地表相对介电常数实时监测系统设计

在雷暴云定位中,地表相对介电常数的测量至关重要。为解决地表介质连续监测难的问题,分析同面极板电容传感器测量原理,建立同面极板电容传感器理论模型,结合实际地表监测应用环境,完成传感器设计;引入电介质的德拜弛豫关系,研究契合地表介质测量的最佳驱动信号频率;设计信号调理电路,进行温湿度补偿,利用最小二乘法线性拟合最佳数据匹配函数,提高测量精度。实验结果表明,该系统测量误差小于5%,能够有效的对地表相对介电常数进行实时监测。

计及边缘效应的平板电容传感器的输出特性

为了研究变边缘效应对变面积型平板电容传感器输出特性的影响,论文将理论分析与计算机数值模拟相结合,利用保角变换法、格林函数法和软件Matlab,讨论变面积型平板电容传感器的电场,得到该传感器内静态电场的分布,给出其电容量随线位移变化关系式,绘制出该传感器的电容量与其线位移大小之间的变化曲线,并分析影响该传感器线性度及灵敏度的因素。数值模拟结果表明,适度减小该传感器的极板间距,可提高其线性度和灵敏度,改善该传感器的输出特性。通过数值模拟分析影响该传感器输出特性的因素及不计极板边缘效应情形下减小测量误差的途径。由于文章在讨论中计及了该传感器极板的横向边缘效应,故研究结果具有较高的精确度。

液态电极电容式倾角传感器

涉及无机械运动部件倾角传感技术,介绍一种变电极面积差动电容式倾角敏感器件新型结构,给出了初步试验结果。

螺旋表面极板电容式传感器的灵敏场分析

气固两相流质量流量的检测和控制是工业上长期未能有效解决的难题。从工业角度出发,采用电容层析成像技术建立了一种改进型螺旋表面极板电容式传感器。通过有限元仿真的方式,分析了极板张角、管壁介电常数、管壁厚度对灵敏场分布和均匀性误差参数的影响。通过仿真分析,确定了各传感器模型参数的取值范围,为灵敏场分布的改善、传感器的优化设计和传感器系统性能的提高提供了必要的理论基础。

双层电容层析成像传感器及应用

电容层析成像在气力输送过程中具有十分重要的应用地位 ,可进行固相浓度分布测量 ,流型判断。利用双层电容层析成像传感器不仅可以进行浓度测量还可以进行相关测速。基于这种思想 ,设计了一种双层电容传感器 ,与电容测量系统结合 ,用于气力输送过程固相浓度和速度的测量。

基于结构解耦的新型电容式力矩传感器设计

为解决力矩传感器中由于倾覆力矩、轴向力和径向力等所造成的力耦合效应和测量误差问题,基于结构解耦原理设计了一种新型电容式力矩传感器。该新型电容式力矩传感器利用内置十字交叉滚子轴承实现结构解耦,从而消除力耦合效应对测量准确性的影响。测量部分采用垂直极板电容效应原理,并以双差动的测量方式提高传感器的灵敏度和稳定性。以商用转矩转速传感器作为标准力矩仪对此新型电容式力矩传感器进行标定,并进行解耦验证实验。标定和实验结果表明,该新型电容式力矩传感器的线性度为1.04%、分辨率0.05 N·m、最大测量误差约为2.07%,所设计的传感器能够有效降低力耦合效应的影响,具备结构解耦、高灵敏度和高准确性等特点。

一种十字型双直梁电容式扭矩传感器设计

文中设计一种基于十字型双直梁结构的电容式扭矩传感器。首先对十字型单直梁结构进行力学建模,通过分析影响灵敏度和串扰误差的主要参数,设计出一种能够提高传感器灵敏度的同时不降低抗串扰能力、不增加传感器厚度的十字型双直梁结构;然后对传感器结构参数进行设计,通过有限元仿真验证方案可行性;通过在多电容冗余差动的布置方式输出前对所检测电容值添加比例因子,提高了传感器抗串扰性能;最后,对扭矩传感器进行加工与标定,得到传感器的灵敏度为63.38(CDC/(N·m)),线性度为2.15%FS,迟滞为1.4%FS,串扰误差为1.52%FS。

