嵌入式水润滑轴承水膜压力无线传感监测方法

现有测试水润滑轴承特性重要表征参数水膜压力的诸多方法中,由于传感器距离真实测点较远或对轴系创伤较大等原因,导致准确的水膜压力实证数据难以获取,制约了轴承进一步研究与发展。针对上述难题,提出将薄膜传感器嵌入到轴承轴瓦中,而压力数据通过无线传感传输的全新监测方法。首先,建立轴瓦开槽轴承的物理模型,通过对沟槽附近轴瓦变形的有限元分析确定开槽位置、结构与数量;建立轴承流体域和固体域物理模型,对水膜压力分布进行仿真分析;然后,提出薄膜传感器标定方法对其准确标定;最后,进行多工况轴承水膜压力测试试验并与仿真结果和现有方法进行对比分析。研究结果表明,通过在轴承轴瓦开槽嵌入薄膜传感器并进行数据无线传输的方法可行,水膜压力实测数据与仿真结果偏差低于10%,比现有方法实测数据更精确。水膜压力沿轴向递减,轴承内部存在部分润滑膜,处于混合润滑状态。

二维碳基Janus薄膜的研究进展

以碳纳米管(CNTs)及石墨烯为代表的碳纳米材料具有卓越的物理、化学、电学和光学性质。其可控组装的二维碳基薄膜具有高比表面积、高透过率和良好柔性,广泛应用于柔性薄膜、微电子器件及储能领域。在此基础上引入高分子组分结合形成二维碳基Janus薄膜,不仅维持了其导电导热性,还结合了高分子的刺激响应和调控特性,通过非对称特征,实现了物理和化学性质的协同,大幅拓宽了其应用领域。文中综述了二维碳基Janus薄膜的研究近况。首先从物理法和化学法两方面介绍了二维碳基Janus薄膜的制备方法及其优缺点,物理法包括界面成膜法、真空抽滤法和层层组装法等;化学法包含界面聚合及化学接枝等方法。然后总结了二维碳基Janus薄膜在传感、驱动、海水淡化、油水分离等多个领域的应用现状。最后讨论了二维碳基Janus膜的发展前景及面临的挑战。

薄膜传感器嵌入式水润滑轴承流固耦合仿真

水润滑轴承在使用中具有空间密闭性特征,现有水膜压力、轴瓦变形等轴承性能参数监测中,由于传感器难以靠近测点,或采用轴/轴承打孔安装方式,又对轴系结构造成较大损伤,致使准确的轴承性能数据难以获取。针对上述问题,提出了一种薄膜传感器嵌入式水润滑轴承,可在对轴瓦损伤降至最低的前提下使传感器直接靠近测点,实现对轴承运行状态的实时监测与调控。首先设计了嵌入式水润滑轴承结构,然后建立了水润滑轴承理论数学模型,最后通过ANSYS软件建立轴承三维仿真模型并进行流固耦合分析,研究了水膜压力、轴瓦变形分布规律。研究结果表明:受开槽位置的影响,开槽处水膜压力分布产生波动,轴瓦最大变形增长了3.67%;最大水膜压力随供水压力、轴转速的增大而增大,轴瓦变形也随之增加。

基于银-丝蛋白-银结构的柚子型三芯光纤痕量水传感器

有机溶剂中的水杂质强烈影响化学反应的进程。然而,目前检测痕量水的方法仍存在操作复杂、实验试剂毒性高、检测灵敏度低、无法实时监测等不足。为了克服这些缺点,提出了一种在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的D型光纤传感器。该传感器利用金属银和丝蛋白作为主要材料,利用二者出色的传感特性,设计了一种可见光波长的光纤传感器,用于高灵敏度有机化合物中的痕量水检测。研究结果总结如下:首先,提出了在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的三明治结构,银被用作外部夹层来诱导表面等离子体共振效应。通过理论分析,观察到所提出的D型光纤传感器表面的双层银结构与单层银结构相比,可以诱导强光局部化。在接下来的尺寸选择过程中,对丝蛋白初始厚度、空气孔大小、银光栅的高度、数量、间距和下层银厚度进行了优化,得到了最佳传感结构,对有机物中痕量水的检测灵敏度高达1.39 nm/ppt (1 ppt=10-12),与同类型的痕量水传感器相比具有较大的优势。另外,拟合线的R^(2)大于0.999,达到了预期的效果。

