基于银纳米粒子/聚酰胺酸复合结构的柔性应变传感器

随着人们对柔性电子设备的需求不断增加,如何制备高性能的柔性应变传感器引起了学界的广泛关注,但至今柔性应变传感器很难兼顾高灵敏度和宽应变范围。为解决上述问题,采用聚合物金属化的方法制备了基于银纳米粒子(Ag nanoparticles, Ag NPs)/聚酰胺酸(polyamic acid, PAA)复合结构的柔性应变传感器,用于同时监测细微扰动和宽应变的情况。其敏感层为将Ag NPs嵌合于PAA内的复合薄膜,所制备的Ag NPs/PAA应变传感器的最高灵敏度为10.96,应变范围为1%～11%。通过8 000次拉伸/释放测试,结果表明该传感器具备高耐久性和高稳定性。所制备的多组传感器在相同的制备工艺下,表现出较好的一致性和可重复性。     

介观压阻效应在微型传感器中的应用研究

对运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理——介观压阻效应,用GaAs/AlAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.通过分析、模拟、计算和试验测试得到了它的参数,并对介观压阻灵敏度和压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理可以提高压力传感器的灵敏度的可行性,为制造出基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

基于光纤Bragg光栅的采动支承压力分布试验研究

为了研究采动支承压力的分布情况,采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器对长壁采场模型试验进行了测试,在模型中埋设了9支FBG应变传感器,对比分析工作面推进时底板支承压力与上位FBG的测试结果。试验揭示了FBG测试结果与支承压力变化呈现镜面反射,在超前支承压力影响范围内支承压力与波长漂移呈线性关系。研究提出了支承压力FBG测试灵敏度参数,其表征了FBG传感器每变化1 pm时的支承压力变化;定量分析了围岩采动支承压力分布规律,得出了测线2三支FBG所在层位的支承压力大小与影响范围(K,L1,L2),同时建立了基于FBG的围岩采动支承压力的分布模型,用于描述采动围岩体中支承压力在不同层位和距离工作面不同距离时的分布规律。     

基于双光纤光栅的流速传感器设计

针对智慧海洋领域对海洋流速监测的要求,基于双光纤光栅能消除温度对流速的交叉灵敏度特性及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种用于测量流体流速的双光纤光栅流速传感器。该传感器主要由外壳、光纤光栅测试组件及固定件组成,采用无胶化密封封装,进行了灵敏度及动态范围的测试,此外还分析了不同温度和压力对传感器性能的影响。通过高精度解调仪解调,设计的光纤流速传感器的灵敏度为76 mm/s,流速测量范围为0 ~ 1.2 m/s,且该流速传感器对温度和外界压力都不敏感,能够实现对流速单一参量的监测,可以满足油气田开采、油气输送管道、海洋河流等环境下流体测试的需求。     

电容层析成像传感器软场性能分析

电容层析成像传感器的敏感场是软场,受被测介质分布的影响·以基于有限元分析的灵敏度快速计算法为工具,通过多种介质分布下灵敏度分布的计算与比较,研究了传感器的软场性能·结果表明,即便对于介电常数差异较小的气／油两相流,不同的电介质分布亦可导致灵敏度值有正、负百分之几十的变化·各处灵敏度变化不仅与管内介质分布有关,还与该点在敏感场中所处的位置有关·     

传感器特性自动化测试系统研究与实现

针对现场电子设备环境中,传感器特性测试过程中强电磁干扰导致的高强数据噪声,设计一种强电磁干扰条件下传感器特性自动化测试方法。通过光电隔离和金属电磁屏蔽方法进行物理上降电磁干扰;同时通过最优阈值小波变换对采集数据进行数字降噪。通过寻求小波变换的最优阈值舍去噪声小波系数,从而获得有效数据。实际的液压传感器测试实验系统验证了该算法能够有效滤除实测信号中的干扰噪声。紧接着压力调控装置发送调控指令,调节液压传感器测试点的压力值,自动测试出液压传感器灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等特性。通过对比实验,测试方法可以快速测试液压传感器的各种特性参数和绘制特性曲线,完成传感器各种特性的自动化测试。     

层状复合体系介电谱的数值模拟

为定量研究层状复合体系介电谱,基于微元法思想,提出了数值模拟该体系介电谱的方法,即将体系内电参数非均匀分布层分割为若干个电参数均匀分布的薄层,通过求解体系的复电导而得到体系的介电谱的数值解。以层内电导率和介电常数呈线性分布的介电谱为例,研究结果表明,数值模拟结果与理论解析结果一致。浓差极化层的压力驱动膜分离体系的模拟显示,该数值模拟方法可以研究复杂电参数分布情况时体系的介电谱,并发现该体系电导的频率依存性受原料液通量变化影响显著,体系弛豫个数随着通量的增加而减少。     