电容式二维加速度传感器的研究

根据差分电容原理可以设计二维加速度传感器,可以测量出二维空间里加速度的大小和方向。理论上由牛顿定律、弹簧的弹性定律和平行板电容原理的分析,得到了加速度与测量参数的分析公式,并给出了计算结果。

埋线探测系统的微小电容检测电路设计

利用非平行板电容传感器的边缘效应,设计了浅层埋线探测系统中的微小电容检测电路,实现了准确探测埋线位置的目的。将交流电桥作为核心电路,实现了将动态微小电容量转换为放大直流电压量的功能;对电路进行仿真,得到了输入电容与输出电压两者之间的规律;在实验板上进行测试实验,并对实验数据进行了处理与分析。实验表明:设计的电路实际性能与理论仿真结论相一致,在频率为10 k Hz的正弦波作用下,该电路的电容检测灵敏度可达0. 1 V/p F,满足浅层埋线探测系统的灵敏度要求。

基于介电特性的稻谷干燥含水率检测模型构建与验证

为建立稻谷通风干燥含水率在线监测系统,利用自制可替换平行极板电容器与阻抗分析仪构建系统测定模型,以辽-盐粳98为试验物料,测定不同极板材料、极板类型、极板绝缘性及通风网板网格尺寸条件下稻谷含水率与电容值间的数值关系。首先探究极板材料与结构参数对电容值的影响,同时测定1×10^(3)~1×10^(6)Hz频率段内稻谷的介电常数ε’与介质损耗因数ε"。采用基于X-Y共生距离(SPXY)算法划分样本集,对60个不同含水率稻谷样本按照比例2∶1划分为校正集和预测集,并利用无信息变量消除法(UVE)、UVE-SPA(连续投影法)联合筛选出ε’、ε"以及ε’和ε"结合变量的特征变量数及所选频率点,再以UVE、SPA和UVE-SPA选取方法获得的频率数据作为因变量建立特征变量与含水率间支持向量回归(SVR)模型,最终对该支持向量机回归模型进行验证。结果表明:选用通风钢丝网作极板材料、网格尺寸为1cm进行试验,含水率测定效果最佳;介电常数随稻谷含水率增加而增加,随频率增加先增加再降低;全面考虑ε’和ε"两个因变量,经UVE-SPA联合筛选特征变量建立的支持向量机回归模型预测精度最优,预测系数达0.9795,预测均方根误差为0.01%,验证了该测量装置及支持向量机回归模型的可靠性,为实现稻谷通风干燥过程水分快速无损检测提供基础数值参考。

基于光纤光栅传感器的大应变碳纤维板应力监测研究

提出了一种平面倾斜复合技术,可利用该技术将光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器倾斜粘贴于碳纤维板表面,以解决FBG传感器量程小无法跟踪监测大应变碳纤维板受力状态的问题。建立了FBG传感器监测应变与碳纤维板应变之间的理论关系,并以FBG传感器倾斜角度为变化参数,对碳纤维板进行张拉试验,测定FBG传感器灵敏度的变化状况。试验结果表明:该方法能有效降低FBG传感器的应变灵敏度,从而提高FBG传感器的监测量程,使其能跟踪监测碳纤维板临近破坏时所产生的应变。

基于MEMS的悬板式风速传感器的研制

研制了一种基于体微机械加工技术的悬板式风速传感器.传感器由可动极板和固定极板构成,通过测量传感器的输出电容变化量来检测风速.基于流体力学原理对传感器进行了理论分析.将制作的传感器封装在印刷电路板(PCB)上,并置于小型风洞内进行测试.测试结果说明所研制的传感器能够实现0~15.5 m/s范围内的风速测量,风速越大,传感器的灵敏度越高.传感器的输出电容变化量和风速之间具有二次函数关系,与风速平方之间具有线性关系,线性度为8.1%.

基于球曲面极板的电容式触觉传感器研究

为提升电子皮肤的触觉感知灵敏度,提出一种基于球曲面极板的电容式柔性触觉传感器.介绍了电容式柔性触觉传感器的结构特点与制备流程,并结合理论计算与ANSYS有限元仿真阐述其触觉感知机理,空间立体排布的球曲面感应极板和差分式结构特点可协同提升电容式柔性触觉传感器感知灵敏度.基于高性能电容数字转换器AD7147-1和STM32微处理器搭建容性触觉信号采集与处理系统,完成了电容式触觉传感器特性测试及应用研究.实验结果表明,该传感器可实现法向力与切向力的高灵敏检测和稳定性,动态响应时间约为70 ms,进一步论证了其用作电子皮肤的可行性.

