航空发动机气路检测系统静电传感器仿真研究

针对航空发动机气路中流体的流动特性,设计一种静电感应传感器对气路中的异常荷电颗粒进行在线监测,为发动机的故障预测和健康管理提供依据.设计的静电传感器结构主要包括:管道,绝缘层,四个探极和屏蔽层,四个探极对称分布在绝缘层上.利用APDL的优化功能对静电传感器敏感空间的均匀性指标和灵敏度指标进行了优化,这两个优化指标受探极的长度和宽度以及绝缘层的厚度和介电常数的影响.     

内外环电容传感器灵敏度仿真

为设计应用于两相流相关流速测量的电容传感器,得到传感器的几何参数对其灵敏度特性的影响,利用数值方法对内外环电容传感器的灵敏度特性进行分析．利用有限元分析软件建立传感器电场的仿真模型并进行了基本仿真,采用正交实验设计方法安排仿真实验．分析结果表明,屏蔽罩长度和内管壁厚度是影响传感器相对灵敏度的主要因素,而屏蔽罩与外极板间距对检测场均匀性误差影响比较大．优选出一组传感器的结构参数,内管壁厚度3mm,外管壁厚度2mm,屏蔽罩与外极板间距3mm,对管壁相对介电常数的要求则是越接近于1越好．利用优选的结构参数进行仿真,可以得到比较好的传感器灵敏度特性,为内外环电容传感器的设计提供了理论依据．     

PEMFC内薄膜温度传感器动态特性的数值模拟

通过数值模拟和系统辨识建模,研究了质子交换膜燃料电池（PEMFC）薄膜温度传感器的动态特性,并根据传感器在PEMFC中的位置,建立了传感器的一维瞬态传热模型。采用COMSOL软件的仿真和系统辨识方法,得到了系统动态数学模型、动态性能指标和动态误差。对于绝缘层厚度为1、2、3、5、10 μm的薄膜温度传感器,确定了其工作频带、延迟时间、上升时间及动态误差峰值等指标参数,并且通过实验手段制作和校准了一个薄膜温度传感器。结果表明,随着绝缘层厚度的增加,传感器的动态性能降低。提出通过模型仿真来判断PEMFC内温度传感器能否满足动态测温要求,这将有助于PEMFC内部瞬态温度的实验研究,也可为传感器的参数选择和结构设计提供参考。     

微型热式剪应力传感器的热特性建模

为了提高微机电系统(MEMS)微型热式剪应力传感器的灵敏度,分析了MEMS微型热式剪应力传感器的热平衡机理,建立其相应的数学物理模型.从理论上分析了传感器的热膜、绝缘层及硅基底上的空腔尺寸等结构参数对其灵敏度的影响,并将研究结果与基于Fluent软件的数值模拟结果进行对比.结果表明,所建立的数学模型是合理的.     

MISiC肖特基二极管式气体传感器响应特性分析

分析了金属－绝缘体－SiC(MISiC)结构肖特基二极管（SBD）气体传感器敏感机理，通过将热电子发射理论与隧道理论结构，建立了器件物理模型。模拟结果表明，响应特性与金属电极类型，绝缘层厚度，气体吸收效率和温度有关。模型结果与实验符合较好。通过模拟，得到MISiC结构最佳绝缘层（SiO2)厚度应为１nm左右。     

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.     

基于光纤Fabry-Perot的电流传感器

利用光纤抗电磁干扰、绝缘性好, 体积小等特性,提出一种新型的光纤电流传感器. 该传感器将悬臂梁结构和光纤Fabry-Perot相结合,基于材料力学理论和电磁感应原理,利用Fabry-Perot干涉仪原理来实现对电流的测量. 在解调方式上采用了相位解调法,分析了该传感器的工作原理及光纤F-P的测量原理,建立了光纤F-P腔的数学模型,推导出电流检测理论公式,并进行了相关实验,证明该电流传感器具有绝缘性好、结构简单、灵敏度高等优点.     

电流型氢渗透传感器研究

利用Devanathan-Stachurski电解池原理制造恒电解式与电池式电流型氢渗透传感器,用于监测氢在钢中的扩散速率及浓度.研究了镀镍时间、密封电解液对渗氢电流的影响,试验了以羟基氧化镍粉末作为阴极材料的电池型氢渗透传感器.实验结果表明:钢件表面镀镍5 min作为原子氢催化氧化的集氢面,经约5 h氧化后可以消除电镀渗氢的影响,使背景电流降至0.5 μA/cm~2以下;由聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠按质量比4∶1混合,再与0.2 mol/L KOH溶液配制成非流动性的电解液作为密封胶,用于传感器内部电解液与工件镀镍面之间的密封,与单电解液的测量结果一致;在相同充氢条件下,恒电解式与电池式电流型氢渗透传感器测得的氢渗透曲线结果一致,与施加氧化电势的方式无关.     

电子隧道效应新释

用经典物理的办法解释了电子隧道效应,认为电子隧道效应是导体中的自由电子扩散到绝缘层中,使得绝缘层中的价电子能态升高,由束缚态（局域态）转变成自由态（公有化态）,从而参与裁流的现象：导体中的自由电子扩散到绝缘层中,由于库仑斥力的作用,使得绝缘层中的价电子在晶格势场中的能态升高,降低了势垒高度,同时,由于载流子定向运动产生的霍尔电场对价电子做功及电流产生的焦耳热也使得价电子能态升高。在三个因素的影响之下,绝缘层中价电子能态升高,由局域态转变成自由状态,从而参与载流。根据绝缘层厚度和隧道效应的尺寸,可以判定金属中价电子对绝缘层中价电子的作用范围大约是十几A的限度．     

光纤表面等离子体共振传感器敏感膜的仿真研究

为了研究光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,利用TFCalc软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,分别考查敏感膜为Au膜、Ag膜、Al膜和Cu膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,Au膜和Ag膜有较高的灵敏度,Al膜和Cu膜厚度分别在10 nm和30 nm有较明显的共振现象。