一种宽频透声水下电子传感器封装材料研究

引言:水下传感器因长期在水中工作,其电子元器件需封装在水密绝缘空间内。声波信号发送与接收是水下电子传感器常用的目标监测方式之一。因此,应最低程度地减小被动信号和主动信号穿过封装材料时产生的损失。橡胶材料的特性声阻抗与水接近,是常用的水下传感器封装材料。声波在橡胶中传播会产生一定的衰减,性能优异的透声材料声衰减系数必须小,才能使声波几乎无损耗地透过材料。

FBC可重构传感器制备与封装工艺参数优化及信息安全

为加强电力输电线路的安全性,制作了一种光纤布拉格光栅(FBG)可重构传感器,采用正交试验对FBG可重构传感器封装中的胶粘剂材料参数进行优化,建立可用于监测输电线路安全的FBG可重构传感系统。结果表明,胶粘剂材料的弹性模量和胶结层长度与FBG可重构传感器的应变传递效率变化率呈负相关,而胶结层厚度与FBG可重构传感器的应变传递效率变化率呈正相关。当胶粘剂材料弹性模量为5 GPa、胶结层长度为11 mm、胶结层厚度为0.4 mm时,FBG可重构传感器最稳定,此时其应变传递效率变化率为1.33×10^(-11);在FBG可重构传感系统中,输电线路表面温差与布里渊频移呈线性关系,应力和波长变化线性关系较好,且测量误差较小。

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.

考虑封装的SAW谐振式传感器仿真研究

针对小体积射频声表面波(SAW)传感器性能受封装影响大的问题,该文提出了耦合模(COM)模型与三维电磁分析结合的仿真方法。利用COM模型计算出芯片的单端口S参数;使用三维电磁场仿真软件HFSS对表面贴装的陶瓷封装结构进行建模,仿真计算出封装的S参数;对芯片及封装结构S参数在电路仿真软件ADS中进行结合,得出考虑封装的SAW谐振式传感器仿真结果。实验制作了工作在428.5 MHz的SAW单端谐振传感器,采用该文所述方法仿真的理论结果与实验测量结果更接近,验证了上述方法的可行性。

基于正交试验的FBG传感器胶结剂性能优化

FBG传感器的封装工艺决定传感器的性能是否优异。在选择合适的FBG传感器封装材料后,就需要对FBG传感器的封装形式加以研究。在实际的应用中,需要根据传感器不同的结构形式及使用环境来选择合理的封装形式。其中最常见的封装形式是采用胶结剂进行FBG传感器的封装,这种封装形式操作简单且成本较低。因此,在FBG传感器的封装中应用较为广泛。在传感器封装过程中,胶结剂的固化水平对FBG传感器的稳定性影响最大。如果要保证传感器的稳定性,那么必须对胶结剂的稳定性进行研究。

柔性基体材料封装FBG传感器的应变传递误差分析

由于力学理论和有限元仿真应用于道路结构的分析受材料参数与边界条件等因素影响较大,要获得其准确、真实的受力状态,需借助原位监测技术。然而,日益得到推广应用的高性能光纤光栅敏感元件因其传统的封装方式,无法在模量上匹配相对离散的道路结构测试。为此,本文以沥青路面结构为研究对象,提出了一种以纯沥青为光纤光栅外包层、以小粒径沥青混合料为封装层的柔性基体材料光纤光栅封装技术,建立了其变形作用机理的力学模型,从理论角度分析其应变传递机理,给出了相应的误差修正公式,并通过模型试验方式检验该传感器的感知性能及误差修正公式的适用性。研究结果表明:该种柔性原材料封装光纤传感器可用于沥青混合料的监测,且借助应变传递误差修正公式能较好地消除部分因素的影响,间接地保证了沥青路面结构真实变形的高精度还原,为路面结构监测技术的发展起到了积极的推进作用。

一种无封装FBG应变传感器标定方法

对传统的应变标定方法进行了分析,发现其不适用于无封装光纤布拉格光栅(FBG)传感器的应变标定。提出了一种简易的无封装FBG传感器的应变灵敏度系数标定方法,通过理论分析,证明了该方法的可行性。选取能够覆盖解调仪解调范围的不同中心波长的无封装FBG传感器进行标定实验。计算了实验的A类不确定度、FBG传感器的线性度,并分析了标定结果与理论值存在差异的原因。实验结果表明,提出的方法在四支FBG传感器上均取得了3×10-3 pm/με以下的A类不确定度和0.5%以下的线性度。

燃油蒸汽压力传感器的封装研究

为了实现面向汽车燃油蒸汽压力检测的压阻式微压传感器封装,应对其油污、振动的使用环境,减小封装结构应力对压敏芯片的影响,采用芯片背面承压,与电路集成在一块陶瓷基板上,再同塑料外壳组装成完整传感器的封装方式。通过仿真软件辅助设计,研究了贴片胶、外壳以及基板对压敏芯片的影响,确定了最优封装结构和参数,封装样品经过测试全温区最大误差约为1.2%FS,满足使用需求,通过这种封装方式降低了传感器的尺寸和成本。

