压电石英晶片扭转电荷灵敏度分布规律的研究

为提高压电扭矩传感器的检测精度,应用张量坐标变换原理对石英晶片扭转电荷灵敏度分布规律进行了研究。首先根据各向异性材料力学和电磁理论阐述了石英晶片在扭矩作用下的扭转应力和极化电荷,从而得到电极检测的电荷量仅与压电系数d34有关;利用张量坐标变换原理求出在新坐标系中的压电系数d34,进而得出扭转电荷灵敏度随电极分割线绕y轴旋转角α呈余弦规律变化。实验结果表明理论分析与实测完全吻合。该研究将为新型扭矩传感器设计中检测电极的粘贴奠定工艺基础。

PVDF压电加速度传感器电荷灵敏度影响因素分析

建立PVDF压电模型,依据压电方程和加速度计基本原理,推导和分析了PVDF压电薄膜加速度传感器电荷灵敏度的影响因素,并设计实验进行了验证。公式推导和实验证明,PVDF压电加速度传感器电荷灵敏度随压电薄膜的面积增大而增大,随厚度增大而减小,随预紧弹簧的刚度增大而减小。

提高压电微探针表面信息读取电荷灵敏度的方法

分析了基于原子力显微镜(AFM)探针阵列的超高密度信息存储中压电方式读取纳米数据坑的电荷灵敏度,从探针结构设计的角度指出通过改进上电极钝化层的设计可以使电荷灵敏度提高约50%;在读取电路中引入直流偏置电压,通过提高锆钛酸铅(PZT)薄膜的等效横向压电系数d31进一步提高电荷灵敏度.利用硅片悬臂梁上溶胶-凝胶法制备的PZT薄膜,基于正压电效应实验验证了施加直流偏置电压对d31的提高作用.直流偏压从0 V增加到10 V时,等效横向压电系数d31从-48 pC/N提高到-120 pC/N.

扭转效应下石英晶片电荷量及其灵敏度分布规律研究

针对石英晶体在扭转、复合变形等三维复合压电效应还没有建立起完整的压电效应理论体系,在扭转效应下如何确定检测电极的分布位置使电荷灵敏度达到最大的研究较少。文章通过研究扭转测量晶组的组成,采用分割电极法将检测电极布置到最大灵敏度方向,实现对不同扭矩作用下电荷量的实验测量并分析测量误差,而通过对扭转电荷灵敏度分布规律的理论计算与实验分析确定检测电极布置的最大灵敏度方向。实验结果说明,石英晶片在扭转效应下电极电荷量与扭矩成线形关系,当电极分割线须与坐标系的y轴重合时扭转电荷灵敏度最大,该研究将为设计新型扭矩传感器检测电极的位置确定提供理论基础。

电荷感应法粉尘浓度检测技术

为了避免目前粉尘浓度传感器管路易堵塞、维护较频繁的问题,根据煤矿粉尘的电荷性提出电荷感应法粉尘浓度检测技术。建立了棒状电极与粉尘颗粒间的电荷感应数学模型,推导了棒状电极电荷感应空间灵敏度,并分析了其感应空间灵敏度的分布特性;通过对单一粉尘颗粒和粉尘云感应信号的研究,证明了动态的带电颗粒可感应出交变信号,带电颗粒距电极越近感应信号的波动性越大,且电极周围的粉尘浓度与感应所得信号的波动性呈正相关关系。通过实验分析波动信号各个特征值与粉尘浓度间的关系,确定了波动信号的标准偏差与粉尘浓度整体具有较好的线性度。最后通过实验证明电荷感应法粉尘浓度检测技术具有较好的重复性,且检测误差低于10%。

冲击波压力传感器测试系统的动态标定

介绍压力场测试中所采用的压电压力传感器的标定方法。压力场测试中所采用的传感器是一种以压电晶体做敏感元件的压力传感器,它可以将压力讯号直接转换成电荷输出,其输出量与被测量压力成正比。该传感器具有较大的测压范围、较好的线性、快速的上升时间、高的压力-电荷灵敏度和较小的几何尺寸。给出了压电压力传感器的实验室标定方法和野外使用环境条件下的现场标定方法,并进行了对比研究。

交流耦合式电荷感应法粉尘浓度检测技术研究

对交流耦合式电荷感应法粉尘浓度检测技术进行了研究,为该技术的成功实施确定理论基础。首先通过建立带电粉尘颗粒与棒状电极间的物理模型,分析了棒状电极电荷感应空间灵敏度,说明了该技术的基本原理,并通过实验证明了其理论推导的合理性;其次建立实验系统,示波器采集不同粉尘浓度下输出的交变信号;最后分析输出的交变信号,证明了交变信号的波动性与粉尘浓度呈正相关关系。

星载光电成像系统建模与性能评估

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测,而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础,分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型,推导了系统作用距离的表达式,对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明,对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3的平面目标,当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5μm时,系统对目标的最大作用距离为12 km,作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。