基于最小二乘法的差动变面积式电容传感器非线性拟合

分析了差动变面积式电容传感器的非线性因素,研究了用最小二乘法进行电容传感器非线性拟合的方法,并给出了用最小二乘法求得的差动变面积式电容传感器的拟合特性曲线函数关系,最后给出了拟合曲线与实验测得数据的误差。

差动变面积式电容传感器实验的改进

分析差动变面积式电容传感器实验教学中出现的问题,提出改进措施,实现由验证性实验到设计性实验的过渡,激发了学生做实验的兴趣,提高了做实验的积极性和主动性。

差动式电容传感器信号检测方法研究

为了提高差动式电容传感器信号检测电路的测量精度,本文提出了一种将增量总和调制技术和差动式电容传感器相结合,做成一个新型信号检测系统的方法。该信号检测方法将差动式电容传感器、前置放大器和相敏检波电路放置在增量总和反馈环路内,形成一个大的反馈环路。本文通过推导该检测电路的系统传递函数,分析该检测方法中利用增量总和调制技术的技术优点,根据该方法设计一版电路板并进行试验。研究结果表明,本文提出的信号检测方法的输出数字量与中心极板偏离平衡位置的大小和方向具有很高的相关性,对进一步提高差动式电容传感器检测电路的测量精度具有较好的促进作用。

变面积差动电容式传感器的研究

介绍一款变面积式差动电容传感器。该传感器借助于两路相位相差180°的激励信号源作用于两固定极,使动摆片与定摆片之间形成电场。动摆片在进行摆动的过程中,在左右两固定摆中的面积会发生相应的变化,进而会产生电容量的改变。动摆片摆动角度的大小与动摆片在定片中的面积以及电容量的大小呈线性比例关系。通过交流电桥法可测量出该电容传感器的电容量的变化所对应的电压输出,并推算出动摆片位移角度的大小。实验验证了该设计的可行性。

变面积型圆柱面电容式倾角传感器的输出特性

为研究考虑边缘效应的变面积型圆柱面电容式倾角传感器的输出特性,将保角变换法、格林函数法和计算机数值模拟相结合,讨论变面积型圆柱面电容式倾角传感器的电场,给出电容量的表达式,绘制出传感器电容量随倾角的变化曲线,分析影响该传感器线性度及灵敏度的因素,并指出改善该传感器输出特性的途径。数值模拟结果表明,在传感器的外极板所对应的圆心角小于内极板的情况下,减小两极板间距,可使其同时具有较高的线性度和灵敏度。由于研究计及了该传感器极板的横向边缘效应,故所得结果具有较高的精确度。

变面积结构微机械电容式加速度传感器

文章首次报道了一种基于面积可变电容结构的微机械加速度传感器。质量块呈栅状结构,由悬臂梁支撑。两组交叉放置的定电极位于质量块的正下方。在惯性力的作用下,质量块呈平行于衬底水平移动,引起由质量块的栅与定电极的叉指构成的差分电容变化。通过测量差分电容的变化,可以得到加速度信号的大小。理论分析表明加速度响应信号随面积呈线性变化,而与质量块及定电极的间距无关。加速度传感器的制作采用了基于金属电镀的准LIGA技术,设计量程为20m/s2。测量结果表明,加速度传感器量程为20m/s2,灵敏度为581mV/(m·s-2),非线性为4%FS。讨论了器件线性度不够理想的原因。

应变差动电容式负荷传感器的研究

在自动测力、称重领域中,应变电容式负荷传感器由于引线电容、杂散电容以及绝缘屏蔽等问题难以解决,加之易受温度影响,非线性严重,难以达到高精度测量。本文针对这些问题,研制出高稳定性、高精度应变差动电容式负荷传感器,较好地克服了上述缺点。

一种差动式电容荷载传感器

针对目前用于荷载(力)检测的传感器原理和种类单一,难于满足不同场合检测需要这一情况,开发了一种全新的差动式电容荷载传感器。该传感器将被测荷载的变化作为输入量,通过敏感元件—弹性体和转换原件—差动式圆柱型电极转换为电容量的变化,将输入与输出建立起一一对应的线性关系。传感器采用了差动式、等位环、超薄圆柱型电极结构以及现代材料和工艺,消除了非线性误差和边缘效应。使其检测精度、灵敏度、可靠性、使用寿命大为提高,具有实用和推广价值。

