集成铁氧体的LC应变传感器的设计及测试

针对金属环境下采用LC无线无源应变传感器出现电磁信号传输失效的问题,在传感器背面集成铁氧体材料,其原理是通过抑制电磁波在金属表面的涡流效应产生的感应电动势,实现在金属环境下的电磁信号耦合测试。通过HFSS软件进行仿真验证,在金属环境下LC无线无源传感器信号失效;在传感器基底背部集成铁氧体后,通过扫频得出铁氧体可以在金属环境下实现LC传感器的电磁信号传输。对铁氧体的厚度进行参数优化,最佳厚度为0.32 mm。搭建等强度悬臂梁测试平台,结果表明,金属环境下LC传感器可以通过铁氧体实现抗金属环境干扰,频率为37.7 MHz时,LC无线无源测试系统可以很好地实现信号传输,对应的S_(11)值为-25.6 dB。对悬臂梁施加外力使其发生应变,传感器在0~1300με的应变范围内灵敏度为61.54 Hz/με。测试结果表明,铁氧体有利于实现金属环境下的LC无线无源传感器应变测试。

基于LC谐振的柔性无源无线压力传感器系统设计

为了能够增强LC传感器测量的实时性,提出了一种无源无线压力传感器系统的设计方法。系统包括LC柔性无线压力传感器、信号读取电路和数据接收上位机。LC无线压力传感器由天线、织物和铁氧体膜构成,具备高柔性。当受到外界压力信号时,无线信号读取电路将传感器谐振频率的变化量转换成电压的输出量,并通过蓝牙传输到上位机进行实时数据处理和显示。实验验证了传感器系统在0~15 kPa的压强范围内具有1.97×10^(-2)kPa^(-1)的高灵敏度,且在实时监测人体生理活动信号方面具有良好的稳定性和适用性。

用于涡轮叶片测温的LC无线传感器

涡轮叶片是航空发动机的核心部件,对其表面进行实时温度测量对于叶片结构设计和航空发动机健康诊断具有重要意义。然而涡轮叶片在高温、高压和高转速的复杂恶劣环境中工作,使用常规测温手段进行叶片温度测量极具挑战性。为了解决叶片表面测温难题,研制了一种基于叶片金属的电感-电容(LC)无线温度传感器,并研究了金属基底对不同金属电极LC无线温度传感器回波损耗和谐振频率的影响。研究结果表明,Ag电极的LC无线温度传感器对金属基底展现出较好的抗衰减特性。此外,叶片金属厚度对传感器的回波损耗影响极其微弱,而金属电极只是在小厚度范围内对传感器回波损耗产生影响,据此确定了最佳的无线传感器结构参数。同时,进一步采用丝网印刷技术在热障涂层上构筑了LC无线温度传感器,实验结果表明,该LC无线温度传感器的射频性能与仿真结果吻合良好,在40~450℃内的灵敏度为0.014 MHz/℃,具有良好的温度敏感特性。

LC振荡无磁流量表的实验模块设计

为了实现流体流量的高精度测量以及流量数据的便捷式读取,设计了一款基于低功耗16位MSP430FR系列单片机的无磁流量表实验模块。该实验模块以MSP430FR系列单片机为主控制器,在该无磁流量表实验模块中设计的通信模块对流量数据进行远程读取,并用磁性传感器模块检测无磁流量表内的无磁环境。实验结果表明,所设计的无磁流量表实验模块实现了流体流量的高精度测量以及流量数据便携式读取的目标,且测量精度可达0.001 m^(3)。该设计的模块,也可应用于居民用水量监测以及其他流体的流量测量领域。

LC并联对电感式磨损传感器检测精度的影响研究

针对LC并联对传感器的检测性能影响,基于传感器的检测原理,建立了LC并联结构下磨粒引起的传感器输出电动势的数学模型。采用COMSOL仿真软件对不同LC并联结构下的线圈模型进行磨粒检测电磁场仿真,重点对三线圈LC并联结构中检测线圈的并联电容参数进行优化设计。仿真结果表明:激励线圈LC并联谐振下,激励线圈电流随频率变化率增大,线圈轴向磁通密度增强;检测线圈LC并联结构极大增强传感器对磨粒的检测精度,当电容值为7.53 nF时,其输出信号峰峰值最大;三线圈LC并联结构下磨粒引起的输出信号比无电容结构条件下增强了11.65倍。研究结果为高灵敏度电感式磨损传感器的设计提供指导。

