内外环电容传感器空间灵敏度特性

为了设计应用于两相流相关流速测量的电容传感器,研制了一种新型的内外环电容传感器,利用有限元仿真的方法对内外环电容传感器的轴向灵敏度、空间滤波特性以及时间频率响应3个空间灵敏度特性指标做了定量分析．结果显示,内外环电容传感器的轴向灵敏度曲线近似于高斯分布,而电极宽度的变化会引起轴向灵敏度峰值的改变,当电极宽度为20mm时,轴向灵敏度峰值最大;内外环电容传感器相当于一个低通滤波器,电极宽度增加,空间频带变窄,同时时间频带也变窄．     

考虑交互作用的ECT传感器的分析和优化

在仿真研究的基础上对ECT传感器的 4个重要参数即极板张角θ ,绝缘管道材料的相对介电常数εpw,绝缘管道壁厚度R2 -R1,以及屏蔽罩与电容极板间的间距R3 -R2 ,进行了具有交互作用的正交试验 ,用方差分析法得出了这 4个参数及它们的交互作用在迭代和多元线性回归两种成像算法下对成像质量的影响 ,最后给出了试验得到的传感器结构的优化参数·实验表明在此传感器优化方法的基础上得到的重建图像质量有明显的提高·     

磁翻柱液位计中容栅传感器电容极板的优化设计

设计了一种新型容栅传感器，使磁翻柱液位计在更广泛的工况条件下，仍能准确地测量液位值并实现电信号远传．采用Hybrid—Trefftz有限元方法建立传感器中电场的数学模型，并精确地计算出磁翻柱翻转所引起的电容相对变化量．以此电容相对变化量为目标函数，分别对4种不同形状的电容极板和同形状不同结构参数的极板进行定量研究．从电容相对变化量随电容极板结构的变化曲线中，可知形状2且极板间距为5mm为极板的最优形状．以此结构的样机进行实验，结果表明，此传感器极板结构的优化与实验相吻合，其仿真值与实验值的相对误差仅为3．3％．     

基于均匀设计和最小二乘支持向量机的电容层析成像传感器优化设计

提出一种采用均匀设计与最小二乘支持向量机相结合的电容层析成像传感器结构参数优化方法．该方法以敏感场均匀度为设计目标，采用均匀设计安排试验，试验因素包括ECT传感器的4个重要参数即：极板张角，绝缘管道材料相对介电常数，管道壁厚，以及屏蔽罩与电容极板间的间距．运用最小二乘支持向量机对试验结果进行回归分析，并用因素轮换法进行寻优计算，从而得出优化的传感器结构参数．结果表明：经过优化的电容成像系统具有较好的成像效果．该方法试验次数少，具有较强的实用性．     

电容式湿度传感器结构优化

对圆筒形电容式湿度传感器进行合理的结构优化．依次改变极板的直径、长度、厚度、间距、个数等,利用有限元分析软件模拟上述条件下电容器极板的场强的分布,找到场强随这些参数的变化规律．分析结果发现,单层极板呈现出明显的边缘效应;随直径增大,边缘场强与内部场强的比值增大;极板越薄,边缘场强越小;适当加大极板长度,可减缓边缘场强增加的速率,但效果有限．多层极板,随间距增大,边缘场强与内部场强的比值增大,但总电容变化量减小;极板的间距应适当选取．对于多层极板,中间极板的场强有相互抵消的现象,故而可以适当减小中间极板的间距,以增加极板的个数,对测量有利．推荐了最佳尺寸．     

高温气冷堆燃料球计数器检测线圈参数的优化

由于厚壁不锈钢过球管路的屏蔽作用,高温气冷堆(HTGR)燃料球计数传感器获得的信号微弱,对线圈参数进行优化有利于提高信噪比,降低误检和漏检率。该文基于有限元方法,利用ANSYS软件对检测线圈进行建模和仿真计算,分析了激励频率、线圈匝数及其结构参数对传感器灵敏度的影响规律。在仿真基础上进行了燃料球检测实验,实现了线圈关键参数的优化选择。仿真和实验结果表明,传感器激励频率为4 kHz、线圈匝数为150匝、内外层线圈间距为36 mm时,传感器具有满意的检测性能。     

激光切割过程中位置检测系统抗干扰研究

针对激光切割过程中位置检测系统的电容传感器检测信号易受切割熔渣影响的问题,提出了一种通过有限元法计算熔渣溅射对电容传感器影响的方法。首先,通过COMSOL软件对传感器建模,并采用有限元法对电容传感器的电容变化及熔渣飞溅过程中各因素改变对电容的影响进行仿真计算;然后,采用金属球模拟熔渣,对仿真结果进行实验验证;最后,通过插补法处理仿真计算结果及实测电容,绘制电容的等值线图并得到熔渣溅射过程中电容的变化规律:在熔渣飞向切割头的过程中,电容变化存在逐渐增大并两次突变的特征,变化大小与熔渣体积呈正比关系,与极板间距呈反比关系,且熔渣处于平面影响区及其下方区域时对传感器影响更大。实测值与仿真结果误差在0.001pF以内,因此仿真结果可准确地反映熔渣溅射对电容传感器的干扰情况,为干扰滤除及切割头设计提供理论依据。     

