基于MEMS的数字压力传感器在竖向位移测量中的应用

为实现结构竖向位移的便捷、高精度、远程实时测量,开发了一种基于连通管技术和MEMS技术的结构竖向位移测量系统,阐述了封闭差压连通管式位移测量原理及测试模块的实现。重点从稳定性、可靠性角度分析了封闭差压连通管式位移传感器的应用性能,并进行了试验验证。试验结果表明:该位移测量技术及其设备具有优于0.1mm的竖向位移测量分辨率和较高的灵敏度,长期稳定性0.3 mm,能够满足日常工程测量和在线长期监测项目中的竖向位移测量需求。在桥梁静载试验时的主梁挠度测量中实际应用验证了该系统具有实时测量、布设及操作便捷、低成本等优点。

基于MEMS加速度传感器的线阵式长跨度连续位移测量系统设计与实现

随着MEMS加速度传感器技术的发展与大规模应用,为多维度位移测量提供了技术手段。根据MEMS加速度传感器所具有的高精度、高可靠性等技术特点,设计了一种空间结构呈线阵分布规律的、由多个MEMS加速度传感器组成的长跨度位移传感器,为大坝、边坡等大型结构体的水平位移或沉降位移监测提供了一种全新的自动化测量系统。

基于MEMS加速度传感器的位移测量系统

针对运动载体位移智能化精确测量问题,基于MEMS加速度传感器设计了一种体积小、可靠性强、适用于较长距离的位移测量系统。首先分析了利用加速度进行位移测量的原理和误差,设计了加速度数值积分的多项式拟合算法,然后设计了测量系统硬件电路,最后对系统进行了直线滑轨平台测试,实验表明该测量系统位移测量最小误差可达0.3%,满足实际工程需求。

基于微位移定位系统MEMS梳齿位移传感器的研究

MEMS梳齿位移传感器是一种基于MEMS技术电容理论的传感器,具有体积小、重量轻、性能稳定、功耗低和易于集成等特点。首先探讨了梳齿传感器的工作原理,随后介绍了使用梳齿传感器有效检测微动工作台位移的方法,并进行了结构失效和梳齿电极不平行失效的可靠性分析。通过采用这种传感器可以达到提高微位移定位平台系统的集成度、精度、分辨率和减小定位平台系统体积的目的。

MEMS传感器在岩溶塌陷物理模拟试验监测中应用研究

针对岩溶塌陷地下土体位移监测难度大的问题,提出了一种基于微电机系统(Micro-Electro Mechanical Systems,MEMS)传感器的监测方法。采用时域积分算法处理MEMS加速度数据,先去除噪声和直流分量,通过多项式拟合去除趋势项,从而获取位移监测数据,通过定距试验分析算法误差。设计了2组室内模型试验,一组将MEMS传感器集中布设于稳定区,另一组多布设于塌陷区,对不同埋深土体的位移进行监测,结合粒子图像测速设备(Particle Image Velocimetry,PIV)实测数据分析误差,验证利用MEMS传感器监测土体位移的适用性和实用性。结果表明:根据MEMS的加速度时程,通过时域积分算法能有效获得土体的位移,MEMS传感器可用于岩溶塌陷的实时监测;分析得到岩溶塌陷地下土体位移规律,土体位移的变化与塌陷源位置相关,随着土体高度的增加,位移逐渐减小,而处于塌陷源正上方的土体水平位移几乎为0;工程中可针对已经发生的塌陷和有可能发生的塌陷2种工况,分别将MEMS传感器埋设在稳定区和塌陷区,进行实时监测,保障生命财产安全。提出的方法为岩溶塌陷的监测提供了新的思路,也为MEMS传感器在岩土工程中的应用奠定了基础。

MEMS三维静动态测试系统

采用集成频闪成像、计算机微视觉和显微干涉技术,研制了微机电系统(MEMS)三维静动态测试系统。系统可进行MEMS面内刚体运动、表面形貌、垂向变形和离面运动的测量。对于面内运动测量,提出了基于立方样条插值的亚像素步长相关模板匹配算法,从MEMS视觉图中提取面内位移,匹配精度为0.02 pixels。对于离面运动测量,采用Hariharan 5步相移干涉(PSI)算法和去包裹算法,离面运动测量分辨率可达1 nm。通过对Si微压力传感器膜和Si微陀螺仪的静动态测试,验证了系统的适用性和可靠性。