基于改进TPDS长阵列的车辆超偏载检测研究

由于车辆超偏载检测过程中,受天气、路况等因素以及车辆行驶状态影响,导致信号组成的阵列过短,利用传统的TPDS车辆超偏载检测精度较低、耗时较长;提出基于改进TPDS长阵列的车辆超偏载检测研究;通过车辆运行品质轨边动态监测系统,利用测距传感器与数据采集仪将力学信号转换成电压信号,将其组合为长阵列输入到系统的测距传感器中;采用EDM算法对长阵列中的噪声点实施消除处理;将4个测距传感器安置到货运车辆底部,采用货运车辆动态称重方法,计算车辆上各弹簧组承载力的总和,并结合车辆有用信号,对车辆的载重情况展开测量,实现对车辆的超偏载检测;实验结果表明,利用长阵列改进TPDS系统后,其去噪效果好,在载重测量时,测量误差在5%以内,且平均耗时低、称重合格概率高,表明所提方法的测量精度、检测效率以及检测稳定性高。

采用双剪力传感器的铁路货车超偏载检测装置设计

针对在既有线安装铁路货车超偏载检测装置存在的施工周期长、成本高、对线路条件要求高等问题,设计一种采用双剪力传感器的铁路货车超偏载检测装置。在介绍采用双剪力传感器的铁路货车超偏载检测装置设计原理的基础上,分析这种铁路货车超偏载检测装置的总体技术要求及设计方案,评定其测量不确定度,并进行检定和应用验证。结果表明,采用双剪力传感器的铁路货车超偏载检测装置各秤量点的重量测量结果不确定度均小于称重最大允许误差的1/3,满足计量性能要求;重量、偏重和偏载率检定结果均满足设计要求;与现有铁路货车超偏载检测装置测得的货车重量、偏重差、偏载率相比,采用双剪力传感器的超偏载检测装置测得的货车重量、偏重差、偏载率的偏差均较小,检测结果准确度满足货运安全检测要求。

基于十字梁结构的六维力/力矩传感器全方位机械过载保护研究

六维力/力矩传感器是空间机械臂智能化的核心关键部件,随航天器发射进入太空的过程中会面临剧烈的振动与冲击。缺乏过载保护的六维力/力矩传感器可能遭到破坏而失去测量能力。针对这一问题,以十字梁结构六维力/力矩传感器为研究对象,对其受力变形特征进行理论和仿真分析,确定了各维力过载保护的原理。进而提出一种勾合式全方位机械过载保护机构,利用间隙限位实现对传感器全方位保护。间隙限位不仅能够保证传感器在过载时不被损坏,而且不会影响其正常的力测量功能。通过理论分析确定了间隙大小;并通过数值仿真验证了该结构的过载保护能力,结果表明该结构可以在不影响六维力/力矩传感器正常测量的情况下,可以分别在F_(x)/F_(y)、F_(z)、M_(x)/M_(y)、M_(z)方向提高20、20、13、20倍的过载能力。

铁路运输超偏载检测与动态计量装置

将超偏载与动态轨道衡二者的力学结构有机结合,从传感器的布局、称量区域长短、软件判别逻辑等方面设计了铁路运输超偏载检测与动态计量装置,实现超偏载检测功能的同时,还具有动态轨道衡称量系统的计量功能。该装置具有较高的稳定性及测量精度,基本实现了免维护。

基于TMR传感器阵列的微电网过载电流检测方法

过载电流状态检测是微电网安全稳定运行的重要内容,针对单个传感器的测试误差问题以及测试过程中外界磁场的干扰问题,采用高灵敏度的TMR传感器构成传感阵列,减小微电网过载电流检测的测试误差.通过Ansoft Maxwell分析TMR传感器的安装位置,然后对TMR传感器阵列的模型进行了分析;最后通过测试实验,验证了所提测试方案的可行性.实验结果表明:TMR传感器阵列可以完成过载电流的检测,相比于单个TMR传感器,使用TMR传感器阵列可以将过载电流的峰值误差减少到0.12%.这对于微电网运行的状态监测提供了强有力的数据支撑.