光纤光栅温度传感器在开关柜触头及母排温度监测中的应用

设计了用于开关柜母线、静触头温度监测的光纤光栅温度在线监测系统,系统所用光纤光栅温度传感器采用了应变不敏感封装,避免了传感器在安装及测试过程中应变对测量结果的影响,提高了温度监测准确度及可靠性。经测试,采用上述封装结构的光纤光栅温度传感器温度特性与裸光栅温度特性一致,该监测系统至今已连续运行1 a多,工作状态良好。

FBG智能传感器及其在土木工程中的应用研究

光纤光栅传感器已经越来越得到土木工程界的认可,并应用到了实际工程.针对大型土木工程结构长期健康监测的变形监测需要,在光纤光栅传输理论的基础上,分析了光纤光栅应变与温度传感特性以及光纤光栅应变传感的温度补偿原理和方法;研制开发出满足工程应用的光纤光栅封装传感器、FRP-OFBG复合智能筋、光纤光栅智能拉索;此外,考虑传感器开发和工程应用的需要,研究了光纤光栅应变传感的界面传递机理和误差修正.最后,建立了光纤光栅智能监测系统,并成功地将光纤光栅传感器应用到实际桥梁结构的施工与运营监测.

基于数字孪生的配电开关柜温度传感器数据可靠性研究

随着电力系统的发展,配电网的供电可靠性的要求日益提高。配电开关柜作为控制、保护的重要电力设备,在运行过程中过热状态可能导致火灾爆炸等安全问题,严重影响供电可靠性。通过温度状态监测,可以有效判断开关柜的温度状态,对于异常状态提前预知。温度状态监测的可靠性需要依靠温度传感器的性能以及安装布置的合理性。因此,本文采用多物理场耦合有限元模型,对开关柜内部的温度场分布进行仿真,研究配电开关柜的运行状态下温度分布,根据仿真结合工程实践得出温度传感器热点位置,对传感器测量数据进行准确性判断,根据传感器数据对数字孪生模型进行修正。对低压开关柜中传感器不同封装方式进行仿真,得出不同封装方式对温度测量精度的影响,提出一种适用于配电开关柜的传感器封装方式,对布置在梅花触头封装中的温度传感器进行了改进,改进后的温度传感器封装对数据可靠性和工作寿命有一定的提高。

光纤光栅点式水压传感器的研制

光纤光栅点式水压传感器是应用光纤受外力变形时,射入光纤的紫外激光的波长会发生改变并被光栅反射回来原理,利用光栅变形传感器相对某一点水压力的瞬时压力值测试,扩展光纤光栅传感器的种类和应用。布喇格(Bragg)光纤光栅作为传感元件具有灵敏度高、性能稳定、抗干扰能力强(完全不受强电磁信号的干扰)、体积小、寿命长、结构简单可靠等优点,具有极其广泛的应用前景。

正交试验设计的FBG测力锚杆结构封装优化及应用

煤矿智能化开采是我国煤炭开采技术发展的新阶段,智能感知又是煤矿智能化开采的核心技术之一。针对深部巷道变形速度快、变形量大、底臌严重、难以形成统一的指导性锚杆支护方案等问题,提出一种能感知锚杆杆体轴力的FBG传感器及围岩状态感知监测系统。基于光纤光栅传感基本原理,研究了FBG测力锚杆的关键技术,包括测力锚杆的结构设计、测力锚杆的工作原理和应变传递机理;对比分析了基体表面粘贴封装和基体刻槽封装的FBG传感器应变传递规律,揭示了FBG传感器的应变传递变化规律及影响因素。运用正交试验法探究了黏结剂的剪切模量、凹槽的形状以及光纤光栅的粘贴长度对应变传递效率的影响特征,提出9种试验方案,并设计3组锚杆拉伸试验以获得测试结果。通过极差分析得到:按照对应变传递效率影响大小排序,黏结剂种类对应变传递效率造成的影响最大,其次为凹槽形状和光纤光栅粘贴长度;确定了最优封装方案,即使用AB环氧树脂胶,凹槽形状为半圆形且粘贴长度为100 mm时应变传递效率最大。通过方差分析得到:黏结剂种类对应变传递效率的作用显著,其次为凹槽形状,光纤光栅粘贴长度对应变传递效率的作用不显著。在寺家庄矿15106回风巷建立了围岩状态感知监测系统并进行测试,应用效果显著。

