可穿戴电容耦合式电极在载人航天心电检测中的应用

目的研究可穿戴的小尺寸电容耦合式电极在载人航天中的应用问题。方法针对电极尺寸减小对信号幅值和噪声带来的影响,在系统设计中采用动态驱动屏蔽的电极结构、噪声性能优良的阻抗转换放大器等措施提高信噪比,并采用小波阈值滤波算法去噪。结果相比直径4 cm电极,直径2 cm电容耦合式电极采集的信号幅值减小,但心电信号P波、QRS波、T波均得到完整检测,并在降低界面噪声方面具有一定的优势。小波阈值滤波有效消除噪声。结论本文所设计的使用小尺寸电容耦合式电极的心电检测系统实现了隔着衣服对心电信号的非接触式检测,信号波形清晰完整,可以满足航天医学监护要求。

电容耦合式电阻率法在城市遗址考古勘探中的应用

城市密集柏油公路网和坚硬水泥地面给地下遗址考古勘探造成了很大困难,传统的高密度电阻率法需要插置电极,无法在城市环境中使用。电容耦合式电阻率法采用非侵入式的方式,通过特制电极与大地形成电容器产生电流进行电法勘探,特别适合城市硬地表介质的条件。为了检验电容耦合式电阻率法在城市遗址考古勘探中的应用效果,在地处杭州市主城区的吴越捍海塘遗址进行了电容耦合式电阻率法探测试验,采集多个收发距的电法数据,对数据进行反演处理,将反演结果与考古发掘结果进行对比分析。结果表明,反演的电阻率图像推断结果与考古发掘结果基本吻合,电容耦合式电阻率法是城市遗址考古勘探的有效方法,具有广泛的应用前景。

非接触式电压相量测量算法

同步相量测量技术为电网动态安全监测提供了数据基础,非接触式电压传感技术具备安全、便捷、成本低的优势,有利于测量装置实现海量布点。现有非接触式电测量的缺陷在于复杂电压经探头传变后二次侧输出电压发生畸变,难以还原一次侧电压相量。为解决电压畸变问题,文中提出了一种对带内信号分频计算的相量测量算法。首先对探头输出电压进行预处理,滤除带外信号与噪声,随后采用矩阵束法计算带内信号频率,以此构建信号模型进行时域拟合求解带内信号相量,最后将带内信号相量还原至一次侧后合成得到综合相量。仿真结果表明,所提方法能够利用探头二次侧输出电压采样值计算一次侧电压相量。实验数据显示所提方法的幅值测量误差小于4.5%,相位误差小于1°,频率误差小于0.04 Hz,频率变化率误差小于4 Hz/s。

基于模式识别的小管道沸腾在线监测新方法

为了对小管道中的沸腾进行更好地在线监测,基于模式识别理论提出一种适用于小管道沸腾的在线监测新方法。首先利用电容耦合式非接触电导测量传感器,实时获得能够反映小管道内沸腾液体等效电导信息的电压信号,其次对电压信号进行数据采集与特征提取,最后选取2种模式识别算法(感知器算法和K-means聚类算法)训练分类器,对比2种分类器对小管道沸腾过程阶段辨识效果。研究结果表明,所提出的小管道沸腾过程在线监测新方法是可行、有效的,新方法将小管道沸腾过程在线辨识分为4个阶段,辨识准确率可达90%以上。