MEMS多晶硅纳米膜压力传感器过载能力设计

针对MEMS压力传感器感压膜片受较大压力易发生断裂而导致传感器性能失效问题,提出了MEMS多晶硅纳米膜压力传感器过载能力设计的方法。采用厚度为80 nm多晶硅薄膜构建感压膜片结构,利用静态大变形和接触非线性有限元分析方法,分析感压膜片触底保护的腔体高度,在此基础上,进一步得出感压膜片尺寸与过载能力的关系,并重点讨论了不同传感器量程下改变膜片尺寸对过载能力的影响。仿真结果表明,所设计的1 MPa量程MEMS多晶硅纳米膜压力传感器,其过载能力8 MPa,为传感器量程8倍。本次研究为MEMS压力传感器的实际生产制备提供了新思路。

微型高过载加速度传感器的加工与测试

针对特殊场合的测试要求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部氢氧化钾腐蚀的方法,减小质量块的质量,及其与梁中性面的相对距离,使梁岛式结构与平膜式结构的优点得到有效结合,结构加工工艺简单可行。利用霍普金森冲击校准装置进行冲击加速度动态特性校准,试验结果分析表明,被测微加速度传感器的灵敏度为0.71μV/g,与理论值基本吻合。结构受到200 000g冲击后完好且输出信号正常,能有效地满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求。

基于粘贴式应变传感器的车辆超载监测系统

针对车辆超载运输,深入研究了车载称重技术,设计了基于车载称重装置的短消息技术的车辆超载监测系统.利用安装在汽车钢板弹簧上的粘贴式应变传感器测量车辆钢板弹簧承受的载荷信息,计算显示车辆总载荷,在车辆超载的情况下车辆超载监测装置启动车载短消息终端以短消息形式发送超载信息,并将数据提供给相关部门.系统经过反复的试验验证,能够准确地检测出车辆的载重状态,可用于交通部门和路政部门对载重车辆进行收费、管理和处罚.

光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验中的应用

在水工结构模型试验研究过程中,主要采用表面位移计、电阻应变片等仪器对坝体的位移和应变、坝基以及抗力体的位移进行测试,而传统的监测仪器难以准确测定模型的内部变形。以某重力坝段为基础,在坝体和坝基分别埋设光纤光栅传感器,对结构模型在超载过程中的内部位移进行监测,并采用位移计、电阻应变片对该物理模型进行了变形监测。通过光纤传感器和位移计对坝体和坝基位移的监测结果比较分析,表明两者在对应部位的监测结果较为一致,证明了光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验应用中的可行性,同时试验结果揭示了坝基超载安全系数约为6.0,以及在超载作用条件下的坝基破坏机理。

真空微电子压力传感器的研制

提出了一种带过载保护功能的真空微电子压力传感器。对传感器的压力敏感膜尺寸、阴阳极间距等结构参数进行了分析计算;针对过载保护的问题,在结构上设计了过载保护环,实现了真空微电子压力传感器的过载自保护功能。采用硅的干、湿法结合的腐蚀、氧化锐化和真空键合等工艺技术,成功地研制出传感器实验样品。对传感器实验样品的参数进行了测试分析,其场致发射阴极锥尖阵列密度达24000个/mm2,起始发射电压为0.5～1V,反向电压≥25V,当正向电压为5V时,单尖发射电流为0.2nA,压力灵敏度为0.1μA/KPa。

载重车辆超载检测与阻止装置研究

针对载重车辆严重的超载问题,对车辆超载的起因、危害、检测方法等进行了深入的分析,提出了一种基于光电式位移传感器的车辆超载检测与阻止装置,并对其进行了结构设计与原理分析。利用车辆载荷与车身高度之间的对应关系,在车辆静止的状态下,通过检测车架与车桥的距离,判断车辆的载荷情况。根据超载情况提供不同的超载报警提醒,甚至切断起动机电源线、喷油器供电线及点火信号线,使发动机无法起动或正常工作,从而从源头上阻止车辆超载现象的发生。

新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验

面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论,推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵,建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度,基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程,推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上,设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机,搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统,对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵,分析得到了传感器测量精度,从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。

电容式加速度传感器设计及工艺加工

针对精确制导的应用需求,设计了一种量程为100g"三明治"电容式加速度传感器,通过ANSYS仿真软件在100g及10 000g高过载条件下进行应力分析和模态分析,并通过Matlab分析、优化结构参数从而确定传感器敏感结构的具体尺寸。利用阻抗分析仪分析得到了传感器的静态电容为14.09 pF,结构输出灵敏度为0.281 8 pF/g,传感器的输出灵敏度为13.5μV/g。根据结构特性设计工艺流程并进行关键工艺加工:硅基质量块双面湿法腐蚀、ICP干法刻蚀及玻璃通孔电镀工艺。最终,通过实验验证电容式加速度传感器设计的可行性。