基于LC振荡电路的道口报警系统传感器改进研究

通过调整传感器LC振荡电路参数、改进传感器密封方式及调整传感器在钢轨的安装参数等措施,对兰州石化公司专用线两个人工看守道口报警系统传感器进行改进,成功解决了报警系统误报警、不报警以及不能长周期运行的问题。为道口的安全提供了可靠保证,并且对于同类型道口报警系统传感器的设计改进及现场安装、调整具有借鉴意义。

基于LC谐振传感器的互感耦合系统阻抗特性

通过建立LC谐振传感器的互感耦合系统的电路模型,给出了测试端输入阻抗的幅值、实部、虚部及相位与传感器谐振频率的关系,并用MATLAB软件进行了仿真分析。仿真结果表明,当传感器与检测线圈接近发生谐振时,阻抗各分量发生突变。制备了环氧树脂基底的传感器模拟结构,并通过改变传感器与检测线圈之间的距离,测试了传感器的谐振频率。测试结果表明,阻抗相位测得的谐振频率受耦合系数的影响,测试时应调整传感器与检测线圈之间的距离来选择合适的耦合系数,以提高测量的精度,而其他阻抗分量测得的谐振频率基本不受耦合系数的影响。

LC谐振传感器的信号检测系统研究

根据LC谐振传感器互感耦合系统的理论模型,设计了一种LC谐振传感器信号检测系统。该系统包括模拟部分、数字部分以及解算方法。模拟部分是通过混频器提取谐振信息,再用低通滤波器(LPF)直流化输出信号以方便数据采集。数字部分是完成信号采集及传给上位机处理。解算方法是通过同步模拟部分的线性扫频源与数字部分的数据采集,实现从携带谐振信息的直流信号中获取谐振频率。实验结果表明:该系统能够完整获得LC谐振传感器的测试信号,其性能稳定,测量精度高,谐振频率测量误差小于3.5%。该系统有望运用于LC传感器信号无线测量的领域。

LC温度传感器的高温性能优化与设计

研究了高温环境下LC温度传感器信号强度减弱的原因,并根据分析结果设计了一种适合在高温环境工作的无线无源温度传感器。通过对传感器建模分析,研究了各参数随温度变化对传感器品质因数Q的影响,并且根据分析结果优化相关参数,提高传感器在高温下的信号强度。传感器采用氧化铝陶瓷作为基底材料,并利用丝网印刷技术将LC谐振电路制作在基底材料上。最后搭建高温测试平台,对传感器进行了高温性能测试。测试结果表明传感器能稳定工作在最高900℃的高温环境下,并且具有较高的信号强度。

基于对称型双谐振电路的LTCC温湿传感器

为了实现高温、恶劣环境下温度和湿度复合参数测量,设计了一种基于对称型双谐振电路的双参数传感器。该传感器采用了一种独特的对称型双谐振电路,可解决多参数间物理性串扰的难题。首先通过高频结构模拟器(HFSS)对传感器电场进行仿真,采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术对传感器进行制备,最后搭建温度和湿度平台测试并验证了传感器的可行性。测试结果表明,两个被测参数的谐振频率彼此完全独立、解耦,其中传感器的最高测试温度为500℃,随着温度的升高,温度灵敏度逐渐升高,在25~300℃、300~400℃和400~500℃范围内,温度灵敏度分别约为0.0116、0.0259和0.0493 MHz/℃,湿度灵敏度约为0.043 MHz/%RH,传感器对温度和湿度测量均表现出了良好的敏感特性。

无源LC传感器耦合线圈参数优化设计研究

通过对比实验,研究了无源LC传感器的相关电感线圈参数对耦合距离的影响,为传感器的参数优化设计提供指导。实验得出,线圈内径小的传感器耦合距离较远,但增加不明显;线圈外径越大的传感器的耦合距离越远,但是外径过大增强效果不明显;线宽1 mm的传感器相比线宽0.5 mm和0.3 mmm的传感器耦合距离增大较明显。由于线圈电阻的增加,匝数10以上的传感器并不能较大的增大耦合距离。圆形电感线圈传感器的耦合距离明显大于方形电感线圈的传感器,并且在相同耦合距离下圆形电感线圈的传感器的耦合效果要好于方形电感线圈的传感器。综上,在进行无源LC传感器电感线圈设计时,在一定的尺度范围内,线圈的内径要做小,外径和线宽要做大,匝数取10为宜,形状选取圆形。