基于智能手机的便携式毛细管电泳装置检测消毒剂中2种季铵盐

现有的小型毛细管电泳(CE)装置仍采用平板或计算机进行数据处理和分析,其便携性仍存在明显不足。针对这一问题,发展了一种基于智能手机的CE装置,实现了真正的便携式定量分析。该装置集成了电容耦合式非接触式电导检测(C4D)和蓝牙通信功能,并提供了手机界面软件。通过手机界面软件,不仅可以控制CE装置的电泳运行,还可以实时接收C4D检测器发出的数据信息,显示电泳图谱和进行数据处理。该装置尺寸为20 cm×20 cm×15 cm,重量为2 kg。为了验证所设计装置的性能,采用季铵盐(QAs)消毒剂(十二烷基二甲基苄基溴化铵(DDBAB)和十二烷基三甲基溴化铵(DTAB))作为分析对象。实验数据表明,DDBAB和DTAB线性范围分别为20~1000和30~1000μmol/L,线性回归方程的相关系数(R2)分别为0.9995和0.9989,检出限(LOD)分别为10和13μmol/L,日内相对标准偏差(RSD,n=3)分别为1.9%和2.7%。另外实验对DDBAB和DTAB混合离子液进行了测试,在8 min内可实现基线分离。最后,对现场使用的新洁尔灭消毒液中QAs进行了加标回收试验,DDBAB和DTAB的回收率分别为100.5%~101.5%和96.2%~99.3%。研究结果表明,所开发CE装置具有线性好、LOD低、重复好、准确性高,尤其便携好等优点,可用于消毒液中QAs现场定量检测。

新型非接触式径向C^4D传感器优化设计

基于电容耦合式非接触电导检测(C4D)技术,设计研发了一种新型径向结构的非接触式电导测量传感器。该传感器利用串联谐振的原理,引入电感模块以消除耦合电容对测量的不利影响,扩大了测量范围,提高了测量灵敏度。同时,用仿真与实验相结合的方法对传感器的电极张角进行了优化研究。在5.0、7.5、9.1、10.2和12.0 mm 5种不同内径的管道中进行了电导测量实验,电导测量相对误差均不超过5%,实验结果表明,所设计的新型非接触式径向C^4D电导测量传感器是可行和有效的。

1x nm DRAM电容孔刻蚀工艺研究

电容(储存单元)是DRAM(动态随机存取存储器)非常关键的结构。由于高深宽比电容孔刻蚀的限制,随着器件尺寸越来越小,同时实现足够的电容值、最小化存储单元之间的漏电和最大化存储阵列密度变得越来越具有挑战性。为了构建小尺寸和笔直剖面的电容孔,我们在此基于在中微CCP干法刻蚀机上的实验结果提供了一些工艺解决方案,例如激发等离子体的射频功率、刻蚀化学气体和逐步刻蚀调整等。这些解决方案主要针对工艺挑战包括工艺剖面不弯曲、大的底部尺寸和良好的底部圆度等。而且,我们根据经验和相关知识提出了相应的机理,涉及但不限于电容耦合式等离子体刻蚀过程中的聚合物沉积、离子轰击和化学反应等。

CCPT系统中基于副边阻抗调制技术的反向信号与能量叠加传输技术研究

为了解决金属环境条件下的无线供电和信号传输需求,提出了一种基于电容耦合方式的无线能量和信号并行传输方案。通过建立E类放大器的数学模型,分析电容耦合系统的传输特性和阻抗影响机理,设计了适用于E类放大器结构的调制与解调电路,并通过仿真验证了电路的可行性,为CCPT系统从能量传输到信号回传提供了系统性的理论指导。

基于新型C^4 D的小管道气液两相流流型辨识方法

基于径向结构的电容耦合式非接触电阻抗检测传感器,结合小波包分析技术和K-均值聚类算法,提出一种小管道气液两相流流型辨识方法。首先,利用径向结构的电容耦合式非接触电阻抗检测传感器,获取反映被测流体信息的电阻抗测量信号实部信息和虚部信息。然后,采用小波包分解的信号处理技术将实部信息和虚部信息分别分为4个频率段,提取不同频率范围的能量分布情况,并与各自的均值、方差构成特征向量。最后,利用K-均值聚类算法进行模式分类,建立流型辨识模型。在内径为3.5 mm和5.5 mm的玻璃管道内进行验证实验,实验结果表明,所获得的传感器测量信号能反映流体流动信息,提出的流型辨识技术路线是有效的,流型辨识精度可达88%以上。

