国际创新竞赛对大学生创新能力培养模式的启示——以国际大学生生物传感器设计大赛为例

创新人才是国家的战略性资源,高校在创新人才培养中肩负着重要使命。创新人才的核心能力是创新能力,包括创新思维能力、创新人格特质和创新实践能力。当代大学生存在创新思维能力薄弱、创新人格特质缺乏、创新实践能力不足等问题,鼓励大学生参加国际创新竞赛有助于其创新能力的提升。以国际大学生生物传感器设计大赛(SensUs)为例,介绍其创办目的、参赛要求、激励机制以及浙江大学参赛队伍的情况,分析大赛对大学生创新能力培养的作用,以期为高校完善培养创新人才模式提供参考。

基于电磁层析成像的钢轨探伤传感器设计与优化

电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)具有非接触、安全无污染、实现简单等优点,能够对钢轨表面和浅表面的损伤进行检测与定位,其中,传感器设计与优化是电磁层析成像的一个关键问题。为实现最优传感器设计,以完整钢轨作为被检测对象,首先设计了一种新型传感器阵列结构,验证钢轨探伤的可行性。结合灵敏度矩阵条件数和均匀性,提出了传感器优化指标即模型优化函数G。在此基础上,通过实验验证了模型优化函数的正确性,证明了模型优化函数与图像重建性能的正相关,并采用正交实验法进行传感器复合参数优化。对比优化前后的探伤效果发现,优化传感器设计参数后,模型探伤性能增强,从而多方面证实了优化过程的合理性。

镓基液态金属柔性叉指阵列电容传感器设计及实验测试

为解决传统叉指电容传感器采用铜和印制电路板打印制备无柔性、难以贴合不平整被测物表面等问题,提出了基于镓基液态金属的柔性叉指阵列电容传感器设计方案。考虑电极层和基板的影响及叉指阵列结构的影响构建传感器数学模型,确定传感器的各项参数。利用镓基液态金属制备柔性叉指阵列传感器,对其进行实验标定和输出特性测试,并将其应用于材料材质识别研究。测试与仿真结果表明,该柔性叉指阵列电容传感器具有良好的柔性、灵敏度和输出特性,具有应用于材料材质识别的应用潜力。

基于微机械电子技术的自动化测量传感器设计

为了进一步提升市面上自动化测量传感器的应用效果,简述了自动化测量传感器的工作原理。以真空微电子压力传感器系统为例,从结构设计、仿真模拟、研制工艺设计、固相键合工艺流程以及性能测试几方面对基于微机械电子技术的自动化测量传感器设计方案进行了详细分析。提出了一种微电子技术以及真空电子技术研发一种真空微电子压力传感器的方法,其构成包括真空微腔、绝缘层、弹性阳极膜等,具有实际应用优势,如能够支持批量生产、体积较小、灵敏度高、响应速度快、抗辐射性能好以及稳定性高等。所提方法对微电子传感器领域的发展具有一定的参考价值,应用市场较为广泛,未来发展前景较好。

圆盘形结构的非接触式电压传感器设计与实验

为解决电压传感器在测量时抗干扰能力弱、精确度低、实时性差的问题,文章设计了一种圆盘形结构的非接触式电压传感器。通过调整球型传感器极板面积,呈现出圆盘形结构,使该传感器可完整测量竖直方向上的电场信号,加强矢量采集与分析能力,增加自解耦能力,有效利用电极的空间。通过建立有限元模型,以三相架空线为激励源,传感器为观测对象,验证圆盘形传感器测量电压的可行性。在实验平台对圆盘形传感器进行暂态、稳态和抗角度偏差测试,结果表明,该传感器能够充分感应各方向维度上的电场分量,实现矢量电场的采集与合成,拥有较好的解耦效果,有效的抗干扰能力,满足了测量的实时性和准确性。

