基于Ansoft的同面电容传感器的研究与仿真

阐述了利用同面电容传感器对复合材料进行无损检测的原理,运用AnsoftMaxwell有限元分析软件对不同极板间距和屏蔽电极形式的传感器进行仿真计算,比较分析了不同极板间距的传感器产生的电场强度变化趋势,研究了不同屏蔽电极对传感器检测特性的影响。仿真结果表明:传感器极板间距越大,检测深度越大,检测特性越好;在3种屏蔽电极中,环形屏蔽电极的检测特性最好。

同面阵列电容传感器输出信号质量评估研究

通过有限元仿真和实验系统评估了3×4阵列电极同面电容传感器电极对输出信号质量。结果表明,减少电极间距和增加接触边缘长度有利于提高电极对输出信号质量。提出了一种评估同面电容传感器输出信号质量的指标——电极利用率。对不同独立电极数量电极利用率的输出信号质量进行了评估。结果表明,增加独立电极数量只能在一定程度上增加有效输出信息,且引入大量噪声。随着独立电极数量增加,电极利用率下降,解释了独立电极数量增加输出信号质量反而下降的原因。图像重建结果与电极利用率分析结论一致。实验和仿真结果验证了电极利用率评估多电极同面电容传感器输出信号质量的有效性。该方法和结论可为同面电容传感器阵列电极设计和输出信号处理提供参考。

基于ANSYS的同面多电极电容传感器仿真研究

同面多电极电容传感器是一种新的飞机复合材料构件损伤检测技术,该检测技术的正问题中敏感场分布函数的计算要涉及到静电场中电容计算问题。在仿真研究中,电容要通过场的数值计算方法来求得。本文介绍了如何使用ANSYS有限元分析计算同面多电极电容传感器中的各电极对之间的电容,对检测材料发生异常及传感器参数改变时电容的变化进行了分析,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据。

用于地表相对介电常数测量的同面极板电容传感器优化设计

在雷暴云定位中,地表相对介电常数测量传感器至关重要,但当前传感器设计高度依赖仿真,缺少理论支撑。基于同面极板电容传感器测量原理,利用保角变换和单元积分法,分别建立传感器的电容信号测量和电场分布模型,得到不同极板参数与信号测量灵敏度和测量范围的关系,并进行实际验证。结合应用场景,进一步优化极板设计。最终,共设计了三组极板,每块极板长300 mm,宽100 mm,极板间距为1 mm,极板宽度与极板间距比值为100∶1。经实际测试,传感器在60 mm的测量范围内,测量相对误差小于10%。

地表相对介电常数实时监测系统设计

在雷暴云定位中,地表相对介电常数的测量至关重要。为解决地表介质连续监测难的问题,分析同面极板电容传感器测量原理,建立同面极板电容传感器理论模型,结合实际地表监测应用环境,完成传感器设计;引入电介质的德拜弛豫关系,研究契合地表介质测量的最佳驱动信号频率;设计信号调理电路,进行温湿度补偿,利用最小二乘法线性拟合最佳数据匹配函数,提高测量精度。实验结果表明,该系统测量误差小于5%,能够有效的对地表相对介电常数进行实时监测。

相对介电常数实时监测系统设计

为解决相对介电常数的快速测量以及长时间监测其随环境变化的问题,在研究不同填充介质对共面平板电容量值影响的基础上,提出了用同面电容法测量材料的相对介电常数。设计了包含同面多电极电容传感器、电容测量电路、单片机控制与液晶显示电路的测量系统,实现了相对介电常数测量。实验结果表明:该系统能有效地测量固体材料的相对介电常数,精度可达到5%。测量系统无需制样,只需将传感器测量区域靠近待测目标即可实现快速测量和长时间在线监测。

基于PCA-GA-RSPSVM的复合材料损伤检测技术研究

针对复合材料损伤检测数据少、效率低等问题,提出一种基于主元分析(PCA)和改进的轮换对称分块支持向量机(RSPSVM)的损伤识别算法,并用其进行飞机复合材料构件损伤检测。首先,算法对平面多电极电容传感器检测模型等面积剖分,获取足够多复合材料检测样本;然后引入遗传算法(GA)改进RSPSVM获得更好的分类性能,并且结合PCA提取主特征向量用于降低特征向量维度和缩短训练时间,将新的特征集送入改进的RSPSVM算法,实现PCA-GA-RSPSVM识别算法;最后,用3种复合材料样板的实测值对算法进一步验证。经过仿真数据与实测数据的验证,有效的验证了PCA-GA-RSPSVM算法应用于飞机复合材料构件损伤检测的有效性。

新型管件探测器的研制

介绍一种应用同面电容式传感器的便携式墙体内浅层管件探测器。针对小电容检测问题,应用微分放大式检测电路,采用加保护电极的方法以抗干扰。对墙体模型的实测实验表明,该探测器能很好地检测出墙体内浅层管件,有效解决国内浅层墙体内非金属管件的探测问题,具有较强的实用价值。