实验教学相融合,实现了科研教学水平的同步提高。

一种基于锁相放大的谐振式密度传感器谐振频率测量系统设计

谐振式密度传感器测量密度的关键在于谐振频率的测量。现有的测频法、测周期法、FFT法等谐振频率测量方法因噪声、脉冲误差等因素限制了其精度。为了解决该问题,设计了一种以锁相放大器为核心的谐振频率测量系统,其检测电路将交流振动信号的测量转换为直流恒定电压的测量。利用实验中发现的谐振区域内该直流电压与激励频率呈近似线性关系,基于扫频思想提出并实现了一种谐振频率自动测量算法。在(20±0.05)℃环境下进行了密度标定实验,对密度传感器进行了温度补偿。实验结果表明,在密度为700 kg/m^(3)~1000 kg/m^(3)的测量范围内,测得谐振频率稳定性可达到0.002%,传感器的密度测量最大误差为0.48 kg/m^(3),最大综合测量误差为0.069%,验证了所提谐振频率测量方法的有效性、精确性。

特种车辆传动主轴运行载荷实时评估方法研究

为提升履带装甲车辆综合传动装置疲劳损伤的快速计算能力及其剩余寿命的准确评估性能,提出一种满足多工况条件的传动主轴运行载荷实时评估模型.提取特种车辆典型运行工况的特征参数,并采用K均值聚类及支持向量机方法实现特种车辆典型运行工况的实时判别;构建基于卷积-长短期记忆神经网络的多工况传动主轴运行载荷实时评估模型,采用贝叶斯算法对模型中学习率、神经网络隐含层单元数等超参数进行优化,以提高传动主轴运行载荷评估的准确性;依据特种车辆典型工况下的运行数据开展模型实例验证.结果表明,在换挡工况、转向工况及爬坡工况下,模型对传动主轴运行载荷评估结果的平均绝对百分比误差分别为0.150、0.014、0.006(5°坡工况)及0.004(10°坡工况),表明了本文模型在变工况条件下综合传动装置传动主轴运行载荷评估的有效性.

高精度光栅三维位移敏感结构设计

针对目前的微位移敏感装置在微型化下难以实现高精度三维检测的问题,设计了面内和离面2种位移敏感的光栅结构,并应用于三维微位移的检测中。阐述了光栅理论,设计了双层光栅结构。从2种检测方式对微位移灵敏度的影响角度,通过Gsolver仿真光强衍射效率的大小变化,面内和离面敏感光栅的衍射效率变化分别为0.115%/nm和0.423%/nm,可知,离面敏感光栅的衍射效率灵敏度是面内敏感光栅的4倍。进而将离面位移敏感的光栅布置在被测物的三维方向,实现高精度三维位移测量。

光强调制型光纤加速度计专利技术研究综述

光纤加速度计是国防安全、航空航天等领域常用的传感器,其中光强调制型光纤加速度计以其结构简单、易于实现的优势广泛应用于各类测量环境。以光强调制型光纤加速度计的专利申请为研究对象,确定了透射式、反射式和接触式这3种类型的技术分支。分析了这3种类型的强度调制型光纤加速度计的发展过程,重点分析了典型技术方案,旨在为行业人员了解相关技术提供参考。

热振子式Z轴MEMS角速度陀螺敏感机理的研究

揭示了一种热振子式Z轴MEMS角速度陀螺的敏感机理。在给出工作原理、热振子的振动模态和陀螺效应的基础上,对敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明:(1)开机1.8 s后在敏感结构内形成一个稳定的温度场。(2)热振子在Y方向建立驱动模态,当沿着Z轴输入角速度时,在哥氏力的作用下热振子沿着X方向移动,造成温度场偏移,X方向上对称平行设置的两热线温差ΔT_(X)随着输入加速度az的加大呈现线性增长,温度灵敏度为125 mK/(°/s)。(3)根据输入-输出ω_(z)-V_(Xout)特性曲线,得到数学模型,揭示了该陀螺的敏感机理,陀螺灵敏度为0.095 mV/(°/s),非线性度为2.97%。本研究为优化结构奠定了实用理论基础。