一种LC谐振无线无源温度传感器的研究

无线无源传感器在工业领域具有重要的应用。设计了一种基于高介电常数陶瓷基板的无线无源LC谐振温度传感器,采用电感耦合的方式无线测试了传感器在不同温度下的特性。测试结果表明所制作的无线无源温度传感器谐振频率为1.2 MHz,随着温度的升高其谐振频率线性降低,灵敏度为2.3 kHz/℃。制作的器件实现了非接触式的温度测量,可以在比较恶劣的环境下使用。

无源LC压力传感器的定频读取电路

研究了基于定频模式的无源LC压力传感器的信号读取方法和电路。根据互感耦合电路原理,对基于定频模式的信号读取技术进行了理论分析,并结合MATLAB软件仿真,得出在一定参数设置下,采用直接数字频率合成器(DDS)产生高频正弦电压信号以激励读取线圈,提取线圈端阻抗参数和采样电阻上的电压值,可以实现LC压力传感器信号的高灵敏度检测。理论分析和测试结果表明,该电路能够实现LC压力传感器变化信号的高灵敏度检测,为无线无源LC压力传感器在高温环境中的广泛应用提供了技术基础。

无源LC传感器信号读取系统扫频源设计

针对连续快速的高频线性扫频信号源在无源LC传感器信号读取中的应用需求,设计并实现了o～400 MHz任意频率段的线性扫频源系统;该系统的核心器件为直接数字频率合成器（DDS） AD9910,采用该芯片的RAM模式和数字斜坡模式,详细介绍各模式工作原理及寄存器的具体配置过程,并分别以这两种模式实现了输出扫频信号;测试结果表明,两种方式均可实现高频高速捷变稳定信号的连续扫频;该扫频源具有高精度、稳定性好、频率捷变快和小型化的等特点,为LC传感器的工程应用提供了技术基础.

用于调频式电感传感器的高稳定性LC振荡电路

提出在LC振荡电路中用场效应管 (FET)代替普通三极管 (BJT)

无线无源LC谐振式位移传感技术研究

对无线无源LC谐振式位移传感技术进行了研究,运动的介质进入电容极板使电容量发生改变,进而使LC谐振频率发生改变,通过谐振频率值来推测介质进入电容极板的位移,通过制作PCB位移传感模型并对该模型进行天线无源扫频信号测试,测试结果表明LC谐振频率随着介质位移的增加而单调减小,而且在介质10 mm的位移量内,传感器谐振频率发生了17.5 MHz的变化。实验中由于电容边缘效应和电感寄生电容的影响,测试值与理论推导值有一定的偏差。

基于LC压力传感器的无线血压测量系统

针对腹主动脉瘤腔内修复手术后内漏检测困难的问题,设计了一种基于感容(LC)压力传感器的无线血压测量系统。采用现场可编程门阵列(FPGA)芯片作为主控制单元,利用读取线圈与传感器之间的耦合作用实现传感器信号的无线测量。基于直接频率合成技术的正弦扫频信号发生器产生驱动信号,基于互相关算法的离散傅立叶变换计算信号频谱,两者的结合有效提高了系统的测量精度和速度。实验结果表明:系统的测量压力分辨率和测量速度分别为285 Pa和24.1 Hz,为血压的无线测量提供了一种有效方法。

基于LC的无线无源应变传感器的制备与测试

针对恶劣环境下检测装备应变的需求,设计了一种无线无源的应变传感器,此传感器采用电感电容分离的结构,可以有效延长使用寿命,减少电磁干扰。通过高频结构模拟器(HFSS)仿真对传感器电场进行仿真,验证了其可行性。采用电镀技术制备了传感器,搭建应变测试平台对其进行测试,测试结果表明,该传感器可以检测0~2 500με范围内的应变,传感器谐振频率随应变的增大规律性地向右偏移,应变灵敏度为7.6 Hz/με。由测试结果可知,该无线无源应变传感器可以稳定地进行应变监测且测试结果可靠。

用于调频式电感传感器的高稳定性LC振荡电路

提出以具有零温度系数的场效应晶体管代替普通晶体管作为LC振荡器的有源器件。理论和实验证明，该振荡电路具有更高的频率稳定度。

管道流体测量无线无源LC谐振式传感技术研究

针对管道内流体测量需求,提出基于LC无线无源谐振式传感技术的测量方法。在绝缘管道外表面设计螺旋型的电容和电感,构成非接触式的流体测量LC传感器,LC谐振频率反映流体参数变化。相比常规的电容式传感技术,LC传感器能实现无源无线测试,可用于非实时性流体检测。对水平式管道内水气两相流,进行了静态的模拟测量,实验表明在直径10 mm的亚克力管道内,随着水相含率从10%增加到100%,传感器谐振频率变化15.51 MHz。