基于双层静电极的差动式电容力矩传感器

力矩传感器在机器人关节实时力矩监测中起着重要作用,为提高电容力矩传感器灵敏度,提出一种双层静电极差动式电容力矩传感器。利用PCB板表面的双层静电极与悬臂梁动电极垂直分布构成的电容器作为力敏元件,将由梯形梁变形引起的电容变化量以差值方式输出,通过推导单层与双层静电极传感器的输出特性,证明双层静电极传感器具有更高灵敏度。对传感器进行受力仿真分析,验证结构设计的合理性,并进行静态标定实验,得出双层静电极传感器灵敏度为单层静电极传感器灵敏度的1.8倍,最大非线性误差约为2.19%,重复性误差约为1.84%。该实验结果表明双层静电极传感器具有更高灵敏度,满足机器人关节测力的需求。

差动电容式倾角传感器的研究

利用差动电容原理设计了倾角传感器,产生倾角时,借助气体和液体电介质,使传感器敏感元件的二个电极间覆盖的有效面积发生变化,导致相应电容发生变化。同时,利用温度传感器结合MCU智能控制热膜为倾角传感器敏感元件部分保持恒温。这种设计不但扩大了传感器的工作温度范围至(-45^+120)℃,还提高了倾角传感器的非线性、重复性、迟滞和精度。

基于差动式电容传感器的车辆载荷检测系统

针对传统车辆载荷检测系统存在的不足,提出了一种电容式车辆载荷检测系统,该系统的载荷检测传感器采用差动式结构,大大提高了测量的灵敏度和非线性,电容测量线路采用差动脉冲宽度调制集成测量电路,数据的采集和处理采用自带A/D转换器的STC89LE516AD单片机芯片,数据通信采用无线通信模式。这种载荷检测系统结构简单、成本低廉、安装方便、性能可靠、测量电路简单、抗干扰性好,可用于交通数据的采集和便携式测量,具有良好的使用前景。

基于差动式电容传感器的弹簧检长系统

针对弹簧检长系统测量误差大的问题,该文设计了基于差动式电容传感器的弹簧检长系统,该系统由差动式变面积式电容传感器、双T形交流电桥测量电路、信号调理电路、FPGA和显示组成,经试验得到电压与弹簧相对长度函数关系,在实际使用中运用该函数关系通过测量电压计算出待测弹簧长度。经实验测得电压与弹簧相对长度拟合函数其线性度为1%,灵敏度为2.5292 mV/mm,分辨力为0.05 mm,按照国家标准1级弹簧长度误差小于标准弹簧±0.2 mm为合格。实验表明,该系统完全可以满足弹簧检长要求,且线性度好、灵敏度高、分辨力强、稳定性好;经实际和标准仪器相比准确率达到100%,且比现有设备操作简单、成本低。

计及边缘效应的变面积型圆柱面电容式角位移传感器的输出特性

为了研究计及边缘效应的变面积型圆柱面电容式角位移传感器的输出特性,将保角变换法、格林函数法和计算机数值模拟相结合,讨论变面积型圆柱面电容角位移传感器的电场,给出其电容量的表达式,绘制出该传感器电容量与极板旋转角度之间的变化曲线,分析影响该传感器线性度及灵敏度的因素,并指出改善该传感器输出特性的途径。数值模拟结果表明,在传感器的外极板所对应的圆心角等于内极板的情况下,增大圆心角的数值,减小两极板半径差和两块外极板的间隙,可使其同时具有较高的线性度、灵敏度和较大的测量范围。由于在讨论时计及了该传感器极板的横向边缘效应,故研究结果具有较高的精确度。

柱式变极距电容称重传感器研究

一种柱式变极距电容称重传感器,它内置圆柱螺旋压缩弹簧作为弹性体,采用不同刚度的弹簧时,最大荷载可以在1 kg^50 t之间设置。可以设定最小工作载荷值以及在某一特定载荷下的电容值。电容极板全部密封在金属外壳内,具有很好的抗电干扰性能。试验传感器的最大荷载为10 kg,迟滞为0.3%,重复性为0.5%,线性度为±17.9%。