盘式光纤加速度计的灵敏度增强方法研究

提出一种基于多层缠绕光纤环的灵敏度增强方法以实现盘式光纤加速度计高灵敏度传感。通过分析单层光纤敏感盘盘片的应力应变状态,探讨光纤盘粘贴区域、弹性盘片尺寸、传感光纤类型3种因素对灵敏度的影响,采用多层光纤敏感盘对盘式光纤加速度传感器进行灵敏度增强的方案,并通过有限元软件仿真验证。采用多层光纤敏感盘制作的盘式光纤加速度计,其加速度灵敏度能够达到6 243.4 rad/g,有效地提高了盘式光纤加速度传感器的灵敏度。     

微机械气动红外传感器的流体分析

提出了一种可工作于室温环境下的微型气动红外传感器，它基于气体吸收特定波段的红外辐射后产生的一系列热效应为物理基础，可获得包含红外辐射源信息的信号。为深入研究热效应所产生的微热信号对器件整体性能的控制和影响，优化器件的几何结构和行为，建立了符合器件工作机制的经典热传输模型，并在此基础上，利用通用商业有限元模拟软件ANSYS／FLORTRAN进行流体—结构耦合分析，获得了微型腔体温度，流—固界面压力分布情况以及薄膜的弹性形变，掌握了微结构的机械特性以及流畅的热输运特性。     

采用数据融合处理技术提高传感器的可靠性

对非目标参量敏感的传感器性能（如可靠性和精度）通常是比较低的。文中提出采用数据融合处理技术检测影响传感器性能的诸多非目标参量,降低传感器对温度、湿度以及电原电压波动等非目标参量的交叉灵敏度,提高传感器的可靠性与精度。     

行波旋转型超声电机定子和转子接触分析

为了提高行波旋转型超声电机的机械性能,根据超声电机柔性部分的特点,构建影响电机机械性能的4个主要参数(转子腹板厚度、定子腹板厚度、柔性部分宽度和高度).基于ANSYS软件仿真分析在相同边界条件下各影响参数对电机接触面接触应力分布的影响,优化结构参数使定子和转子接触应力均匀分布.仿真分析结果表明:在施加相同预压力条件下,定子和转子腹板厚度对于接触应力分布的影响最小,而柔性部分的宽度和厚度影响最大,最优结构参数设计为转子腹板厚度为1.0mm,柔性部分高度为2.0mm,柔性部分宽度为0.4mm,定子腹板厚度为1.6mm.     

电容式传感器灵敏度计算分析

压力式电容传感器在测试中应用很多。本文推导了电容传感器外圆柱内径变化引起的电容相对变化及灵敏度公式,画出图形体现了其非线性,并根据实际情况取特定区域分析线性关系。     

基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计

基于对六维力传感器系统中影响灵敏度性能的因素的分析,在传感器静态数学模型中应用并联机器人机构学理论,对Stewart型六维力传感器的灵敏度指标进行分析并推导出解析解.引入力(力矩)灵敏度影响因子的概念,研究了力(力矩)灵敏度影响因子影响灵敏度指标的规律;基于空间模型理论采用无量纲参数绘制了该型传感器的力(力矩)灵敏度指标二维性能图谱,提供了一种并联结构六维力传感器结构参数优化设计方法.     

AgNWs/MXene增强的柔性多孔压阻传感器的制备与性能研究

随着物联网、人工智能等技术的兴起,柔性压阻传感器在人工触觉、健康监测、仿生电子皮肤等领域具有广阔的应用前景.目前柔性压阻传感器的灵敏度和稳定性与实际应用还存在一定的差距.本文中以AgNWs和MXene为导电材料,以具有良好生物兼容性的明胶为聚合物基体,采用冷冻干燥法制备一种多孔蜂窝状的AgNWs-MXene/明胶压阻传感器.测试结果表明所制备的柔性压阻传感器在0～14 kPa压强范围内具有3个线性响应区,在4～9 kPa压强范围内灵敏度最高,为116 kPa^-1.该传感器的响应时间最快可达1.79 s,且对人体脉搏跳动及肢体的运动状态具有良好的压阻敏感特性,表明实验所制备的柔性压阻传感器在柔性可穿戴电子器件领域具有良好的应用前景.     