DAC重磅新品,芯动神州发布DAC2167LFP-250高速DAC芯片

株式会社村田制作所(以下简称“村田”)已开发出了能够以超高水平精度检测姿态角和自身位置的小型6轴惯性传感器“SCH16T-K01”,主要用于工业设备用途。目前已开始提供样品,量产计划于2024年3月开始。以该产品为首的下一代6轴产品SCH16T系列今后将逐步扩大产品阵容。随着工业设备的高功能化,配备的电子元件数量也在不断增加,因此,传感器封装需要实现小型化。此外,由于工业设备的自动化程度不断提高,精确获取动态姿态角(1)和自身位置的需求也在不断增加。传感器各轴(X轴、Y轴和Z轴)的正交性是更精确地估算动态姿态角的一个重要因素,迄今为止,为了确保正交性,用户必须通过其他设备外部校准。

高应力状态下FBG应变传感器的封装研究

采用细不锈钢管对光纤布拉格光栅(FBG)进行封装,将封装后的光纤光栅作为应变传感器。预松弛FBG的方式及3段细不锈钢管组合式的封装结构,提高了FBG的存活性,保证了传感器的应变有效传递及在高应力状态下的工作性能,方便安装,适用于实际工程中的应用。

传感器不锈钢外壳激光焊接封装工艺研究

采用Nd:YAG激光对井下作业光纤传感器的SUS304不锈钢外壳进行了焊接。为改进传感器不锈钢外壳封装工艺,满足井下作业环境对传感器不锈钢外壳较高的强度和较好密封性要求,采用正交实验设计方法优化了激光焊接的工艺参数并比较了优化效果。优化的激光焊接参数为电流180A,脉宽3ms,频率30Hz,扫描速度10mm/s。对焊接接头进行了拉伸强度测试、断口分析、金相组织分析、显微硬度分析。结果表明:优化参数的焊接试样质量明显好于未优化参数的试样,其抗拉强度为767.5N/mm^2,达到基材抗拉强度的96%,拉伸断裂机制为韧性断裂;焊缝组织没有出现气孔、裂纹等缺陷;焊缝硬度与基材相当,硬度范围为HV_(0.3)230～250。

空心微瓶谐振腔的封装及折射率传感特性研究

为提高传感器的稳定性和便携性,提出一种基于空心微瓶谐振腔的折射率传感器,对系统进行封装并对其折射率传感特性进行研究。仿真分析不同壁厚下空心微瓶谐振腔径向回音壁模式的光场分布,光场在微瓶内部的占比随着器件壁厚的减少而增加,有利于提高传感灵敏度。为减小空心微瓶谐振腔的壁厚,利用氢氟酸对石英毛细管进行腐蚀,使用光纤熔接机制备了薄壁空心微瓶谐振腔。采用紫外胶将耦合系统封装固定在载玻片上,器件稳定性和便携性得到提升。研究了封装器件在不同折射率匹配液下的传感特性,器件传感灵敏度为26.50 nm/RIU。该传感器具有稳定性强、灵活性高、损耗小等优点,在光微流控折射率检测方面拥有很大的应用潜力。

FBG在隧道施工监测中的应用及关键问题探讨

光纤布拉格光栅(FBG)传感技术具有精度高、准分布、实时性、耐腐蚀及抗电磁干扰等独特优势,已在众多工程监测领域中得到应用,但纤细脆弱、交叉敏感的FBG应用到作业环境恶劣和变形规律复杂的隧道工程监测中还有一些关键问题需要解决。探讨了FBG用于在建隧道工程监测中常遇到的封装保护、温度补偿及系统集成问题,提出了相应的解决办法和思路,并以具体工程案例对上述问题进行了分析。研究表明:通过合适的封装和保护可以将埋入式FBG传感器的成活率大幅提高,实现在隧道开挖期间对喷射混凝土的拱架内力、混凝土应变与温度的实时监测。

基片式光纤光栅应变传感器的应变传递研究

为了实现光纤光栅传感器对基体表面应变的准确监测,以基片式光纤布拉格光栅(FBG)传感器为研究对象,推导了基片式FBG应变传感器所测应变与基体应变之间的关系,即应变传递系数表达式。实验上,将实验室封装的铜基片式应变传感器黏贴在圆柱形试件上,测定了该传感器的应变传递系数。结果表明,理论所得的应变传递系数与实验所测的应变传递系数之间的误差很小,证明了应变传递系数推导的合理性,为基片式传感器的封装和使用提供了理论指导。

等截面悬臂梁FBG传感器应变传递规律研究

以等截面悬臂梁为研究对象,分析了表面式封装工艺对光纤光栅传感器的应变传递特性的影响,推导了光纤光栅传感器所测应变与实际基体应变之间的关系,得到了应变传递率与平均应变传递率表达式。对影响平均应变传递率的参量进行了详细的仿真分析,结果表明为使光纤光栅能够真实地反映基体的形变,应选用剪切模量较大的物质作为中间层,减小中间层的厚度,增加中间层的长度和宽度,以提高平均应变传递率,减小测量误差。中间层厚度是影响封装结果一致性和重复性的最主要因素,而增大中间层长度和宽度,能有效地提高传感器封装结果的一致性和重复性。