MISiC肖特基二极管式氢敏传感器模型研究

在结合考虑6H SiC肖特基二极管正向热电子发射理论和氢吸附效应的基础上,研究了MIS氢敏传感器的敏感机理, 建立了传感器模型,具体分析了绝缘层厚度、灵敏度对传感器特性的影响。利用MATLAB对传感器的电流电压响应特性、灵敏度、电流分辨率与绝缘层之间的关系进行了仿真,结果表明绝缘层厚度、灵敏度是影响传感器性能的重要因素,并确定了在300 ℃时传感器最佳绝缘层厚度为2~2.35 nm,从而有效地提高了传感器灵敏度。     

新型电容传感器结构的设计

提出了一种采用变间距差动式电容结构设计的电容压力传感器,并详细讨论了弹性体厚度的理论计算和版图的设计,此种传感器是用业测量近海海水深度和浪高,并由此得到潮汐的变化的。这种差动式结构是利用压力作用在可动电极上,在微机械加工的过程中,采用某种连接,大大提高了传感器的灵敏度和测量精度。     

基于Matlab的电容传感器动态特性分析

运用Matlab语言建立电容传感器的数学模型,利用SIMULINK的模块库和s函数对电容传感器的动态特性进行动态仿真,并用试验数据曲线验证模型的正确性;为研究传感器的动态特性和故障诊断研究建立了一种灵活的仿真平台,通过演算,得出影响动态特性的具体因素,从而提出改善影响动态特性的方法．     

薄壁管光纤光栅传感器准稳态传热性能研究

依据傅立叶传热定律和牛顿冷却定律分析了薄壁管光纤光栅传感器准稳态传热机理,用AN-SYS数值模拟了其传热性能.在22.3～303.1℃温度范围,对薄壁石英管封装的光纤光栅温度、压力双参量传感器内、外壁温度进行了测试,结果表明数值模拟与实验验证基本吻合,为光纤光栅传感器的设计和测试提供了依据.     

电容式两相流相浓度传感器的有限元模化与正交优化设计

将有限元法与正交设计法相结合对电容式两相流相浓度传感器进行了计算机辅助设计,建立了传感器的有限元模型,分析了模化误差及测试单元变化对敏感场均匀性评价指标的影响,指出优化过程中必须保持有限元网格的一致性以保证仿真结果的可比性,给出一传感器正交优化示例,优化后的传感器具有接近均匀的敏感场分布,性能指标有明显的改善·     

钢水测温传感器的有限元分析

在分析钢水测温传感器传热过程的基础上,建立了测温传感器的有限元模型.基于此模型对传感器内外层结构、物性参数和边界条件等影响传感器温度测量的各个因素进行分析.实验结果表明仿真值与测量值相比最大误差小于6 K;传感器滞后主要取决于外层保护套管;传感器物性参数可以取为常数;当对流换热系数足够大时,再改变对流换热系数对温度影响较小.这些结果可为传感器的优化设计和实际使用提供理论依据,且可在基于模型的反演算法中提供正向解.     

全对称谐振式压力传感器结构设计与仿真分析

提出了一种基于侧向驱动的全对称谐振式压力传感器结构.谐振结构采用侧向梳齿电容驱动,既保证了驱动力的线性特性,又由于本身的空气阻尼为滑膜阻尼,可以取得较高的品质因子.另外,设计的差分电容结构能进一步提高器件的检测灵敏度.经过ANSYS 10.0的仿真分析总结出谐振结构固有频率受结构参数影响的规律,确定了量程为0～550 kPa的谐振式压力传感器具体尺寸,其灵敏度达到了22.602 Hz/kPa;分析了温度对谐振结构固有频率的影响,得到-20～60℃下的热灵敏度温度系数为-1.8233 Hz/℃,为后续的温度补偿提供依据;最后通过分析谐振结构的频域响应特性,最终确定了传感器的频域特性曲线以及不同阻尼比下传感器的品质因子.为谐振式压力传感器真空封装的真空度选择提供参考.     

全浮动芯棒钢管连轧金属流动的有限元分析

结合生产实际,采用ABAQUS显式动力仿真平台,对宝钢140mm全浮动芯棒钢管连轧过程中金属的变形及流动规律进行了仿真分析.分析结果表明:金属的横向流动主要表现为从孔顶区域流向侧壁区域;金属的纵向延伸主要发生在孔顶区域,且钢管外壁金属相对内壁金属向前滑移.孔型侧壁区域金属的横向堆积及纵向延展不充分是导致荒管壁厚不均的主要原因.     

离子迁移谱仪迁移管中电场均匀性的研究

在理论分析、计算机模拟的基础上,自行研制了一台以真空紫外灯电离为电离源的离子迁移谱仪,并通过该仪器详细研究了迁移管中电场的空间均匀性.发现迁移管内径20 mm,外径40 mm,金属环厚1 mm,聚四氟乙烯厚6 mm的结构能够保证迁移管内电场比较均匀.     

MEMS微型热敏传感器数值模拟

借助计算流体动力学软件Fluent,采用有限体积法、非定常N-S方程、Realizablek-ε湍流模型及无滑移壁面边界条件对微电子机械系统(MEMS)微型热敏传感器进行三维数值模拟.全面地分析了传感器绝缘层材料、空腔内介质材料以及结构尺寸参数对其灵敏度的影响情况,探讨了提高传感器灵敏度的方法.同时,设计了一款高灵敏度的MEMS微型热敏传感器.数值模拟结果发现,采用具有较低热导率的结构材料及工作气体,隔热效果最佳;合理优化传感器尺寸参数有助于获得较高的灵敏度.该结果对微型热敏传感器的优化设计和实际加工、制造提供了依据.