基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器设计及缺陷定量评估与分类识别

为了克服传统脉冲远场涡流传感器由于结构的限制带来的激励磁场在空间出现发散、对大壁厚管道检测能力较弱以及难以对缺陷进行准确定位的问题,在分析了脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用仿真与实验相结合的方法,仿真分析了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器的聚磁效果,研究了该传感器对管道轴向内外壁裂纹缺陷的定量评估能力,比较了检测线圈处于不同位置时的缺陷分类识别效果。仿真结果表明,该传感器通过引导磁场的定向传播实现了对磁场的聚集,同时,通过提取适当检测位置的信号负峰值可以实现对缺陷的分类识别。最后,采用实验的方法验证了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器对管道轴向裂纹缺陷深度的定量能力,实验结果表明该传感器可以很好的实现对缺陷的定量评估。

铁磁性平板构件远场涡流传感器设计与仿真分析

远场涡流检测技术不受集肤效应的限制,其相对于传统涡流检测技术而言,能够对金属构件的更深层缺陷进行检测,首先介绍了平板远场涡流的一些研究现状,分析了平板远场涡流的检测原理和传感器设计要求,在此基础上,设计了基于圆柱和矩形结构的2种传感器模型,分析了2种模型在平板构件中所感应磁场的分布规律,并对比了其对不同板厚的检测能力。结果表明:矩形激励线圈能在平板中感应出定向传播的磁场,可以利用矩形结构的远场涡流传感器对较厚平板构件中缺陷的深度和长度进行定量检测。

管道轴向裂纹检测脉冲远场涡流传感器设计与仿真分析

脉冲远场涡流检测方法结合了脉冲检测频率丰富以及远场方法适于铁磁性管道检测的优势,因此文中采用脉冲远场技术对管道轴向裂纹进行了检测。首先分析了脉冲远场涡流的检测原理,通过提取感应电压信号的负峰值和过零时间作为特征量可以分析管道的检测信息,在此基础上设计了4种不同结构的传感器模型,比较了4种模型过渡区的远近、对轴向裂纹检测灵敏度的高低以及对不同壁厚管道检测的结果。仿真结果表明:与其它模型相比,连通激励磁路的传感器模型具有更好的检测效果。

车辆雨刷自动控制系统中相邻电容传感器设计

提出一种应用于车辆雨刷自动控制系统的新型相邻电容传感器设计方案,能够在节省成本的同时达到高灵敏度和高鲁棒性。对已有的光电传感器技术,压电传感器技术与电容传感器技术分别进行分析比较。设计三种相邻电容传感器,通过在等参数同测量环境下,利用有限元剖分法对三种相邻电容传感器分别进行的电场分布仿真,并使用阻抗分析仪对测量边缘电容进行比较,确定最优设计。对最优传感器进行测量噪声分析,并提出解决办法。试验结果表明,花形电容传感器性能最佳且相邻电容传感器能够取代光电,压电传感器应用于车辆雨刷自动控制系统中。

混凝土结构内冲击波应力传感器设计及其行为

为测量混凝土结构内的冲击波应力,研制了PVDF压力传感器;介绍了传感器的原理和设计思想,通过传感器的标定试验,得出传感器与混凝土介质匹配性能稳定,通过修正传感器灵敏度或采用将传感器打入包体标定的方法可减小应力测量误差;最后介绍了传感器在混凝土结构内药包爆炸应力波测试中的应用。

基于有限元法的涡流传感器设计

针对某特殊形状输油管的涡流检测需求,提出了弧形线圈涡流探头的设计思路。建立了输油管及探头的有限元模型,实现了单个线圈不同尺寸、不同匝数、不同激励频率下试件有/无裂纹情况下阻抗的仿真计算,给出了阻抗相对变化率。试验结果表明,有限元仿真研究与实际结果有较好的一致性,可用于指导特殊涡流传感器的设计。

