谐振式SAW压力传感器敏感元件研究与设计

量程和温度特性是传感器的两个主要指标,SAW压力传感器的量程由基片材料的结构尺寸决定,温度效应一般采用双端对谐振器来消除,目前关于两个谐振器的位置确定还没有一个确定的方法。通过力学分析得出了圆形石英膜片的半径、厚度、和最大载荷的关系;对石英圆形膜片的应力应变关系进行了有限元数值计算,得出了正负应力在圆形石英膜片的分界点,为设计SAW谐振式压力传感器的物理结构和合理的安排谐振器的位置提供了依据。     

微机配料提高精度要诀之一——选用传感器的原则

本文阐述了如何从传感器的出厂检验数据来求得传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差及三者对提高配料精度的影响。并着重介绍了组成配料称的传感器配套对提高精度的重要性及如何实现配套。图4,表4。     

有限元法在谐振式硅微机械加速度计设计中的应用

谐振式硅微机械加速度计是新型高精度的微机电系统传感器，作者选用双端固定音叉作为谐振器，设计了一种硅微谐振式加速度计，设计中，使用了有限元分析软件进行了大量辅助分析，对传感器的工作情况进行了仿真。通过模拟和计算，预先估算出谐振器固有频率、应力分布情况以及传感器基本性能参数，这对传感器工艺流程设计及结构改进具有重要意义，有限元分析结果显示，传感器的灵敏度大约为2Hz/g。     

压电式压力传感器热冲击效应的试验研究

论述了瞬变温度对压电式压力传感器具有热冲击作用,并能改变传感器的预紧力、自振频率及灵敏度,形成瞬变温度误差。传感器的特殊膜片结构可以大大减小瞬变温度误差。通过对某2种压电式传感器的模拟热冲击效应的试验研究,阐述了热冲击对传感器的实际影响,并给出了测量数据及分析结果。     

光纤布拉格光栅渗压传感器设计

为实现对尾矿库的安全渗压实时监测,设计了一种波纹膜片结构封装的光纤布拉格光栅渗压传感器,通过材料及温度光栅双温度补偿,剔除了环境温度的影响。实测结果表明,该光纤光栅传感器量程为0~20 k Pa,压力灵敏度为27.8 pm/k Pa,线性拟合度达到0.999 99,适用于液位小范围变化的高精度检测。在尾矿库浸润线检测中的应用表明,传感器精度高,重复性好。     

介质谐振器与金属谐振器混合带通滤波器设计

对介质单腔、金属单腔以及介质-金属混合双腔进行模拟,利用三维电磁场仿真软件HFSS对谐振腔进行电磁场分析,得到结构简洁、成本低廉的介质谐振器与金属谐振器混合带通滤波器,其中间的金属谐振器分别与两端的介质谐振器处于正交位置.将混合带通滤波器与传统的全介质腔滤波器及全金属腔滤波器进行对比,结果表明,混合带通滤波器有更好的抗谐波能力.实验结果与设计指标的基本一致,验证了该方法的可靠性与实用性.     

石英振梁式重力传感器原理误差模型

为了建立石英振梁式重力传感器原理误差模型,首先,将石英振梁式重力传感器等效成转动惯量-弹性支承-阻尼系统,导出重力加速度作用条件下石英振梁式重力传感器的系统传递函数和输出差动频率公式; 其次,导出由于舍掉高次项而产生的谐振频率计算误差公式和由于输出差动频率线性化处理而产生的线性化误差公式; 然后,从挠性梁的加工、石英谐振器的加工和质量块的质心偏移3个方面,导出石英振梁式重力传感器加工误差公式; 最后,建立石英振梁式重力传感器原理误差模型,并进行了原理误差定量计算.理论分析和原理误差定量计算表明:输出差动频率线性化误差、挠性梁的加工误差和双音叉石英谐振器的加工误差是主要原理误差,谐振频率计算误差和质量块的质心偏移是次要原理误差;石英振梁式重力传感器原理误差的数量级为6×10-7g,可以满足10-6g级的高精度重力测量要求.     

