同面阵列电容传感器输出信号质量评估研究

通过有限元仿真和实验系统评估了3×4阵列电极同面电容传感器电极对输出信号质量。结果表明,减少电极间距和增加接触边缘长度有利于提高电极对输出信号质量。提出了一种评估同面电容传感器输出信号质量的指标——电极利用率。对不同独立电极数量电极利用率的输出信号质量进行了评估。结果表明,增加独立电极数量只能在一定程度上增加有效输出信息,且引入大量噪声。随着独立电极数量增加,电极利用率下降,解释了独立电极数量增加输出信号质量反而下降的原因。图像重建结果与电极利用率分析结论一致。实验和仿真结果验证了电极利用率评估多电极同面电容传感器输出信号质量的有效性。该方法和结论可为同面电容传感器阵列电极设计和输出信号处理提供参考。

柔性阵列电容式触觉传感器设计与实验

针对现有柔性触觉传感器柔性差、结构和加工工艺复杂等问题,设计了一种可用于智能机器人和健康监测领域中的柔性阵列电容式触觉传感器。传感器由上电极层、下电极层和中间介电层构成,每个电极层上有多个平行带状电极,且上下层电极互相垂直,电极垂直交叉点形成阵列传感器单元。介绍了柔性阵列电容式触觉传感的理论基础和结构设计,并根据阵列结构建立了信号采集和处理系统。实验证明,该柔性阵列电容式触觉传感器和信号采集系统有很好的稳定性和准确性,可获得其表面的压力分布情况,并可在上位机中图形化呈现。

镓基液态金属柔性叉指阵列电容传感器设计及实验测试

为解决传统叉指电容传感器采用铜和印制电路板打印制备无柔性、难以贴合不平整被测物表面等问题,提出了基于镓基液态金属的柔性叉指阵列电容传感器设计方案。考虑电极层和基板的影响及叉指阵列结构的影响构建传感器数学模型,确定传感器的各项参数。利用镓基液态金属制备柔性叉指阵列传感器,对其进行实验标定和输出特性测试,并将其应用于材料材质识别研究。测试与仿真结果表明,该柔性叉指阵列电容传感器具有良好的柔性、灵敏度和输出特性,具有应用于材料材质识别的应用潜力。

海上油田水平井阵列电容持水率计算方法

水平井的井筒持水率是产出剖面测井解释中的关键参数,如何准确获取和计算水平井井筒持水率对海上油田水平井动态评价、稳油控水尤为重要。通过油水两相物理模拟实验,明确阵列电容持水率计对不同流型的适用性,针对水平井典型分层流提出面积平均法和微元积分法计算井筒持水率。该持水率与实验真实井筒持水率的误差分析表明,考虑仪器截面积的微元积分法计算的井筒持水率精度更高。在不同含水率条件下,其计算的井筒持水率相对误差均小于9%,满足现场应用的精度需求。经过现场测井资料对比分析,微元积分法计算的持水率与剩余油饱和度测井的含水饱和度解释结论相互印证出水层位。微元积分法对海上油田的生产作业具有良好的适用性和应用价值。

滤波连接器用陶瓷板式阵列电容器

介绍了采用湿法印刷技术制作的新型抑制EMI滤波元件,即陶瓷板式阵列电容器的结构设计、制造工艺、研究现状及发展方向。该类元件主要用于滤波连接器,其特点是体积小、孔组排列密度高以及机械强度高,可实现电连接器向滤波连接器的直接转换。

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%。

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。

基于电容式传感阵列的空间三维力解耦系统开发

为提升应力应变传感器对空间三维力的检测能力,提高传感阵列系统的传感性能和可靠性,本文将普通的电容式传感器阵列化,结合多通道的外围采集电路将采集到的传感器数据进行处理,探究了其在空间三维力解耦上的能力。另外将所得传感数据作为支持向量机(SVM)算法的输入端,利用SVM算法较强的泛化能力对空间三维力进行精确的解耦识别,极大地优化了整个电容式传感阵列系统的传感性能。实验结果表明,该传感系统不仅具有对空间三维力的解耦能力,并具备较高的识别准确率和稳定性,识别准确率可达到99.3%,能适用于大部分检测场景。

同面阵列电极敏感场优化方法

同面阵列电极敏感场的非线性特性导致图像重建过程存在严重的不适定性,为提高同面3×4阵列电容成像系统的成像质量与稳定性,提出了一种数据降维并结合平方增敏的方法对敏感场进行优化。该方法依据最大熵原理实现敏感场的自适应降维寻优,重构得到的特征敏感场与实际敏感场具有更高的特征匹配度。另外,平方化的增敏方式可以增强敏感场特征数据与和非特征数据的对比度,同时还可以减弱敏感场矢量求解造成的特征边缘波动性。最后通过同面3×4阵列电容成像系统,设计了多组实验对所提优化方法的有效性进行验证,结果表明敏感场优化后的重建图像质量与稳定性明显提高。

ICPT系统基于电容阵列的稳频控制策略

感应耦合电能传输(ICP)系统在工作过程中,负载变化会引起系统工作频率不稳定,从而导致功率传输效率降低,严重时还可能引起系统工作不稳定。针对此类问题,采用电容阵列动态调节电路并设计改进模糊控制算法,动态调节初级谐振电容阵列等效值,确保系统负载参数变化时系统工作频率的稳定,以提高系统功率传输效率和确保系统稳定性。实验结果验证了该稳频控制方法的有效性和优越性。

一种电容阵列式液位传感器的设计与实现

通过对电容式液位传感器的分析与研究,设计了一种新的电容阵列液位传感器。该传感器将电容一极板设计成阵列式结构,另一极板共用,采用基于充放电原理的微小电容检测电路,应用单片机XC886控制小电容器的选通、数据的采集和处理,计算出液位值,并通过CAN总线传送给上位机,实现实时监测。实测结果表明:该传感器受温度影响小、精度高、输出稳定,精度优于1%FS,零点漂移小于2×10-5FS/℃.

