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。

硅微谐振式压力传感器中的单端口静电激励-电容检测方法研究

采用静电激励-电容检测方式的硅微谐振式压力传感器具有温度稳定性好、灵敏度高、功耗低等优点,但同频耦合干扰是限制电容检测精度的主要因素。采用频域分离法可有效地克服同频耦合干扰带来的影响。在研究基于频域分离法的单端口静电激励/电容检测的基础上,提出了单端口静电激励/电容检测方案。

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.

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。

阵列式静电传感器灵敏场分布特性

粉体的气体输送过程中,颗粒的荷电包含了粉体速度、浓度及颗粒尺寸等大量信息,阵列式静电传感器是获取这些信息的重要手段,但由于静电传感器灵敏场的非均匀性,流型变化会给测量造成较大的误差。该文基于点电荷思想建立了阵列式静电传感器的三维静电场数学模型,并应用有限元法系统地分析了阵列式静电传感器的结构参数(包括电极的长宽尺寸、屏蔽罩的长度和半径,绝缘管道的厚度等)对传感器灵敏场分布特性的影响。最后结合理论分析和实验,证实了模拟结果的准确性,从而为实现阵列式静电传感器的优化设计提供了理论依据。

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。

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。

阵列式静电传感器结构设计与优化研究

气固两相流广泛存在于自然界和工业生产过程中,利用阵列式静电传感器感应成像系统可以对两相流的流型、截面分布等信息进行可视化监测,进而得到其流动特性、运输效率、安全状况等情况,对于两相流体的理论研究以及相关生产过程的安全化、高效化和实时控制等具有重要意义。本文提出了一种新型的阵列式静电传感器结构,通过有限元方法分析静电传感器敏感场特性,进而验证传感器的结构参数对测量结果的影响;建立了两相流流动的仿真模型,通过对比传感器不同结构参数下的敏感特性,对相关参数进行优化,对提高静电成像系统的成像精度与准确度具有重要意义。

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。

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。

基于阵列式静电传感器的气固两相流流速检测

流动速度是反应气固两相流流动情况的重要参数之一。为了实现气固两相流流动速度准确而方便的检测,根据静电感应原理,设计了新型阵列式静电传感器,在分析了传感器电荷信号产生机理的基础上,设计并开发了微弱信号处理电路,搭建了用于气固两相流流速检测的重力输送实验装置。通过互相关算法得到了固体颗粒流动平均速度,与其他相关测量装置比较,该装置能够稳定、准确的实现气固两相流流速的检测,同时,更便于现场使用安装。

阵列式静电传感器的频率特性分析

研究了应用于气固两相流流动参数检测的阵列式静电传感器频率特性，建立了阵列式静电传感器的数学模型，定义了动态灵敏度，应用数值模拟结合实验的方法得到了阵列式静电传感器的轴向灵敏区域和频率响应特性。结果表明：传感器近极片的轴向灵敏区域最小，中心轴向处的灵敏区域最大；空间频率分布为距极片越近，频带越宽，峰值频率越大；速度越大频带越宽，峰值频率越大；极片越长，信号的频带越窄；得到了粒子速度、灵敏区域长度和峰值频率3者之间的关系。

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。

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．

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。

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。

基于环-岛阵列式传感器的螺旋管内环状流中液膜分布特性研究

螺旋管内液膜厚度的空间分布形式直接影响螺旋管式蒸汽发生器环状流动区的传热性能。本文基于自主研制的非侵入接触式环-岛阵列式传感器,对不同结构立式螺旋管内环状流中液膜的三维时空分布特性进行了实验研究。根据较厚液膜在管道周向出现的位置,定义了4种典型的液膜分布形式,包括重力主导的底部分布、液相离心力主导的外侧分布、气相离心力主导的内侧分布以及二次流主导的内-外侧分布。系统分析了气液流速、螺旋直径和螺旋节距对液膜分布形式的影响,基于修正的Dean数De^(*)和修正的Lockhart-Martinelli参数X^(*),绘制了液膜流动通用子流型图,并提出了不同液膜分布区的转变判据。

某滑油箱电容液位传感器流场——静电场耦合仿真分析

基于数值仿真软件,对某型航空发动机滑油箱电容式液位传感器进行了流场—静电场耦合建模及仿真计算。模型描述了滑油箱姿态运动引起的液面变化,进而导致传感器液位改变以及传感器本身工作电容变化。根据计算结果,滑油箱姿态运动引起的传感器工作电容变化效果很显著,最高可达到15. 86%。将数值仿真获得的计算值与滑油液位测量测试平台所得的实测值进行了对比分析,二者结果较为吻合,变化规律一致,偏差值较小,验证了基于流场—静电场耦合仿真建模的可行性及有效性。