双U型管式高温高压流体密度传感器

介绍了1种可用于石油井下的双U型振动管式流体密度传感器。该传感器由双U型管及电磁激振装置构成,通过安装基座中的管线使2支U型管形成流体单向通道,电磁激振装置产生电磁力使双U型管产生谐振并维持其振荡。为满足传感器的应用环境要求,U型管采用低温度弹性系数、耐高压、抗腐蚀的合金材料制成,激振装置中的电磁线圈与磁芯均采用高温材料。测试结果表明,该传感器性能指标达到了设计要求,能够满足井下仪器对流体密度测量的需求。该传感器已应用于渤海油田探井井下流体密度测量中。

国内首次研制成功可在高温高压油井下使用的光纤压力传感器

由山东省科学院激光研究所承担的＂光纤高温高压井筒测试技术＂课题于2010年3月3日通过科技部验收,这标志着中国光纤测井技术已经打破欧美国家的技术垄断,将为中国油气井的开采发挥重要作用。

试论高温高压压力传感器的设计

我们知道,压力传感器中主要使用的压电材料主要是比较固定的,有些材料在一定的温度范围之内是比较稳定的,但是超过一定的温度值以后这些材料的压力性质就完全改变了。本文针对石油化工等领域中高温下较高压力测量的要求,提出了高温高压压力传感器系统,设计出了高精度稳定性佳的耐高温高压压力传感器,希望通过本人的设计能够对于压力传感器的发展起到进步作用。

高温高压压力传感器设计思路研究

随着石油化工行业以及工业领域的不断发展,压力传感器的应用也逐渐增多,生产环境对压力传感器的性能参数提出了更高的要求,使其逐渐向耐高温高压、微型化、耐腐蚀的方向发展。一些材料在确定的温度范围是稳定的,超出温度范围以外,其性能就会发生变化,所以在设计压力传感器时,需要对材料以及性能有全面的了解。本文就高温高压压力传感器设计思路进行了详细的讨论。

首台油井光纤高温高压传感器研制成功

日前，由山东省科学院激光研究所自主研发的固定式高精度光纤压力传感器获得成功。这台光纤高温高压传感器可在油井下温度220℃和压力100MPa下长期作业，解决了常规电子传感器和光纤压力传感器受油井下高温高压干扰而无法正常工作的难题。光纤高温高压传感器的研发成功，不仅打破了国外对此技术的长期垄断，更将对我国油气井的科学开采发挥出重要作用。

大量程柔性磁致伸缩位移传感器的输出特性

利用磁机耦合方程建立大量程柔性磁致伸缩位移传感器输出电压模型,理论计算输出电压。搭建实验平台,测试波导丝在偏置磁场和激励电流为5~35 kA/m和0.5~3.5 A范围内的输出电压,对比理论值与测量值,确定使波导丝输出电压最优的激励电流和偏置磁场,并对比Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)不同伸长状态下的输出特性。实验结果表明:最优偏置磁场和激励电流为:(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)为15 kA/m和1.5 A;Fe_(82)Ga_(13.5)Al_(4.5)为20 kA/m和1.5 A;Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)为10 kA/m和2 A。Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)波导丝信号衰减程度小,不同伸长状态下的输出电压具有一致性。本文的研究可为设计与开发大量程柔性磁致伸缩位移传感器提供理论依据与指导。

国内首台油井光纤高温高压传感器研制成功

近期，山东省科学院激光研究所自主研发的固定式高精度光纤压力传感器获得成功。这台光纤高温高压传感器可在油井下温度220℃和压力100MPa下长期作业，解决了常规电子传感器和光纤压力传感器受油井下高温高压干扰而无法正常工作的难题。光纤高温高压传感器的研发成功，不仅打破了国外对此技术的长期垄断，更将对我国油气井的科学开采发挥出重要作用。

光纤传感器首次成功应用于高温高压环境下的油井压力测量

来自山东省科学院激光研究所消息，该所在国内首次自主研发的固定式高精度光纤压力传感器已通过相关部门的验收，传感器可在油井下220℃温度和IOOMPa压力下长期作业，通过对油井状态在线实时监测，可以及时探测到井内诸如漏水等状态变化的详细信息，有助于油井采油工艺进行优化和调整，提高油气采收率5％～10％。该传感器的研究成功，解决了常规电子传感器和光纤压力传感器受油井下高温高压干扰而无法正常工作的难题，打破了国外对此技术的长期垄断，对我国油气井的科学开采发挥出重要作用。