容栅传感器在瓷砖平整度检测中的应用

介绍容栅传感器的基本原理和平整度检测方法,提出了一种基于容栅传感器的瓷砖平整度在线检测系统的设计方案,给出传感器的接口和定位实现方法,并对检测系统的性能进行了全面的验证实验。实验结果证明:检测精度可达0.1mm,系统能够满足瓷砖平整度在线检测的需要。

用于电子皮肤的界面应力传感器的研究

截肢表面和假肢接口之间的应力分布以及人体足底应力分布对医学研究有着极为重要的意义.为了测量截肢和足底界面应力,本文提出了用平板电容和PDMS超弹塑性材料制作用于电子皮肤的界面应力传感器的方法.对该传感器的测量范围、器件大小、材料选择、机械部分设计、电极耦合和器件制作等问题提出了解决方法.最后,制作出了能够测量0～220kPa正压力和0～70kPa剪切力的用于电子皮肤的界面应力传感器.从实验得到传感器在不同正压力和剪切力下输出电容的实验数据,利用实验数据给出了传感器对正压力和剪切力的响应函数和响应曲线.

基于容栅传感器的二维微小位移测量方法研究

针对物体微小位移方向难以判别的问题,提出一种基于容栅传感器的二维微小位移测量方法以及平面内任意方向位移二元参数模型,并设计了容栅传感器和微小位移双通道测试系统。利用带有两个千分尺的模拟测试台,模拟物体在平面内微小位移(毫米级)进行测量,测试系统两个通道输出与微小位移变化对应的差分电压,通过分析两个通道的差分输出电压即可得到微小位移量值和方向。经过实验验证了测试方法的可行性以及参数模型的正确性。实验结果表明:当物体在平面坐标x轴或y轴产生单方向相对位移时,依据两个通道差分电压输出变化可以明确判断位移方向和量值;当物体在平面内任意位置产生相对位移时,基于参数模型求解结果结合两个通道差分电压输出变化量分析可以确定位移方向和量值。

实现平面度测量电容传感器实验研究

本文介绍了一种用于平面度测量的电容传感器的结构及其测量电路,提出了电容传感器的制作方法及实现平面度测量的设计方案。通过对该传感器进行实验研究和理论分析,给出了这种电容传感器可实现平面度测量的结论。

球型极板电容位移传感器的设计与研究

设计了一种球型极板结构型式的电容式位移传感器。球型极板结构探头既能从原理上消除边缘效应带来的影响,又有效解决了传统平行板电容传感器的对中问题。以AD7747为核心的电容检测电路,集成度高,稳定性好,能够有效实现电容测量的数字化。对所设计传感器进行静态标定实验,通过最小二乘法多项式拟合方法对电容值与位移间的非线性关系进行拟合处理。结果表明:有效直径为1.25 mm的球型极板电容位移传感器,在20 min、0.5~100μm测量范围内稳定性能够达到0.002 pF,最大重复性误差为0.219%,在10μm测量范围内,分辨力能够达到20 nm。

非平行板电容传感器的微小电容检测电路设计

为了满足对室内浅层埋线探测的需求,利用电容传感器的边缘效应,设计了非平行板电容传感器的微小电容检测电路。使用multisim软件对交流电桥和差分运放电路进行仿真;实验验证电路功能,并采用MATLAB软件拟合实验数据。实验表明,在频率为10 kHz的正弦波作用下,该电路的电容检测灵敏度可达0.1 V/pF,满足浅层埋线探测系统的灵敏度要求。

电容式液位传感器壳体接地问题分析

平板电容式液位传感器现场使用过程中,壳体与大地相连,易导致实验室输出正常的产品在现场输出异常,针对此现象,分析由于接地形式的不同导致传感器对地存在潜在通路,更改设计后消除传感器接地故障。明确在设计过程中应对实际的使用环境进行详尽分析后,才能保证所设计的产品满足应用要求。