抗高过载微机械陀螺仪研究综述

惯性制导系统在制导炮弹中有着极其重要的作用,其中,微机械陀螺仪作为惯性制导系统的核心器件,其抗高过载能力直接制约着惯性制导系统在抗高过载环境中的应用。首先,对炮射膛内高过载环境进行了建模和量化,概括了微机械陀螺结构的高过载失效机理。其次,结合国内外相关机构公开发表的研究成果,从微机械陀螺仪的抗高过载特性的角度出发,介绍了不同测控方式、不同结构形式、不同结构材料、不同工作原理的微机械陀螺仪的抗冲击能力。最后,对相关报道和论文进行了总结和归纳,提出应从驱动-检测方式、合理的吸能释能结构配置、工作原理、新型结构材料、多级系统缓冲等方面设计和改进高过载微机械陀螺结构,以提高陀螺的抗高过载能力。

高灵敏压力传感器过载保护结构设计

采用微机电系统（MEMS）牺牲层技术制作的压力传感器具有芯片尺寸小,灵敏度高的优势,但同时也带来了提高过载能力的难题。为此,利用有限元法,对牺牲层结构压阻式压力传感器弹性膜片的应力分布进行了静态线性分析和非线性接触分析。通过这两种分析方法的结合,准确的模拟出过载状态下传感器的应力分布。在此基础上给出了压力传感器的一种结构设计方法,从而可使这种压力传感器过载保护能力提高180%~220%。

基于位移传感器的汽车超载动态监测预警系统

针对物联网中载货汽车异常装载状态动态监测预警问题,基于位移传感器设计了一种高精度带过载保护的汽车载荷状态动态检测装置。结合悬架的动态特性,应用经验模态分解法(EMD)构建了动态检测装置对悬架变形量动态检测信号的处理算法以求解移动中车辆的动态载荷状态。以中国第一汽车集团公司生产的解放载货汽车为试验车、研华UNO2170工控机为车载终端,结合全球定位系统GPS和通用无线分组业务GPRS,设计开发了车辆超载动态监测预警系统平台。经过反复多次试验,系统可以准确地检测车辆的载荷状态,检测误差小于5.0%,实现了监控中心对车辆超载远程实时监测预警。

差压传感器双向过载误差的完善

文中从结构设计、制作工艺、原材料的性能参数选择等方面介绍了影响差压传感器双向过载误差的因素及完善双向过载误差方法的体会。

一种低功耗MEMS压阻式传感器的动态测试系统

为了准确分析侵彻过载信号,提出了一种低功耗、高过载的动态测试系统,该系统可以承受2×10~5g过载信号,为了实现采样率高、低功耗、抗冲击的特点,系统采用硅晶振作为主振荡器,并选用低功耗CMOS芯片,当系统开始工作时,处理器进入深度休眠模式,当进入发射模式时开始对外围电路供电.当弹体发射信号时,采用滞回触发电路来触发启动采集系统开始采集.实验证明,采用此方案,延长了弹体生存周期,并能够精确采集到空气炮的过载信号.

公路运输车辆装载几何尺寸超限辨识

应用激光扫描测距传感器获取通过车辆外廓各点数据,经过3种合成算法,得到车辆装载高度和宽度。应用光幕和光电开关判定装载长度,将其与载货汽车运输超限判定标准比较,确定是否超限,并实时存储车辆身份,显示车辆外廓尺寸。检测结果直观,可为高速公路运输管理部门提供便利。

基于牺牲层技术的高过载压力传感器芯片

提出了一种基于牺牲层技术的高过载压力传感器芯片。这种传感器充分利用了多晶硅机械特性和多晶硅纳米膜的压阻特性优势,提高了传感器满量程输出和过载能力。利用有限元方法设计了仿真模型,通过对弹性膜片应力分布的静态分析和非线性接触分析,给出了提高这种压力传感器满量程输出和过载能力的设计方法。并试制了量程为2.5 MPa的传感器芯片样品。测试结果表明样品的过载压力超过7倍量程,5 V供电条件下,满量程输出达到362 m V。