平面式电容传感器阵列测量复合材料技术研究

基于复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列实现可视化无损检测。论述了系统的构成和测量原理,分析了影响测量效果的因素,并设计了信号转换和采集处理电路。基于简单的激励测量模式和共轭梯度算法,对比分析了仿真与实验结果。实验结果验证了基于电容敏感机理的平面式电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。

一种新型应用于平面电容层析成像系统的电容阵列传感器设计

平面电容层析成像(ECT)技术适用于复合材料表面/亚表面缺陷探伤检测,或传感器安装受限制等无损检测应用领域。针对常规平面ECT系统所采用的方形结构阵列传感器灵敏度分布均匀性较差、中心区域成像质量不高的问题,提出了一种新型结构阵列平面电容传感器,该传感器由7个单元传感电极构成蜂巢结构阵列。新型结构阵列传感器由COMSOLTM专业软件进行建模分析,并设定静电场边界条件,求解并获得传感器的电场分布、极间电容值以及计算灵敏度矩阵。通过与相同尺寸的3×3方形阵列传感器进行比较,来评估新型结构阵列传感器的关键性能,即极间电容变化值和灵敏度分布均匀性。此外,传感器实物采用印刷电路板技术设计制作,结合线性反投影算法进行图像重建,比较和验证两种结构传感器的成像性能。经过数值成像实验和实物重建图像测试,结果表明,新型结构阵列传感器有利于电容传感信号检测,改善了传感器灵敏度分布均匀性,提高了平面ECT系统中心区域成像质量。

平面式电容传感器阵列激励模式研究

由于非金属复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列可实现无损可视化检测。针对平面式阵列电极结构,研究不同激励模式对复合材料内部缺陷检测效果影响。提出单激励、双激励和奇偶激励3种激励模式,对比分析各种激励模式下传感器信号强度、探测深度等性能差异。结果表明:奇偶激励模式在信号测量和成像质量方面都优于前2种模式。同时也验证了基于电容敏感机理的平面电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。

基于ANSYS的平面电容传感器阵列三维仿真研究

通过电磁场有限元分析软件ANSYS,构建了电容层析成像(ECT)系统平面3×4电容传感器阵列三维模型。介绍了平面电容传感器阵列结构并分析了其测量原理。对电容进行了仿真计算。仿真与实验进行了对比,证明了仿真模拟的可行性。通过仿真计算电容值,研究了材料与电极间距和材料厚度对电容值的影响。计算了电极对长度和宽度方向的检测深度。通过ANSYS模拟,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。

用于多相界面检测系统的阵列式容栅电容传感器的优化设计

本文提出和设计的阵列式容份电容传感器是用于多相界面检测系统的一种新型传感器。作者利用有限元法对其结构参数进行计算机仿真和优化设计，并搜索到一组最优参数。实验结果与理论分析相吻合。该系统可用于原油分离和化工生产过程中。

阵列式电极电容传感器的优化设计

本文提出和设计的阵列式电极电容传感器，是用于多相界面测量的一种新型传感器。作者利用有限元方法对其结构参数进行计算机仿真和优化设计，实验结果与理论分析吻合。

基于压电陶瓷的平面阵列式压力传感器研究

利用压电陶瓷技术,设计并制备整体式多阵列压力传感器,并用于爆炸冲击波压应力的测试。结果表明,阵列传感器可测试爆炸冲击波的压应力及其分布、体密度分布、面密度分布等参数,其静态电容分布偏差小于±1%,压电常数d33分布偏差小于±3.3%,动态响应频率约为2.3MHz,冲击破坏阈值为100MPa量级。

测量绝缘纸板微水分分布的电容阵列式传感器

由于变压器绝缘纸板中的微水分影响其介电特性,用介电测量方法可以得出纸板内的微水分分布。为此,开发了一种16个边缘场电容测量单元的阵列式微水分传感器,通过轮流使用各测量单元可获得被测纸板纵向分布的对应复介电系数,进而转换为各处的水分质量分数,由该传感器构成的测量系统可以用于纸板干燥过程中在线监测纸板的水分分布变化,其使用效果得到试验证实。介绍了该传感器的原理、结构及测量系统的构成。