四梁式扭矩传感器的设计与优化

为了解决复合振动攻丝研究中的扭矩和轴向力测量问题,设计了一种基于电阻应变的四梁式扭矩传感器。四梁为两端固支结构,均匀分布在半径为R的圆周上,可以测量扭矩和轴向力。为了提高传感器性能,对弹性元件进行了受力分析,以灵敏度为优化目标函数,建立了数学模型,采用Matlab优化工具箱,对传感器的结构进行优化。该传感器工作在振动条件下,为了使传感器的固有频率避开振动攻丝机的工作频率,防止产生共振现象,采用有限元分析软件Ansys对传感器的模态进行了分析,得出传感器的各阶振型及固有频率。     

用于液相检测的横向场激励模式压电传感器

与传统基于石英晶体微天平的压电传感器相比,横向场激励模式压电传感器具有更优异的性能。该文基于微声波理论,分析了横向场激励模式压电体声波器件的声传播机理,计算了石英晶体在任意切型及横向电场方向上的压电耦合系数,并根据计算结果设计了新型的传感器结构。3种不同浓度的水溶液用于测试传感器对液体粘度、介电常数和电导率等变化的响应。结果表明,横向场激励压电传感器不仅具有较好的质量敏感效应,还对被测液体电特性参数变化具有较高的灵敏度,可用于研制复合型压电生物传感器。     

用于液相检测的横向场激励模式压电传感器

与传统基于石英晶体微天平的压电传感器相比,横向场激励模式压电传感器具有更优异的性能。该文基于微声波理论,分析了横向场激励模式压电体声波器件的声传播机理,计算了石英晶体在任意切型及横向电场方向上的压电耦合系数,并根据计算结果设计了新型的传感器结构。3种不同浓度的水溶液用于测试传感器对液体粘度、介电常数和电导率等变化的响应。结果表明,横向场激励压电传感器不仅具有较好的质量敏感效应,还对被测液体电特性参数变化具有较高的灵敏度,可用于研制复合型压电生物传感器。     

基于碳纳米材料的柔性薄膜器件研究

近年来,可穿戴或贴合式的传感器在实时生理监测、特殊环境信号检测等领域的需求日益凸显,柔性传感器成为当前研究的热点.碳纳米管(CNT),由于其独特的电学和力学性能,在新型电子器件的发展中扮演着越来越重要的角色.本文介绍了几类典型的基于碳纳米管的柔性红外传感器和微压力传感器.在柔性红外传感器的研制中,利用碳纳米管与SiO_2的界面以及不同掺杂的CNT形成的p-n结,设计和制备了两种不同类型的高灵敏度柔性红外传感器,实验结果证明界面载流子行为对传感器的响应速度有重要的影响.另一方面,利用碳纳米管的优秀导电性,设计和制备了两种力传感器.通过银纳米颗粒修饰的碳纳米管制备的柔性拉力传感器,兼具高拉伸度和高灵敏度,具有优秀的应变系数.此外,利用碳纳米管和三棱锥的微结构制备了响应灵敏的微压力传感器,具有优秀的响应幅度与响应速度.     

桥梁结构全息模态参数识别方法试验研究

针对传统桥梁结构健康监测中使用的接触式传感器存在数据离散性大、安装程序繁琐、难以反应桥梁结构整体状况等局限性,本文基于全息视觉传感器智能监测系统,识别结构全息几何形态在相应时空域上的振动信号,较为准确的获取结构全息图像数字化位移坐标信息,同时针对提取的振动位移进行频谱分析,获取桥梁结构的模态参数,实现对桥梁状况的基本识别。本文对一座缩尺模型桥进行试验验证,研究结果表明：全息视觉传感器智能监测系统测试结果与位移传感器测试结果吻合度较高,针对竖向荷载响应的功率谱,两种方法实测结果在低频范围内都能够较好地吻合,振型变化趋势基本一致。基于全息视觉传感器智能监测系统的桥梁形态监测真实、连续、敏感,较为准确地反映了结构在各工况下的位移变化和模态响应,后期将会进一步优化全息视觉传感器监测系统识别灵敏度,实现在各种工况激励下的高阶模态参数和结构损伤识别。     

敏感层涂敷方法对ZnO基传感器酒敏性能的影响

利用简单的化学溶液生长法合成了棒状Zn O纳米材料,采用原位生长法和粉体涂敷法将其包覆在氧化铝陶瓷管上,构成Zn O基气体传感器,并用静态配气法测试其酒敏性能.两种方法制备的传感器最佳工作温度均为300℃,且响应和恢复时间均小于10 s.灵敏度随着酒精浓度的升高都近似线性增大.对于不同浓度的酒精,采用粉体涂敷法制备的传感器灵敏度约为原位生长所制备传感器的两倍.结果表明不同的涂敷方法将形成不同的敏感层结构,最终导致其气敏性能明显不同.