耦合增强型 “巨”字形左手材料磁谐振器的设计

磁谐振器与电谐振器组合能够实现同时具有负介电常数和负磁导率的左手材料,左手材料磁谐振器的设计对于设计新型左手材料具有重要的意义。针对左手材料磁谐振器设计问题,提出了磁谐振器设计原理,为消除磁谐振器的双各向异性,所设计的结构关于电场方向等效为镜像对称的单回路。根据此原理,设计了耦合增强型"巨"字形磁谐振器结构,并通过实验仿真验证了结构的等效负磁导率。结果表明,所设计的结构在8.9GHz-10GHz之间具有负的等效磁导率,并且结构的双各项异性得到了有效的消除,说明了所提出设计原理的正确性。相对于传统的开口谐振环磁谐振器,"巨"字形磁谐振器结构简单,易于进行加工制作和理论分析。     

在动静载荷作用下单圆弧波纹管膜片非线性稳定性分析

借助拟板法把单圆弧波纹管膜片处理成具有初挠度圆环板的组合结构.利用薄板薄壳的非线性弯曲理论,得到单圆弧膜片在静态和动态载荷协同作用下的非线性动力学方程组.给定该方程组的边界条件与连续条件,可以预测静态载荷及其动态载荷协同作用下膜片的挠度和张力,从而根据Galerkin方法得到单圆弧波纹管膜片非线性系统的受迫振动方程.根据Floquet指数研究了无外激励下系统的分岔问题,讨论了单圆弧波纹管膜片在平衡点领域的稳定性问题,同时考虑了系统在纯动态载荷作用和动静态载荷协同作用下其平衡位置的变化情况.研究结果表明单圆弧膜片系统在动静态载荷协同作用下比在纯动态作用下系统发生Hopf分岔更为滞后.     

低温共烧陶瓷片式微波谐振器的研究

介绍了低温共烧陶瓷片式微波谐振器的工艺过程、结构以及结构对谐振器参数的影响 ,谐振器与外电路的耦合采用耦合间隙在同一层内实现 ,这种新结构既可给制备工艺带来方便 ,又可减少工艺所带来的误差 .用多层陶瓷工艺技术、高介电常数和低温烧结微波陶瓷实现了中心频率为 1.8GHz、有载品质因数大于 2 0 0的试验单端口多层微波谐振器 .微波谐振器的体积小 ,整个谐振器的尺寸为 5mm× 2mm× 1mm ,适用于表面贴装技术 .     

采用柔性铰链罗伯威尔结构的石英谐振式力传感器

介绍了一种采用柔性铰链构成的罗伯威尔结构和ＡＴ－切精密石英谐振器组成的石英谐振式力传感器。柔性铰链无间隙、无机械摩擦、充分体现材料的性能,传感器只由弹性体和谐振器两个部分组成,力的传递环节少,误差小可靠性高。通过调整柔性铰链的尺寸,可以得到不同量程的传感器。解决了整体式石英谐振式力传感器加工困难、成本高和组合式环节多、精度不高的缺点,为石英谐振式力传感器找到了一种较为合适的结构,使石英本身优良的性能得到发挥。研制了精度较高、成本较低、数字量输出的石英谐振式力传感器,并且给出了传感器的精度指标。     

接触表面形貌对石英谐振式力传感器蠕变的影响

石英谐振式力传感器是一种新型的数字式传感器,本文研究了由柔性铰链组成的弹性体和ＡＴ－切石英谐振器构成的石英谐振式力传感器的蠕变特性的影响因素。石英谐振式力传感器的蠕变主要是由于粘弹性的胶粘剂造成的,本文以描述表面形貌的ＷＡ 模型和粗糙度微峰模型为基础,建立了蠕变与接触表面形貌和安装预紧力之间关系的模型。理论计算和实验结果表明,蠕变与接触表面形貌和安装预紧力分别近似地成反比和正比。不同接触表面粗糙度对蠕变影响的对比实验结果表明,随着表面粗糙度的减小,传感器的蠕变误差下降     

石英谐振器力灵敏度温度系数特性分析

力灵敏度温度系数是石英谐振器产生温漂的主要原因之一，而且这种温漂不能用差频方法消除，因此，它是影响石英谐振式力传感器测量精度的主要原因．文中给出了测量误差与力灵敏度温度系数之间的定量关系，并得到实验验证．阐述了力灵敏度温度系数的物理意义，分析确定了标定温度的方法．在一定温度范围内使用的石英晶体谐振器，既要有一定的分辨率，又要使其测量结果不受温度影响，为此提出了石英谐振器最佳取向选取原则．根据这一原则，找出了ＡＴ切型晶片用作力敏元件时的最佳施力方位角．为提高石英谐振式力传感器的测量精度提供了一个理论基础．     