双阵列式电容传感器的特性研究和参数优化

利用传感器相邻极板之间灵敏场不均匀的特点,建立了一种新型双阵列式电容传感器,并且引入1个新的目标函数来评价灵敏场在某个区域幅值的大小。通过有限元仿真的方式,分析了电极覆盖率、管壁介电常数、管壁厚度对灵敏场分布和目标函数的影响,并进行了优化设计,获得优化结构参数,为灵敏场分布的改善和传感器系统性能的提高提供了必要的理论基础。

阵列式静电-电容传感器灵敏度特性研究

结合静电和电容传感技术各自的特点,提出了阵列式静电-电容传感器用于气固两相流中固相颗粒的局部速度、局部浓度以及局部流量测量。利用静电极片阵列与电容极片阵列获取管道内颗粒的速度分布与浓度分布,进而计算出颗粒的局部流量。该阵列式传感器参数测量的准确性直接取决于它的空间灵敏度分布特性。对静电极片阵列和电容极片阵列的灵敏度特性进行了研究。首先,建立了静电极片阵列的三维静电场模型,通过有限元法分析静电极片阵列的结构参数(电极长度、电极覆盖角等)对传感器灵敏度特性的影响;然后根据电磁场理论建立电容极片阵列的数学模型,并对其进行数值计算,研究管道厚度、管道介电常数、电极覆盖角等参数对传感器灵敏度特性的影响;最后搭建了传动带装置进行了实验研究,实验结果证实了模拟结果的准确性,为阵列式静电-电容传感器的优化设计提供理论依据。

基于平面电容传感器阵列的动态手势识别技术

针对人机交互中对于动态手势识别技术的需求,设计了一种新的平面电容传感阵列对动态手势进行检测。通过COMSOL Multiphysics对传感器阵列结构进行仿真设计,采用卡尔曼滤波算法对手部运动坐标数据进行滤波,并借鉴基于视觉的手势识别中的隐马尔可夫模型(HMM)方法对手部运动轨迹进行识别。该系统对动态手势图形的平均识别率高达95%,可用于简单的人机交互。

阵列式电容传感器测量两相流组分含率

阵列式电容传感器直接估计两相流截面组分含率误差较大．通过分析电容受流型影响的特性，导出了一个修正公式．利用１２电极阵列电容传感器取得的个测量值，根据两相介质在电容极板间的分布情况，介绍在利用修正公式修正组分含率值的基础上，再取相邻极板的电容值调整修正比例的方法，即可对各种典型流型进行满意的修正．

平面阵列电容传感器优化

非金属复合材料内部出现损伤会有不同的介电特性,可以采用平面式阵列电容传感器实现损伤可视化检测。针对平面式的44电极阵列结构,研究屏蔽层和传感器相关参数对数据测量和成像效果的影响。仿真与实验结果表明:传感器极板的最佳间距为3 mm,加入边缘屏蔽和极间屏蔽后可以改善传感器的性能;并且随着极间屏蔽宽度的增加,灵敏度的均匀性和测量灵敏度都会大幅提高,电容测量的动态范围有所减小,以此可以提高平面阵列电容传感器的检测能力。

双阵列式电容传感器电极个数的选取

利用传感器相邻极板之间灵敏场不均匀的特点,建立了一种新型双阵列式电容传感器,并引入新的目标函数来评价灵敏场在某个区域幅值的大小。通过有限元仿真,分析双阵列式电容传感器电极数为6,8,12,16时对目标函数的影响,选取双阵列式电容传感器的电极数,使传感器综合性能最优。