多通道非接触电导检测装置用于自由流电泳分离在线检测

现有自由流电泳(FFE)装置因不具备在线检测功能,其实用性仍然存在明显不足。针对这一问题,该工作发展了一种多通道电容耦合式非接触电导检测(MC-C^(4)D)装置并开发了自动测量软件。MC-C^(4)D装置采用了并行分时的非接触电导检测技术,即由多个同样的非接触电导检测模块并行排列,而单个电导检测模块又由多个非接触电导检测池组成,采用模拟开关切换这些检测池,能够分时检测流经相应检测池溶液的电导率。多个电导检测模块的检测池总数等于FFE的组分数,它们分别串行接入到FFE各流路中,这样MC-C^(4)D装置就可在线并行分时在线测量各组分溶液的电导率。为验证所设计MC-C^(4)D装置的检测性能,采用配制的氯化钾标准溶液作为检测对象对MC-C^(4)D装置进行了标定和测试。实验数据表明,MC-C^(4)D装置电导率检测范围为0.015~2.5 mS/cm,检出限(LOD)为0.002 mS/cm,日内相对标准偏差(RSD,n=3)为2.31%,测量相对误差(RE)为3.03%和通道间测量相对偏差为1.60%,这些参数表明该装置检测范围较大,LOD低,重复性好,准确性高,通道间测量相对偏差小。另外,将MC-C^(4)D装置应用于往复式自由流等电聚焦电泳(RFFIEF)在蛋白质聚焦过程中对各组分溶液电导率进行实时在线检测,结果表明,所开发的MC-C^(4)D装置不仅可实现对FFE各组分溶液电导率的实时在线检测,而且还可在RFFIEF实验中辅助掌握分离的实验进度,提高FFE装置的实用性。

C^4D技术在工业管道流体电导测量中的应用

基于虚拟电感技术研发一种工业毫米级管道新型电容耦合式非接触电导测量传感器。虚拟电感基于Riordan电路研制,相应的工业型C4D传感器基于串联谐振原理实现电导测量,并采用特殊的屏蔽罩结构屏蔽工业干扰。研究结果表明,所研制的虚拟电感与实际电感相比,具有内阻小和电感可调等优点。在内径为1.80 mm的管道内进行电导测量实验,结果表明,所研发的工业型C4D传感器是可行的和有效的,可用于实际工业毫米级管道流体的电导率在线测量。

无线电能传输技术研究与应用

概述了无线电能传输技术的工作原理、技术挑战以及典型应用。首先,介绍了近场传输中的电感与电容耦合机制,并对不同的拓扑结构进行比较分析,得出补偿电容参数;然后,结合近几年国内外学者的研究现状,介绍目前在无线电能传输系统中所面临的技术难题,并对相应的解决方法进行了分析;最后,概述无线电能传输技术在电动汽车和便携式电子设备中的应用,并讨论了无线能量传输技术未来的发展重点。

Capacitive Microwave MEMS Switch

A novel capacitive microwave MEMS switch with a silicon/metal/dielectric as a membrane is fabricated successfully by bonding and etching-stop process. Its principal, design, and fabricating process are described in detail. A patterned dielectric layer, Ta2O5, with dielectric constant of 24 is reached. Experiment results show this novel structure,where the switch＇s dielectric layer is not prepared on the transmission line, features very low insertion loss. The insertion loss is 0.06dB at 2GHz and lower than 0.5dB in the wider range from De up to 20GHz,especially when the transmission line metal is only 0. 5μm thick.