微结构光纤传感器设计的新进展

根据导光机理、微孔分布、介质载入、纤芯数量及对称性等因素,对微结构光纤进行了具体分类。在此基础上,阐述了微结构光纤传感器的结构设计方法。对近年来国内外(包括作者设计)的典型微结构光纤传感器和微结构光纤光栅传感器进行了详细介绍和综合评述,对基于微结构光纤及微结构光纤光栅的新型传感器的发展进行了展望。

双悬臂梁应变式二分力传感器设计与计算

根据实际测试工程的需要,提出一种双悬臂梁应变式二分力传感器的设计方案。该传感器具有灵敏度高、稳定性好、结构紧凑等优点。本文介绍它的结构形式、工作原理和设计计算方法。

嵌入式大气数据传感系统压力传感器设计研究

嵌入式大气数据传感(FADS)系统较之传统的大气数据系统有很大的优势,它依靠飞行器前端的压力传感器间接得到飞行大气数据。在本文中,首先简要介绍了FADS系统的压力模型;然后通过分析压力传感器几何外形设计对系统性能的影响,建立了压力传感器的动力学模型,并提出了FADS系统中的压力传感器的设计准则;最后给出了仿真结果。

基于超磁致伸缩材料的应力波传感器设计

超磁致伸缩材料是一种新型功能材料,具有逆磁致伸缩效应,基于此效应可以制作出将机械能转换成电能的传感器。该传感器不需外部供电即可具有较大的电压输出信号,可以很容易被测量到并转化为数字信号,是一种新型的应力波传感器。一、传感器结构与原理超磁致伸缩应力波传感器的结构如图1所示。圆柱形超磁致伸缩棒位于传感器的中心部位,外边套着线圈骨架。

基于墨鱼骨有机质的生物传感器设计与应用

该文介绍一种检测过氧化氢/葡萄糖(H2O2/Glucose)浓度的光学生物传感器及其制备方法。该传感器以墨鱼骨有机质(Cuttlebone Derived Matrix Substrate,CDMS)为载体吸附金纳米颗粒(GNPs)制备而成。检测过程中,GNPs催化H2O2还原HAuCl4使吸附在有机质上的GNPs长大,利用GNPs的特征吸收峰强度变化和H2O2浓度之间的对应关系进行生物传感检测。由于墨鱼骨有机膜的比表面积大,可以吸附大量的GNPs,因此可以有效地放大光学信号强度,提高传感器的灵敏度。

太阳位置传感器设计

传感器是跟踪型太阳能装置中一种重要的电子元器件,它直接影响太阳能的利用效率。通过介绍太阳运行规律,结合目前常用的太阳跟踪方案,提出了一种跟踪方案,并由此设计了具有能主动搜索太阳位置的大范围、高精度的太阳位置光电传感器,完成了其机械结构、电路设计,详细阐述了传感器的工作原理及性能,最后通过仿真分析验证了传感器设计的正确性,为同类型设计提供借鉴。

随动式火车轮自动在线检测系统的传感器设计

本文提出了一种新型的随动式火车轮自动在线检测系统,为火车轮的故障诊断提供了一条崭新思路,文中着重介绍了原理性样机中的传感器设计,包括其结构形式、工作原理及物理参数。

智能型力平衡加速度传感器设计

基于传统式力平衡加速度传感器技术，在传感器内部嵌入先进的高精度模数转换器、具有多接口扩展功能的ARM微控制器，设计了一款具有串口、USB口、网口、无线WiFi接口连接方式、支持SD卡大容量存储、液晶触摸屏操作和红外电源遥控管理的低功耗、智能型、24位数字输出的力平衡加速度传感器便携式一体机。

探讨面向微机械电子技术的自动化测量传感器设计

微机械电子技术,是在微电子技术基础上发展出来的,属于多学科交叉的前沿性技术领域,融合硅微机械加工工艺、LIGA技术和精密机械加工等多种微加工技术,同时应用现代信息技术,构成微型系统,属于一个新的产业增长点。其中,硅微机械加工工艺包含体硅工艺、表面牺牲层工艺,以美国为代表;LIGA技术包含光刻、电铸、塑铸,以德国为代表。