差分式自阻尼位移传感器传感特性研究

"能量天平法"是一种基于机械电磁能量平衡的普朗克常数测量方法,该方法因存在一项由线圈特征矢量的非对准状态引起的"特征矢量对准能量误差",其普朗克常数测量不确定度难以降低至1×10-8。为实现对准能量误差的精确补偿,针对能量天平线圈垂向运动过程中的残留水平位移的精确测量问题,提出一种基于电磁自阻尼直接垂向测量参考的差分线面式位移传感测量方法。为避免间接测量参考的调整过程引入系统误差进而导致测量精度降低,线面式位移传感器利用细丝电极作为直接垂向测量参考;设计差分式三电极电容结构用于抑制单端电容非线性特性;将另两个电极的表面形状设计为相互正对的外圆柱面,利用圆柱面在横截面内的几何形状各向同性抵消姿态倾斜对测量结果的影响,提高传感器对复杂测量条件的适应能力;采用电磁阻尼器稳定细丝电极,保证测量结果的准确性。实验结果表明,在正常工作量程范围内,差分式自阻尼位移传感器的合成扩展不确定度约为2.81μm。

人工心脏差分涡流位移传感器的性能测试装置

针对第三代人工心脏磁悬浮系统中差分式涡流位移传感器的特殊结构,研制了一种基于正交坐标系的传感器性能测试装置。该装置将正交坐标建立于转子径向面上,以中空环形转子为测试靶板,以涡流传感器探头为测试点,通过改变传感器探头的二维坐标,实现对涡流传感器探头二自由度的性能测试。实验结果验证了该性能测试装置的可行性与有效性。

光学电流互感器的抗干扰分析

采用光学玻璃的光学电流互感器主要有两种结构:闭合光路结构和直通光路结构。直通光路结构的光学电流互感器在加工难度和稳定性方面具有明显的优势,但存在对测量位置敏感和抗外磁场干扰能力差的缺点。提出了一种差分式结构的光学电流互感器,分析了导体位置变化和相间磁干扰对其测量精度的影响,并设计了相间磁干扰和返回导体对测量精度影响的实验。分析和实验结果表明:采用差分式结构的光学电流互感器应用在相间距离大于0.8m的智能变电站中,不需特别设计屏蔽措施,完全可以满足0.2级的测量准确度要求。

面向肠道平滑肌的微弱肌张力测试系统设计

为了研究胃肠道动力异常造成功能性胃肠病的发病机制。面向肠道器官平滑肌设计了一种高精度、高可靠性、重复性好的肌张力测试系统。测试系统主要包括:肌条夹持装置、肌张力放大装置、霍尔式力传感器、信号处理模块、数据处理与显示模块、微处理器、电源模块。为避免肌条夹持过程中预紧力过大导致断裂,而预紧力过小导致测试失效,采用了基于微处理器的自适应肌条夹持方法;肌张力放大装置采用多级杠杆结构,利用柔性铰链作为杠杆支点实现肌张力的放大,对杠杆结构进行有限元分析和优化,杠杆的放大倍数为145;采用霍尔式差分力传感器与信号处理模块对放大后的力进行测量。基于以上原理,开发了测试系统的样机,并完成了性能验证实验。实验可知:测试系统的灵敏度为34.419 V/g,线性度误差为1.627%,重复性误差为0.633%,迟滞性为3.323%。实验结果表明:测试系统能实现0.15 gn量程以内的肌张力测试,且具有较高的测量精度。

3D打印工作台平面度的差分式光电检测与补偿

3D打印是一种通过将三维模型切片分层的方式生成可被单片机识别的G代码文件,然后逐层打印的生长型快速制造方法。针对桌面型3D打印机工作台平面不水平导致打印产生的翘曲、变形等问题,利用基于双发射差分式光电传感器距离检测的反距离加权插值(IDW)算法对打印平面进行精确补偿,较传统机械补偿调平方法提高了精度与重复性。通过实验分析与验证,补偿效果明显,有效减少了打印过程出现的翘曲、变形等现象,提高了打印精度与质量。

基于地面电场仪的雷电监测装置设计

针对目前国内外地面电场仪感应电流信号微弱、电磁干扰严重的问题,设计了一种新型双定子、差分式电场传感器。传感器感应到2路电流信号经过I/V转换器转为电压信号,通过减法器和50Hz工频陷波器消除共模干扰和工频干扰。光电开关传感器得到同步信号,采用相敏检波器对信号进行处理得到与场强成正比例关系的直流电压。经实验验证,该系统在-50～50 kV/m的模拟电场强度范围内,测量分辨力可达到10 V/m,线性度<1%。实际测量表明,差分式双定子结构和减法器有效消除了共模干扰,50Hz陷波器消除了工频干扰,高精度放大器提高了电场仪的测量精度。该系统能够实时测量大气电场的强度,并显示大气场强的变化曲线,可以为雷电监测预警提供必要的依据。

微型大气电场监测装置的设计与实现

针对户外场磨式地面电场仪存在的输入阻抗高、感应电流信号弱、易受外界电磁波干扰、功耗大且无市电供电等问题,设计一种光伏发电加蓄电池储能供电的低功耗大气电场监测装置。为减小系统功耗,提高测量精度,设计微型低速双定子差分式电场传感器,传感器感应到的两路微弱电流信号经过T型反馈网络实现I/U变换。通过减法器和4 Hz低通滤波器消除共模干扰和工频干扰,提高信号的信噪比。利用光传感器采集同步感应信号,与AD630锁相放大器配合对信号进行处理,得到与场强成正比例关系的直流电压。经实验验证,系统在–50~50 kV/m的模拟电场强度范围内,测量分辨力可达到10 V/m,测量线性度<1%。所设计系统能够在光伏供电的情况下独立运行,实时测量大气电场强度并将测量结果传输到上位机,为雷电监测预警提供必要的数据支持。

双定子地面电场仪雷电监测技术的研究

针对目前旋转式地面电场仪输入阻抗高、信号微弱易泄露,易受空间电磁波的干扰,设计了一种新型双定子差分式电场传感器。通过双定子输出信号进行差分消除共模影响,对双定子输出的微弱交流小信号进行有源等电位屏蔽消除信号的泄露,提高系统的检测灵敏度;传感器感应得到两路电流信号经过I-V转换器转为电压信号,通过放大器对信号放大,四阶带通滤波器对信号进行滤波,提高信号的信噪比;利用光电开关传感器得到测量信号的同步信号,采用锁相放大器对信号进行处理得到与场强成正比例关系的直流电压。试验表明,该系统能够实时测量大气电场的强度,可以为雷电监测预警提供必要的依据。

基于三分量地震监测的远程实时监测预警系统的研究

我国现有的地震监测系统大多很难准确地进行地震短临预报进而降低损失,而且安装困难、费用高。针对这些问题,研究一种基于三分量地震监测和云服务器的远程实时监控预警系统,它的硬件主要是三分量岩土应力仪,其传感器是三个差分式极距型电容传感器。地震时,固体潮应力会使电容极距有较大改变,导致电容值的急剧变化,然后系统对采集数据分析处理,超出预警值则发出地震预警。经过试运行发现,系统分辨率高,性能稳定,安装成本低。