水膜厚度光纤检测系统

针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000μm,灵敏度为3.45mV/μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。

刚果红功能化水溶性碳纳米管膜电极的制备及在电化学传感器中的应用

基于刚果红（CR）表面修饰多壁碳纳米管（MWNTs）在干燥时所具有的良好成膜性能，在玻碳电极表面制备了一种水溶性MWNTs（MWNTs-CR）膜，用扫描电镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FTIR）和交流阻抗谱（EIS）对其进行了表征。结果表明，MWNTs-CR能在电极表面形成一层致密、均匀含有大量纳米级微孔的纳米结构薄膜。和裸玻碳电极相比，MWNTs-CR膜修饰电极能极大的增强雌酮和羟甲香豆素的电化学响应。在体系中加入表面活性剂后，其电化学响应能得到进一步的提高。羟甲香豆素的浓度在8．0×10^-8～4．0×10^-6mol／L范围内，其氧化峰电流与浓度呈现出良好的线性关系。在开路条件下富300s后，HMC的检出限为2．0×10^-8mol／L。实验证明水溶性MWNTs膜是构建碳纳米管电化学传感器的理想材料。

膜下滴灌棉田测墒点布设位置试验研究

为科学布设膜下滴灌自动灌溉系统的土壤水分监测传感器,提高测墒精度,采用误差分析方法研究了典型种植模式（1膜1带4行和1膜2带6行）膜下滴灌棉田的测墒点适宜布设位置。结果表明,灌溉制度、种植模式、计划测墒范围与气象年份对膜下滴灌测墒点布设位置影响显著。综合分析不同气象年份与灌溉制度下的土壤墒情,认为＂1膜1带4行＂和＂1膜2带6行＂种植模式膜下0~60cm深度的测墒点位置坐标（横坐标为距膜中心线距离,纵坐标为距地表深度,单位cm）分别为（45.6,30.3）和（64.7,27.8）,膜＋裸地0~100cm深度的测墒点位置坐标分别为（48.2,36.4）和（60.0,29.2）,平均测墒相对误差均小于5%,准确性与适用性较高,可在棉花生产中推广应用。

高分子感湿膜的感湿特性

以国产材料(A)和日本进口材料(B)合成的高分子材料作感湿膜,制作了高分子湿敏器件,均具有良好的感湿特性。增涂乙基纤维素保护膜,有使(A)器件湿滞回差变大,(B)器件湿滞回差变小的趋势。浸水时间不当均可使两种器件的湿滞回差变大,因此合理控制浸水时间是必要的。

GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定——电解传感器法》标准介绍

本文介绍了GB/T21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定——电解传感器法》的实施进度。并且将该标准与ISO15106-3:2003、GB/T1037-1988进行了详细的条款对比。

水润滑轴承水膜压力无线测试系统标定方法

为了通过试验获得准确的水润滑轴承水膜压力,深入研究轴承特性与润滑机理,针对已有水膜压力无线测试系统,提出了系统标定方法并给出了标定结果的应用实例。首先,介绍了水膜压力无线测试系统及压力传感器的结构与参数;然后,详细阐述了无线测试系统的标定方法、标定条件、标定步骤以及数据处理算法,并在标定实验台上对已有系统进行标定实验;最后,将标定结果及测试系统应用到八沟槽水润滑橡胶轴承水膜压力的测试中。试验结果表明,该无线测试系统标定方法可行、标定结果可靠。