艾默生PUR—SENSE高温高压蒸汽消毒pH传感器

无漂移参比电极-设计采用银-氯化银参比电极、凝胶电解液和专利的电解液渗透隔膜（液体接界）；

基于多目标优化算法的大量程涡流传感器探头优化设计

在大量程涡流位移传感器测量系统中,探头线圈的几何参数直接关系到整个测量系统的性能。针对大量程涡流位移传感器探头线圈的优化设计,提出了一种基于多目标优化算法的设计方法。首先,通过COMSOL有限元仿真软件建立传感器探头模型,计算不同参数下线圈的归一化灵敏度和分辨力;其次,采用BP神经网络建立归一化灵敏度、分辨力与线圈参数之间的模型;最后,利用遗传算法进行多目标优化,获得最佳线圈参数。实验结果表明:优化后的传感器线圈,其归一化灵敏度与分辨力分别提高了0.02/mm和0.94μH,证明了所提出优化算法可以有效提升涡流传感器探头的性能指标。

高精度宽量程MEMS皮拉尼真空度传感器

真空度传感器是真空检测的核心元件。基于全桥结构微电子机械系统(MEMS)皮拉尼芯片开发了一款高精度宽量程MEMS皮拉尼真空度传感器。全桥结构的设计从芯片级有效抑制了传感器的温漂。测试结果表明,传感器最大温漂为0.15%/℃。校准后,该传感器能够在5×10^(-2)~1.01×10^(5)Pa的真空度范围内实现小于5%的高读数精度,最大灵敏度为1.34 V/Dec。传感器平均噪声小于-100 dB,理论计算最小检测极限为1.9×10^(-3)Pa。该真空度传感器具有宽量程和高检测精度的特点,能够满足不同领域的真空检测需求。

基于拼接技术的大量程绝对式直线时栅位移传感器自校准方法研究

针对大量程直线位移传感器扩展测量范围和实现绝对定位互相矛盾的问题,在其应用场合缺乏高效安装高精度参考器件的条件,导致难以频繁在线校准以保持其测量精度,基于拼接技术提出一种适用于直线时栅位移传感器的误差延拓自校准新方法。,将复杂的大量程绝对式测量拆分为单段栅尺上的绝对位移测量和栅尺拼接后的绝对位置判断;将绝对位置数据作为位置判断依据并构建双测头结构,实现接缝处感应信号的平滑过渡;利用原生的双测头结构获得定距测量序列,结合误差延拓法构建周期误差函数,再使用快速傅里叶变换获得测量序列幅度谱重构误差函数。为了验证上述方法的可行性和有效性,制作了单段栅尺长度为600 mm的传感器样机进行实验。结果表明,2段栅尺拼接后在量程903 mm内能够实现绝对位置测量;采用自校准方法后传感器单周期内平均误差峰值从2.00μm降至0.59μm,误差补偿效果为70.50%;大量程误差峰值从18.93μm降至0.75μm,误差补偿效果为96.04%;此外,通过校准效果对比实验证明了误差延拓自校准方法优于基于傅里叶谐波补偿的比较校准法,误差校准效果提升约76.20%。

基于PEDOT∶PSS的高灵敏度宽量程透明聚合物应变传感器

柔性应变传感器通常难以兼具高灵敏度、宽量程以及透明的性能。提出一种导电层为聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)的三明治结构聚合物柔性应变传感器,该传感器在兼顾高灵敏度和宽量程的同时具有高透明性。通过旋涂工艺在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备了可拉伸的透明导电聚合物薄膜;基于掩模氧等离子体刻蚀工艺对聚合物薄膜进行了图案化处理;通过拉伸得到表面具有微裂纹的全聚合物柔性应变传感器。微裂纹在应变加载过程中的开合程度对传感器电阻产生影响,进而能够对各种加载应变做出响应。性能测试结果表明,该柔性传感器在30%的应变下依然能稳定输出信号,满足人体动作检测的最大变形需求;在5%~20%的应变范围内,传感器具备线性响应(线性度>0.9922)和高灵敏度系数(GF为10),克服了传统应变片GF(~2)低、量程小和刚度大的局限性;在可见光波长范围(400~800 nm)内,传感器的透光率超过70%。该传感器能够对人体肌肉和关节运动信号进行监测,在医学康复、运动训练以及人机交互等领域展现出应用前景。