面向CFRP板材的平面式电容传感器设计优化

碳纤维复合材料(CFRP)近年来被广泛应用于航空航天领域,实现其结构完整性检测对于航空航天安全至关重要。基于CFRP层合板的各向异性电学特性,提出利用平面电容传感器实现其结构性损伤检测,该方法具有成本低、非侵入、无辐射、操作简单等优点。比较分析了4种不同形状的平面式电容传感器,通过COMSOL软件构建CFRP层合板的3种典型损伤模型,从信号强度、灵敏度、信噪比、测量动态范围和相关系数等指标分析比较4种电容传感器。同时,结合实际测量数据,比较了CFRP表面损伤半径分别为5、2和1 mm时4种传感器的检测性能。结果表明,三角形传感器在相关系数指标上相比于其他传感器有至少9.8%的检测精度提升,能够有效检测和识别CFRP层合板的缺陷。

基于阵列式电容传感器的流速测量

为了解决气固两相流物体在管道中传输速度难以测量的问题,设计了一种基于阵列式电容式传感器系统的硬件和软件。硬件部分包括电容式阵列传感器的设计、流速测量电路、以太网通信模块和模数转换模块等。软件部分主要包括基于STM32F429最小系统的软件设计、电容数据采集转换程序以及以太网通信程序等。实际实验结果表明,测得流速数据的实际值相比于理论值误差在5%以内,该系统具有稳定性好,测量精度高,传感器设计简单等特点。

基于阵列式静电传感器的密相气力输送煤粉颗粒运动特性分析

首先运用有限元法系统分析了阵列式静电传感器灵敏度的分布特性.然后在密相气力输送实验装置上,利用阵列式静电传感器和电容层析成像(ECT)技术获得了不同表观气速(5.7,6.9,8.1 m/s)下的静电输出信号和管道截面的煤粉分布图像.结合ECT成像结果,利用FFT变换和近似熵方法分别得到阵列传感器输出静电信号的频谱特性和近似熵值.结果表明:随表观气速增大,输送管道内颗粒速度增大,并且稀相区颗粒径向速度波动明显;浓相区的近似熵值一直大于稀相区的近似熵值,并且随两者之差的减小,ECT成像图表明此过程煤粉分布更均匀,输送悬浮性越好.

基于平面阵列电极传感器的ECT系统设计

设计了基于平面阵列电极传感器的电容层析成像(ECT)系统。由平面阵列电极传感器ECT系统和计算机成像界面组成,采用电容的边缘效应测量原理,对复合材料的损伤、缺陷进行检测。结果表明:在介电常数ε=3.5的玻璃块材料为被测对象的条件下,得到的ECT图像分辨率高、伪影少。由此表明:该系统是一种简单有效、图像重建效果优良的无损检测(NDT)系统。

平面阵列电容式固体颗粒速度测量方法研究

颗粒流动速度是反应气固两相流动状况的重要参数,提出一种全新的基于平面阵列式电容传感器的固体颗粒速度测量方法。首先利用三维电磁场仿真软件Ansoft对传感器建模,获取其空间轴向灵敏度的基础上,对其空间滤波特性进行理论分析,并得到了速度测量的数学关系式。在此基础上,设计了一套基于平面阵列式电容传感器测量固体颗粒速度的系统,并在重力输送实验装置上进行了实验验证。实验结果表明,颗粒流动速度1~3 m/s时,颗粒速度与传感器输出信号频谱宽度呈线性关系,测量相对误差低于9%,测试系统重复性误差优于11%。

液相单片阵列式压电传感器测量系统研究

阵列化、集成化、智能化是近年来压电传感器的重要研究方向,因此本文设计并研制了一种用于液相检测的单片式阵列压电传感器测量系统,在单个压电晶片上制作五个电极单元,并以塑料封装的形式用于液相检测,五对电极由单片机控制选时导通,以消除测量时的共性干扰因素.采用锁相环电路和变压器支路补偿的硬件电路方式补偿晶体制作时不可避免的并联电容,以提高晶体的液相起振性能,使其工作在串联谐振频率.将所研制的测试系统用于沙门氏菌的生物检测中,有较好的测试效果.