三电极平面电容传感器对材料损伤的探测

通过ANSYS软件分析非金属材料厚度和介电常数分布不均匀对电容量的影响以及三电极平面电容传感器探头水平方向的有效探测范围。针对非金属材料表面下的异常或者损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法,并对非金属材料表面下的异常或者损伤进行探测定位。通过对损伤区的分析得出了一定传感器探头尺寸水平方向的有效探测范围为偏移损伤边缘50 mm。

平面电容传感器在探测材料损伤中的研究

通过ANSYS软件分析了平面电容传感器电容量与极板宽度和极板间距的关系,并选择合适的平面电容传感器探头的尺寸。针对非金属材料表面下水损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法。根据平面电容传感器检测材料相对介电常数的变化,深入研究了非金属材料表面下水柱损伤深度和水柱损伤区域大小对电容量的影响。仿真和初步实验结果表明,在一定范围内,测得的电容值随着水柱损伤深度和损伤区域大小的变化而变化。

三共轴电极电容式位移传感器的分析

详细分析了三共轴电极电容式位移传感器的基本工作原理及测量电路,并对杂散电容、温度和湿度的影响进行了讨论.

平面电容传感器设计及在材料探伤中的应用研究

材料内部不同损伤具有不同的介电特性,利用平面电容传感器可以实现无损检测。平面电容传感器电极位于同一平面,敏感场非均匀分布,电极结构是影响传感器敏感场分布的主要因素。研究敏感场分布特性有助于提高传感器测量精度。本文基于有限元研究了不同电极结构的平面电容传感器,仿真结果表明,矩形叉指电极敏感场分布均匀性好。分别优化矩形叉指电极和圆形电极结构参数,并基于PCB工艺研制传感器用于材料损伤检测。实验验证了平面电容传感器用于材料探伤的有效性,且矩形叉指电极传感器测量效果优于圆形电极。

平面电容传感器液位检测系统设计

为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量,采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法,对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析,研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响,并对传感器结构参量进行了优化,基于平面电容传感器,设计了非接触式低液位检测系统,通过对纯净水、洗洁精溶液和墨汁的实验验证,取得了0mm~100mm范围的液位测量数据。结果表明,该检测系统工作稳定,具有线性输出,重复性误差约为±0.28%,数据修正前的测量误差小于7.8%。这一结果对非接触式较低液位的检测是有帮助的。

基于平面阵列电极传感器的ECT系统设计

设计了基于平面阵列电极传感器的电容层析成像(ECT)系统。由平面阵列电极传感器ECT系统和计算机成像界面组成,采用电容的边缘效应测量原理,对复合材料的损伤、缺陷进行检测。结果表明:在介电常数ε=3.5的玻璃块材料为被测对象的条件下,得到的ECT图像分辨率高、伪影少。由此表明:该系统是一种简单有效、图像重建效果优良的无损检测(NDT)系统。

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4.13 mm。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。

基于双平面电容传感器的复合材料缺陷检测

非金属复合材料在制造或使用过程中会产生不同形状内部损伤,采用平面电极传感器可对损伤进行无损化检测。针对现有单平面电极传感器检测信号强度弱、检测数据量少等问题,提出一种双平面电极阵传感器检测非金属复合材料的方法。将两个4×4电极传感器组成一套双平面传感器,采用单激励测量模式,利用共轭梯度算法进行图像重建。仿真与初步实验结果表明:双平面电极传感器提高了检测信号强度,使重构图像精度得到了提高。

平面电容传感器的设计与应用研究

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)近年来被广泛应用于航空航天领域,实现其结构完整性检测对于航空航天安全至关重要。通过在有限元仿真软件COMSOL中设计平面电容传感器,得出利用该传感器的输出电容值的大小可实现对CFRP细微缺陷的检测,并通过设计有无屏蔽电极两种传感器,分析了屏蔽电极对传感器性能的影响,得出无屏蔽电极的传感器对缺陷检测量化效果更好,相关系数可达0.99以上,并搭建实验系统进行了验证。

一种电容层析成像系统多电极激励方法

针对电容传感器测量区内的灵敏场受静电场"软场"的影响,存在灵敏度分布极不均匀的问题,在详细分析电容层析成像系统电容测量原理的基础上,提出一种三电极激励双电极检测方法,该方法采用三电极激励双电极检测方式使得相邻电极间有一个相对均匀的电场,同时增加独立测量检测数,改善求解的不适定性,提高测量区灵敏场的均衡性。利用ANSYS软件和Matlab软件对三电极激励双电极检测的电磁场特性进行系统仿真。仿真结果表明,与单电极激励方法相比较,采用三电极激励双电极检测方式,降低了信号检测电路的难度,测量区灵敏场的均衡性有了很大改善,提高了图像重建质量。

柔性叉指电极折叠特性的仿真建模与试验研究

柔性叉指电极以其稳定性好、灵敏度高、制作方便等优点成为柔性电容传感器的重要研究方向,也逐渐在可穿戴领域得到应用及发展。在不同的触觉信号作用下,柔性叉指电极可产生不同的电容输出值,通过平面映射及保角变换法得到柔性叉指电极在不同折叠情况下的计算式。运用COMSOL Multiphysics有限元软件建立柔性叉指电极传感器的仿真模型,详细分析了折叠角度及折叠位置对传感特性的影响,并通过试验研究进一步验证仿真结果的可行性。仿真及试验结果表明:当折叠角度θ≤90°时,对电容输出信号的影响较大;而折叠位置对电容的影响相对有限。该研究成果对柔性叉指电极在智能可穿戴领域的应用具有创新性的参考价值,为柔性叉指电容传感器提供了更广阔的发展前景。

基于电学层析成像的复合材料检测技术研究

采用16平面电极阵列传感器,深入研究电容层析成像原理,构建了基于FPGA的电容层析成像(ECT)系统。电容层析成像技术基于电容边缘效应,在不损伤材料的基础上可以快速、准确地探测出缺陷的位置。研究结果表明:在使用极板间距为3 mm的4×4平面阵列传感器测量物体为介电常数ε=5的圆形亚克力板(半径为2 cm)的情况下,测量分辨率高。因此,该系统可为复合材料缺陷检测提供一种新的途径。