串联式齿轮传动大量程角位移传感器设计

旋转差动变压器式角位移传感器在机载领域具有广泛的应用,采用齿轮传动的方式可实现其量程的扩展。分析了传统并联式齿轮传动结构存在的不足,设计了串联式的齿轮传动结构。该结构相比于并联式具有结构紧凑、质量轻、成本低等优点。采用该串联式方案研制出了某型航空发动机双余度喷口角位移传感器,进行环境试验前、后的产品性能测试及产品质量测量。测试结果表明,传感器内部齿轮传动机构可实现角度的准确、可靠传递。串联式齿轮传动传感器在-65°~65°范围内具有优异的输出特性,与并联式齿轮传动结构的传感器相比,约减重32%。

高温大量程热流传感器结构及信号调理电路的设计

以热电堆式热流传感器为例,结合所建立的热传导模型,分析高温大量程热流传感器不能长时间工作的原因,通过设计并优化传感器的结构及工艺,实现在储热体尺寸不变的情况下,热流传感器能够在高温大量程热流辐射下长时间工作,经实验验证在1MW/m^2以上的辐射热流下工作时间能够延长 20%以上。同时为便于后续系统对热流传感器输出信号进行处理,提高系统信噪比,保证传感器输出信号的归一化,利用集成芯片 AD620 对热流敏感芯体输出的弱信号进行了放大调理,经小批量试制,同一量程输出误差在 5%范围以内。

高冲击环境下MEMS大量程加速度传感器结构的失效分析

对设计的大量程加速度传感器进行冲击测试,分析该种传感器结构在高冲击环境下的输出信号及可靠性。加速度传感器结构采用四端全固支结构,通过在梁的端部和根部设计倒角结构以分散应力。测试结果表明该传感器在232,119.4 gn下可以测试到有效输出信号。同时,对测试中失效传感器进行了分析,总结出大量程加速度传感器的在高冲击环境下的失效模式主要为键合引线的脱落、微梁的断裂和封装失效。

单片三轴大量程加速度传感器性能测试与分析

对设计的单片三轴MEMS大量程加速度传感器进行了马歇特锤冲击测试和Hopkinson杆冲击校准试验,得到了三轴加速度传感器冲击过载信号及其各轴向的横向灵敏度比、线性度等关键参数。测试结果表明该三轴传感器在受到117 395.95 gn以上的冲击信号作用时,传感器各轴仍然能够正常工作;其三轴轴向灵敏度均能达到0.1μV/gn以上,各敏感轴受到轴向加速度时其线性度小于6%,轴间横向灵敏度比小于10%。

一种大量程加速度传感器的性能测试

设计的一种大量程加速度传感器敏感单元采用一对双端固支结构,实现硅平面内加速度的测量,通过马歇特锤冲击测试试验和Hopkinson杆激光干涉冲击测试,分别标定了传感器的灵敏度和动态响应,试验结果表明:测试传感器的灵敏度为0.126μV/gn,工作频带为21.46 kHz,工作频带的动态重复性为3.9%,能够满足实际的测试需求,为实现单芯片集成三独立质量块结构的三轴加速度传感器提供了参考依据。

可调量程拉绳式光纤布拉格光栅位移传感器

为了解决在复杂电磁环境下大位移量的监测问题,实现对大型机械和工程结构健康安全状况的实时监测,设计了一种基于悬臂梁结构的可调量程拉绳式光纤布拉格光栅位移传感器。悬臂梁两侧对称粘贴了两个不同中心波长的光纤光栅,当悬臂梁自由端的位置发生变化时,两个光纤光栅分别受到拉力和压力,因此光栅的中心波长向相反方向漂移。通过对两个中心波长差值与位移量关系的标定,可以排除温度的影响,实现对位移量的测量。传感器采用了拉绳式的位移传递方式,使得传感器的安装位置及测量方式更加灵活;便于拆装的位移转换装置,可以方便地调整传感器的量程,使其具有更广泛的适用性。位移传感实验结果表明,在传感器量程为60 mm时,位移传感器的平均灵敏度为47.7 pm/mm,相关系数达到0.998,重复性误差为2.83%FS,迟滞误差为1.02%FS。该位移传感器具有结构简单、量程可调的特点,可以满足不同环境下的位移测量需求。

MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析

针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求,设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器。该传感器结构双端固支梁-质量块结构,可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰,提高了测量精度。仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41μV/gn,可实现对150 000 gn的加速度载荷的测量。