洞穴滴水传感器及其相关电路的研究与设计

精准了解洞穴滴水水文特征是研究喀斯特包气带地下水渗透过程的基础。为了连续准确获取滴水信息,本文研究设计了一个喀斯特溶洞洞顶滴水传感器以满足喀斯特水文地质研究中的需要。研究选择压电感应方式及PVDF压电薄膜作为感应材料,心音传感器作为感应元件。通过对扩充感应面的结构设计进行响应性原理分析,验证了三层设计会相互干涉,产生叠加信号并取得较好的感应效果。确定了顶层感应面材料和中间层材料。经过实验室模拟和洞穴实地观测,设计了传感器内部精准尺寸。信号处理电路和嵌入式系统软硬件的研发,实现了对传感器的长时间监测和记录。洞穴实地数据记录分析表明该传感器感应高度≥20 cm,最快速率10滴/s,具精准、稳定、防水的优点适用于洞穴高湿度环境中并满足相关研究工作的需要。

高分子电阻型湿敏元件改性研究

介绍了一种新的提高湿敏元件耐水性和抗干扰特性的方法,即通过增涂衬底膜印保护膜,基本上解决了湿敏元件在高湿 环境中工作时,感湿膜易变形、起皱、与基片脱附的问题,从而在优化元件某些性能的基础上,延长了元件的寿命,扩大了元件的应用范围。

井下含水率传感器表面处理技术

基于电导式含水率传感器结构、原理和工作环境分析,揭示传感器金属电极在井下长期服役时因井液冲蚀、电化学腐蚀和油液污染等因素综合作用而发生早期失效的过程,提出利用掺硼金刚石(Boron-doped diamond,BDD)薄膜进行电极表面改性处理的方法,提高薄膜改性电极的服役性能。采用热丝化学气相沉积法沉积BDD薄膜,依次调整掺硼浓度、优化沉积时间并进行氟化处理,综合优化BDD薄膜的耐磨损性、耐电化学腐蚀性和疏油性。研究表明:掺硼浓度为6×10^(-3)时薄膜的高耐磨性和耐电化学腐蚀性赋予改性电极良好的耐冲蚀和抗腐蚀能力,摩擦系数和磨损率较因瓦合金分别降低92%和78%,低频阻抗模值大于1×10^(4)Ω·cm^(2);沉积时间8 h制备的BDD薄膜沉积晶粒尺寸较小且分布均匀,表现出良好的微纳结构,最利于提高改性电极的疏油性能,在模拟井液中的接触角达102°。BDD薄膜改性电极在模拟工况下的应用实践表明,改性电极表现出优异的耐冲蚀磨损、耐电化学腐蚀性以及抗油污黏附能力,可实现电导式含水率传感器在井下苛刻工况下的长期稳定工作。

水膜压力无线传感监测系统研究

针对传统水润滑轴承水膜压力有线测试中存在的无法获取轴承径向截面连续压力分布、模拟信号传输衰减以及干扰大等问题,研究了一种基于DSP与ZIGBEE的水膜压力无线传感监测系统,可获得连续水膜压力分布并以实时在线监测轴承运行状况。详细介绍了水膜压力无线传感监测系统结构及硬件、软件设计,最后在水润滑轴承试验台上进行了十沟槽水润滑凹面橡胶轴承水膜压力测试试验。分析结果表明:最大水膜压力出现在轴承承载区左下方,且沿轴向呈减小趋势;每个截面水膜压力频谱主分量均在轴转频10 Hz附近。上述结论与理论研究结果具有较好的一致性,证明监测系统实用性良好。

耐湿性、抗干扰性高分子电阻型湿敏元件制作工艺研究

采用一般工艺制作的湿敏元件在高湿环境中工作时，感湿膜易变形起皱，与基片脱附，大大限制了该类元件的应用范围。为此，我们改进了元件的制作工艺，通过增涂衬底膜和保护膜，基本上解决了上述问题，并且优化了元件的某些性能，延长了元件的寿命。