基于变面积式双涡流传感器的焊缝跟踪系统

针对薄板对接接头错边问题以及搭接接头难以实现焊缝跟踪问题,提出了一种基于变面积式双涡流传感器的焊缝跟踪方法.将两变面积式涡流传感器置于焊缝的一侧,通过双传感器分别检测高低和左右的位置信息,相互补偿得到独立的偏差信号以实现焊缝跟踪.分析了变面积式涡流传感器的原理,利用响应面法拟合响应曲面,进行变量分离,得到了输出电压信号与面积的关系式.最后,搭建简易平台进行了薄板对接及搭接的焊缝跟踪试验.结果表明,双涡流传感器焊缝跟踪方法具有可行性与正确性,为自动焊缝跟踪技术研究提供了新的研究方向.

差动电容式动态张力传感器的研究

介绍一种研制成功的电容式动态张力传感器。该传感器线性度好，性能稳定，灵敏度高且抗干扰能力强，具有广阔的应用前景。

差动变压式传感器位移测量系统设计

围绕测控专业本科生的综合设计型实验,介绍了差动变压式传感器位移测量的原理、各部分电路的基本组成、电路设计与参数选择、电路的调试方法以及应注意的问题。本测量系统是一个开环系统,结构简单、响应速度快,但精度还有待进一步提高。

DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用

文章简述了DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪(简称“钻孔应变仪”)的理论基础,攻关了微位移感知、降噪、控温、性能测试、标定等关键技术,并通过了性能测试,标定结果表明:该应变仪达到了高分辨率(≥5×10^(-11)ε)、宽频带(10~100 Hz可选)、大动态范围(≥1×10^(-3)ε)、24位AD记录、低功耗(<3 W)等技术指标,其性能优于同期美国PBO和日本同类钻孔应变仪,是一款国际领先的地壳运动长期观测仪器,基本能够满足地壳长期应变缓慢积累的蠕变运动和短期应变快速变化的地震火山活动等观测需求。2008年以来,通过20余个地应力台站的应用,该钻孔应变仪记录到大量的地壳形变、断裂活动、同震应变波、应变阶跃、矿压活动等应变信息,并以北长山地应力台站应变监测数据自洽性检验和土耳其地震映震能力分析为例发现:北长山地应力台站电容传感器1#+3#和2#+4#元件应变曲线总体平稳,相关系数R2达到0.95;1#-3#和2#-4#元件的差应变年变化速率为10-8量级,反映出长岛地区以剪切应力为主,且处于地震活动相对高的应力环境;利用该应变仪观测到2023年2月6日土耳其M 7.8级和M7.5级两次地震明显的同震应变响应,尤其是获取了M7.8级主震面波周期为50~60 s,呈现出面波异常,理论上可分辨出100 km范围M0.74级地震产生的应变波,达到了应用示范效果。该钻孔应变仪在地球动力学研究、内动力地质灾害监测等领域具有较好的推广价值和应用前景。

差动电容式位移传感器的仿真研究

设计了一种差动电容式位移传感器,主要对传感器的数学模型及电容检测电路进行了仿真研究。其中检测电路设计主要包括正弦激励电路、转换桥路、信号放大电路、精密整流电路和滤波电路。最后利用Matlab/Simulink软件对所设计的系统进行仿真,并分析了传感器性能。仿真研究表明,传感器及其检测电路具有合理性,测量范围内具有很好的线性度。

差动电容传感器直接数字变换方法与实现

为了使差动电容传感器与数字仪器间建立数据连接,设计了新型直接数字变换器。变换器采用双斜式变换原理,可实现差动电容传感器差与和之比值的数字输出,给出了原理性电路及测试结果。分析表明:寄生电容、开关泄漏电流和比较器偏置电压等因素对变换过程的影响可以忽略。新型变换技术所获得的高精度和良好的线性只取决于参考电压源而与传感器变换过程参数无关。试验结果显示,对于标称值为10 pF的差动电容传感器,在整个测量范围内,最大线性误差小于0.05%。