脉冲在线注入法检测变压器绕组变形装置

脉冲在线注入法可有效检测电力变压器绕组变形,该方法的成功应用需要可靠的检测装置,本文提出了一种检测装置,该装置是由便携式带电检测仪,信号保护电路,电容式耦合传感器,电容分压器,信号检测终端等组成,电容式耦合信号装置是其重要组成部件对绝缘子绝缘性能有重要影响,保护电路可以保证脉冲方波的完整注入以及防止过电压对设备的影响,信号检测终端可以检测脉冲信号的输出。利用此装置可有效的对变压器绕组的各类故障进行检测。此装置的研发为电力变压器绕组故障在线检测奠定了基础。

基于多层PCB的ME-C^(4)D电极设计及其性能研究

文章针对微芯片电泳电容耦合式非接触电导检测(microchip electrophoresis-capacitively coupled contactless conductivity detection, ME-C^(4)D)电极存在检测信号信噪比低、稳定性差的问题,提出一种基于多层印制电路板(printed circuit board, PCB)的ME-C~4D电极。通过与相同结构的单层PCB电极对比实验发现,多层PCB电极的噪声最大电平降低至5.5 mV、信噪比提升1倍,且检测信号具有较好的稳定性。通过实验对多层PCB电极结构参数进行优化,使检测系统对K^(+)、Na^(+)、Li^(+)3种离子混合溶液的检测限和离子浓度分辨能力达到0.050 mmol/L,且检测结果具有较好的线性度和可重复性。实验证明,采用多层PCB电极,不仅改善了ME-C^(4)D系统的检测灵敏度和离子浓度分辨率,同时扩大了系统的最佳离子浓度检测范围。

基于非接触电导的气液两相流参数检测系统

研究了电容耦合式非接触电导检测技术(C^4D)应用于气液两相流测量的可行性,建立了一套基于非接触电导的毫米级气液两相流参数检测系统。利用所建立的系统,在内径为5 mm,9 mm的水平管上进行了气液两相流实验,获得了不同流型下的电导测量信号,并对段塞流、波状流、泡状流和环状流四种典型流型下的电导信号进行了分析与比较。研究结果表明,所建立的基于非接触电导的气液两相流参数检测系统是有效的,C^4D技术应用于气液两相流参数测量是可行的。不同流型下所获的电导信号特征均表现出明显差异,有望用于流型辨识。

基于C^4D技术的气液两相流流速测量新方法

本文提出了一种基于电容耦合式非接触电导测量(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)技术的小通道气液两相流流速测量新方法。该方法首先利用新型C^4D传感器获得两组气液两相流流体电导信号,然后对这两组信号进行互相关运算获得气液两相流流体的速度值。作为初步研究,本文针对小通道气液两相流中常见的典型泡状流及弹状流进行了流速测量实验。三种不同内径水平小通道内的实验结果表明C^4D技术用于气液两相流流速测量是可行的。速度测量的最大相对误差小于10%,所提出的基于C^4D技术的小通道气液两相流流速测量新方法是有效的。

基于C4D技术的气液两相流相含率测量新方法

本文提出了一种基于电容耦合式非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C^4D)技术的气液两相流相含率测量新方法。研究工作主要包括两部分:1)研制一种新型六电极C^4D传感器;2)作为初步研究,利用新型六电极C^4D传感器对气液两相流(层状流)进行相含率测量实验。研究结果表明,C^4D技术应用于气液两相流相含率测量是可行的,研制的新型六电极C^4D传感器是有效的,C^4D技术有望为气液两相流相含率测量提供一条有效的新途径.

基于C^4D技术的气泡速度测量

本文探讨了将电容耦合式非接触电导测量(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C^4D)技术应用于毫米级管径气液两相流气泡速度测量的可行性,提出了一种结合C^4D技术及互相关测速原理的气泡速度测量新方法。研究包括两个部分:首先,结合串联谐振原理,研制了一种适用于气泡速度测量的新型三电极C^4D传感器;其次,利用所研制传感器获得的两组电导信号,根据互相关测速原理实现气泡的速度测量。作为初步研究,在内径6.0mm的竖直管内进行了气泡速度测量实验。实验结果表明将C^4D技术运用于毫米级管径气液两相流气泡速度测量是可行的,所提出的气泡速度测量方法是有效的。