利用线性插值算法的高精度水膜厚度传感器的研究

针对路面水膜厚度传感器的温漂问题,提出了一种利用双线性插值算法的高精度水膜厚度测量器。该算法通过双线性插值和最小二乘法相结合的方式,实现了对水膜厚度传感器输出温漂的有效补偿,极大改善了测量误差,显著提高了测量精度。实测结果显示,温度为10℃,20℃,30℃,50℃时,水膜厚度在0~4 mm范围内的绝对误差均在0.2 mm之内,在4 mm^8 mm范围内的绝对误差均在0.5 mm以内,展现出宽温度范围内的高精度特点。

嵌入式水润滑轴承薄膜压力传感器标定方法

针对现有水润滑轴承水膜压力监测中存在传感器体积大、传感器距离测点远等问题,构建智能水润滑轴承。即采用薄膜压力传感器并将其嵌入轴瓦内部,然后应用信息处理单元及调控装置实现轴承运行状态在线监测与调控。由于薄膜压力传感器体积很小,难以用传统方法标定,因此成为智能水润滑轴承研究中亟待解决的问题。提出了一种针对薄膜压力传感器的标定方法并建立了标定系统,系统包括HLD压力标定装置、传感器与前置调理模块,NI采集卡与上位机软件等。采用RANSAC算法与最小二乘法分别对标定数据拟合。最后对标定结果进行了误差分析,结果表明:RANSAC算法拟合精度高于最小二乘法,其最大相对误差为1.47%,证明了标定方法与系统的可行性。

基于水膜耦合导波传感器的复合材料检测研究

复合材料因其具有各种优异性能而被广泛应用于航空航天领域,同时对其检测方法也提出了更高的要求。提出了基于水膜耦合导波传感器检测方法,通过理论计算与时频分析确定了水膜耦合导波传感器耦合材料、角度和频率的选择;采用SolidWorks三维建模软件完成了水膜耦合导波传感器的结构设计并加工成型;最后搭建了检测实验平台,在复合材料板上完成了水膜耦合导波传感器的测试。该方法可以有效解决检测的耦合剂使用问题,为自动化检测提供了技术支持。

水膜压力无线传感监测中的多普勒效应研究

对水膜压力分布深入研究可以获得轴承的重要特性,而传统水润滑轴承水膜压力监测大都采用有线传输方式,需要布置大量线缆和开关,操作复杂,且很难获得水膜压力的连续分布。因此,采用无线传感监测是较好的解决方案。针对已有的水润滑轴承水膜压力无线传感监测系统,建立了多普勒频移理论模型,分析了影响无线通信质量的几种因素,最后给出了改善多普勒频移的相关措施建议。研究结果表明,影响多普勒频移的主要因素是轴转速和无线设备的相对位置;降低轴转速,缩短无线采集发射设备与无线传感接收设备之间的水平距离,增加无线采集发射设备与无线传感接收设备之间的垂直距离,可以减小多普勒频移。

阻隔性薄膜透湿性能的电解法和红外法测试分析

采用电解法和红外法研究了不同温度、湿度下阻隔性塑料薄膜的水蒸气透过率,分析了温度、薄膜类型对透湿性能的影响。结果表明,12μm聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜的透湿性能最大,其次是25μm的PET薄膜,25μm聚偏二氯乙烯(PVDC)薄膜和12μm PET/铝箔(PET/Al)复合薄膜的水蒸气透过率相近且最小;这4种薄膜的水蒸气透过率均随温度的升高而增大,温度对12μm PET/Al、25μm PVDC薄膜的水蒸气透过率影响较小,水蒸气透过率的对数形式与热力学温度的倒数呈线性关系;红外法的测试结果基本都大于电解法,对于25μm PVDC薄膜和12μm PET/Al薄膜,2种测试结果的差异较大,而对于12μm PET薄膜和25μm PET薄膜,2种测试结果的差异较小。