一种电容阵列式液位传感器的设计与实现

通过对电容式液位传感器的分析与研究,设计了一种新型电容阵列式液位传感器。介绍了电容阵列式液位传感器的原理和设计方案。将电容一极板设计成阵列式结构,另一极板共用,采用基于充放电原理的电容检测电路,用单片机STC89C52控制传感器中电容器的选通、数据的采集和处理,并计算出液位值,输出转换成4～20mA电流信号。实测结果表明:该液位传感器精度可达0.3%FS,零点输出稳定,漂移小,受温度影响小,热零点漂移指标优于2×10-5FS/℃。

考虑功率-容量约束的城市轨道交通车载超级电容阵列配置方法

基于容量约束配置方法配置的超级电容阵列吸收功率远小于城市轨道交通车辆电制动功率,造成制动能量的浪费。由于超级电容阵列的充电初始电压值对其合理配置影响很大,存在理论上的最优值,因此在分析车辆再生制动电气特性基础上,建立超级电容阵列功率和容量需求数学模型,提出满足制动能量回收电气参数的功率-容量约束配置方法,然后从最低工作电压的角度对该方法中的充电初始电压进行优化,并给出超级电容阵列的优化配置流程。算例分析和仿真验证表明:基于功率-容量约束配置方法配置的超级电容阵列能够满足城轨车辆制动能量回收的需求,节能效果优于容量约束配置方法,且具有较高的节能/质量比。

基于电容阵列I-V测试仪的光伏STC曲线拟合研究

现有的光伏组件在标准条件(STC)下I-V曲线的拟合算法存在计算过于复杂或准确度不足的问题。为提高曲线在偏离STC环境下的拟合准度,提出了一种依据太阳电池四参数结构,通过选取曲线最大功率点(MPP)附近6个点作为拟合点,计算组件I-V数学模型从而实现曲线拟合的拟合算法。不同光伏组件的最优拟合点间隔不同,为提高拟合精度,进一步提出了自适应拟合点选取方法,同时设计了以电容阵列为负载的I-V测试仪结构并研制了一套完整仪器。该测试仪可通过增加MPP附近数据点的密度,提升拟合点的选取精度。经过MATLAB仿真与实际验证表明,模型拟合算法的拟合结果在各种测试环境下的准确度均高于多项式拟合算法;所设计的I-V测试仪性能优越,适用于工程测量之中。

基于电容阵列的磁共振式无线电能传输系统的优化调谐

在实际运行时,由于高频电路杂散电感、电容与环境变化等因素的影响,磁共振式无线电能传输系统的传输线圈参数常会发生漂移,从而影响系统的传输效率和传输功率。首先根据系统模型的仿真分析得到发射端电流峰值与系统对称度的关系,以此设计一种优化匹配的方法和电路,使得发射端电流峰值自适应跟踪调节,使系统性能达到优化匹配。实验验证了该方法的有效性,相比于失谐状态,所提方法可以大幅度提高传输效率,同时降低了系统对杂散电感、电容、环境变化等因素的敏感性。

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。

电容阵列仪测井资料流动成像算法研究

电容阵列仪采用多个探头测量井筒内不同方位的持水率,对其测井资料进行成像处理可直观了解井筒内的油水分布。基于电容阵列仪的测量原理和井眼环境,提出了相容性径向基函数成像处理算法。该算法充分考虑了由井斜所造成的重力对油水的分异作用,并在横向和纵向上分别设置了不同系数表现该插值算法对井斜的适应性。实验数据成像处理结果表明,该算法实现了对电容阵列仪响应信息较全面的挖掘,能较直观显示流量、含水和井斜对油水介质分布的影响。

应用于SAR ADC的高能效电容阵列DAC

电容阵列数模转换器(DAC)是逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的主要能耗来源之一.为降低电容阵列DAC的能耗,提出了一种高能效电容阵列DAC结构,该结构电容阵列中各电容单元通过开关依次连接.在前两次比较周期中,由于采用了顶板采样和电压移位技术,电容阵列DAC没有产生能耗;在之后的比较周期中,由于采用电荷共享和电压单调降低技术,电容阵列DAC产生了很少的能耗.仿真结果表明,相比于传统的电容阵列DAC结构,文中提出的高能效电容阵列DAC结构可降低99.22%的能耗,节省75%的面积.

基于储能电容复用的超级电容阵列自均衡拓扑结构的分析

传统超级电容阵列的能量储存与均衡电路往往分开设计,导致能量均衡拓扑需要引入大量额外的均衡器件,从而增加了系统的成本。鉴于此,该文提出一种新型电压自均衡拓扑,仅复用首列超级电容作为均衡器件,就可以实现阵列的电压自均衡,整个均衡系统只有超级电容和开关管,大大降低了系统的体积和复杂程度。同时,在均衡过程的分析中,利用等效电容替代并联电容组,进一步得到超级电容的电压、电流特性和能量损耗。利用超级电容可以大电流充放电的特性,实现组间电压快速均衡。该文详细介绍拓扑的工作模态,利用PSIM仿真验证所提拓扑的可行性,并进行多模组对比分析,验证其具有良好的拓展性。最后,设计4串2并超级电容阵列进行电压自均衡实验,证明其有效性和实用性。

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。