美国海军网格锁定系统分析

在美海军舰队防空系统发展历程中,网格锁定系统在构建火控级的统一综合态势图应用中起到不可替代的作用,通过梳理海军战术数据系统、舰队协调防空作战等项目特点,剖析网格锁定概念、内涵、基本方法及其典型应用,揭示其在美海军协同防空体系应用中的基石作用,对我军装备技术转型具有一定参考价值。

基于均匀微突结构的高灵敏柔性电容压力传感器

针对可穿戴医疗设备、电子皮肤、柔性触摸显示屏等对高灵敏柔性压力传感器的感知需求,文章基于纳米氧化锌(ZnO)、酞酸酯偶联剂(PN-105,PN)和室温硫化硅橡胶(room temperature vulcanized silicone rubber,RTV)材料,结合丝网印刷技术制备具有均匀微突阵列结构、ZnO-PN/RTV介电层的柔性电容式压力传感器,并对其传感机制和特性进行测试研究。结果表明:所研制的柔性电容式压力传感器具有高灵敏度(1.2 kPa^(-1))、快速响应(40 ms)、低检测限(2 Pa)、高使用寿命(>5000次)和良好的人体适用性;制备的5 cm×5 cm压力阵列能够满足可穿戴设备和柔性电子产品需求。该传感器灵敏度高且制作工艺简单、成本低,在柔性智能传感和服务机器人等领域具有良好的应用前景。

基于磁弹效应的电动舵机压力传感器设计

为了实现对电动舵机的电动缸输出轴压力的动态测量,该文设计并实现了一种基于磁弹效应的非接触式压力传感器,它包括传感器探头和信号处理电路两部分。该文首先从磁致伸缩的理论模型中分析并建立了传感器的测量原理,设计了传感器探头的结构。为优化激励源,通过实验研究分析了不同的激励源对传感器信号的影响,结果表明采用105 kHz、幅值为5 V的方波作为激励源时传感器输出信号最优,并以此设计了传感器信号电路。通过对传感器整体的压力标定实验得到传感器灵敏度为0.294 mV/N,重复性误差为3.53%,在运用三阶多项式拟合对传感器输入输出曲线进行校正后得到传感器的非线性误差为1.76%,适用于承压较大的电动缸输出轴及其他大重量设备的动态压力测量。

换流变绕温油温传感器异常及可靠性分析

本文针对某省3座特高压换流站(下文分别用站1、站2、站3表示)换流变本体温度传感器(包括绕温和油温传感器)的故障情况进行了详细分析。这些温度传感器是设备状态监测和冷却系统控制的重要参数,其正常运行直接影响换流变的稳定性。通过对3站温度传感器故障的统计分析,发现站1的接线盒密封不良、温度测量信号回路设计不合理是主要问题;站2主要受信号扩展模块和传感器位置有影响;站3则集中在密封性和信号稳定性方面的问题。基于故障分析,提出了相应的运检提升策略,以提高温度传感器的可靠性和稳定性。

MEMS加速度计全温性能优化方法

针对微机电系统(MEMS)加速度计全温性能低的问题,提出锚区应力对消方法、低应力粘接工艺和温度补偿方法。首先,通过调整两个键合的锚区面积大小实现锚区应力对消,使得加速度计的温度性能得到改善;然后,建立加速度计堆叠封装模型并对专用集成电路(ASIC)粘接参数、加速度计敏感结构点胶方式与点胶参数进行仿真分析,从而确定了加速度计的低应力粘接形式和粘接工艺;最后,对加速度计零偏和标度因数设计了三阶温度补偿方法并进行了实验测试。实验结果表明,加速度计全温零偏稳定性达到47.3μg(1σ)、全温标度因数稳定性达到43.6 ppm(1σ),提高了加速度计的全温性能。