基于柔性超声传感器的阵列式管道壁厚监测系统

当前应用于油气管道壁厚监测的各类超声传感器均为传统刚性结构,针对其超声能量受损、测量范围受限及不易阵列化的问题,设计了一种基于柔性超声传感器的阵列式管道壁厚监测系统。该系统利用柔性电路板及背衬实现传感器阵列化集成,以STM32为主控芯片的硬件电路实现了各通道传感器超声的激励与数据的采集。同时,上位机对接收到的测量数据进行分析处理,从而实现对管道壁厚的监测。实验结果表明,该系统具有良好的测量效果,精度可达0.02 mm。

基于柔性超声传感器的骨质状况检测系统

失重环境会造成骨质钙类流失,导致骨质状况显著下降,因此定期对骨质进行检测是必要的;针对传统骨质检测设备大多基于金属和半导体材料,柔韧性和可穿戴性较差且检测部位不全面的现状,提出一种基于便携式柔性超声传感器的人体骨骼状况检测系统;该系统采用定量超声和轴向检测理论,由超声传感器、FPGA控制电路和移动端APP构成,传感器封装改为柔性基底,能够全面检测身体的各个部位,在30名受试者的胫骨处进行实验测量;实验结果表明:该柔性超声骨质数据采集系统能量传递效率高达35%;在0.2 s内可完成检测和实时显示检测结果,误差小于0.3%;该系统在轻量化骨质检测系统领域有重要应用前景,有望取代传统骨质检测设备,为可穿戴器件的应用提供技术支持。

电力设备局部放电超声、特高频一体化传感技术

新型数字化电力系统的快速发展对电力设备运行状态的集成化智能感知提出了更高的要求,针对电力设备局部放电(partial discharge,PD)超声波法和特高频法传感器功能单一,无法实现PD绝缘缺陷全面高灵敏感知技术难题,以及超声波和特高频天线传感器刚性结构在弧形结构电力设备上安装复杂的问题,为此通过对柔性超声、特高频传感器研究现状及结构的总结分析提出了柔性超声、特高频一体化传感技术,并初步构建了基于PVDF压电基底和改进型叉指电极的柔性超声、特高频一体化传感器结构模型,分别采用COMSOL、HFSS对一体化传感器的超声频响特性及特高频电磁波频响特性进行仿真研究,仿真结果表明:一体化传感器对20~200 kHz频段内的超声波信号均有位移响应;一体化传感器在0.4~0.45、0.55~0.6、1.7~3GHz这3个频段内的驻波比均小于5,最后搭建PD实验平台对研制的一体化传感器同时感知PD辐射超声波信号和特高频信号的可行性进行实验验证。实验结果表明超声、特高频一体化传感器可以同时感知PD超声波信号和特高频信号。该研究内容为电力设备PD关键特征信号的集成化传感提供了新的解决思路。