影响石英晶振器品质因素的特征参数的研究

从理论上研究了粘附微小针尖后造成石英晶振的品质因素Q值降低的原因,通过实验得出合适的针尖直径、长度等参数,使石英晶振的Q值大大地提高,从而提高仪器检测的灵敏度。     

双弯曲梁多轴腕力传感器设计

针对智能机械手的使用性能要求,设计了一种新型双弯曲梁多轴腕力传感器.该新型结构传感器有利于加工和安装,避免了因加工、时效等引起的变形、误差、不对称性等对传感器性能带来的影响,改善了传感器的工作性能,建立了该传感器力学模型,并从不同方向进行了受力分析.在确定传感器变形梁应变片的粘贴位置、组桥设计分析的基础上,开展了传感器单梁和整体加载试验,并进行理论计算和有限元分析.研究了不同加载试验下引起相对误差的原因,提出了传感器标定的解决办法.     

一种新式焊条偏心监测仪的设计

本文从焊条偏心测量传感器的微型化入手 ,用电涡流传感器替代传统的电感式传感器 ,利用测量电路的输出电压与焊芯至传感器端面间距离的线性关系 ,将焊条的偏心量转换成高频载波电信号 ,并配置了相应的显示电路和报警电路 ,使焊条生产中出现的焊条偏心能及时得以发现 ,为实现焊条涂压机偏心调整的自动化奠定了基础。     

考虑磁滞的铁稼磁致伸缩位移传感器输出电压模型及结构设计

基于Jiles-Atherton模型、魏德曼效应和压磁效应建立了考虑磁滞影响下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算结果与实验结果基本吻合,表明所建立的输出电压模型的正确性.对传统Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的结构进行了改进,消除了由磁致伸缩材料的磁滞效应带来的位移迟滞,降低了剩磁和驱动脉冲电流对输出电压的影响,使电压信号的信噪比由14.7 dB提高至27.6 dB.制作了Fe-Ga磁致伸缩位移传感器样机,通过实验验证了新结构能改善传感器的线性度、重复性、迟滞性和精度.基于新的传感器结构,此研究可为磁致伸缩位移传感器的优化、生产提供理论依据和实验基础.     

刚性道面弯沉盆重心距离法及回归模型

提出一种刚性道面弯沉盆重心距离法(MAREA)及回归模型,在系统建模和分析传统弯沉盆面积指数法(AREA)的基础上,从综合利用各个测点弯沉值信息的角度,以弯沉盆重心距离指标替代弯沉盆面积指数,推算相对刚度半径;并以实测弯沉盆误差最小为准则,计算板下地基反应模量,从理论上解决结构参数反演的多解性.在典型的刚性道面结构形式下,分析改进方法采用最佳的传感器数量以及可靠性.结果表明,改进后的方法可较大提升反演结果的可靠性,能有效处理测量误差.基于落锤式弯沉仪(FWD)实测数据的模型验证结果也表明,该改进方法相对于其他方法能减少拟合误差.采用五次多项式建立了无偏的回归模型,大大提高了反演的效率.     

声表面波谐振型气体传感器的研究

分析和设计了声表面波谐振型气体传感器的叉指换能器和反射栅的最佳结构,研制了ST切石英基底的双端对声表面波谐振型气体传感器,研制了一种高稳定性的振荡器电路。用所研制的ST切石英基底,谐振频率148.5 MHz,敏感薄膜为酞菁铜的双端对声表面波谐振型气体传感器进行了NO_2气体传感检测实验,检测了传感器声表面波振幅的变化,其优点是传感器的声表面波振幅的温度波动远小于通常传感器所检测的声速,提高检测温度稳定性。实验结果证明了所研制的器件具有很好的实用性。     

磁通量索力传感器的研究进展

磁通量索力传感器(Elasto-Magnetic force sensor,EM sensor)作为一种非接触式测量的传感器,与其他索力传感器相比,具有长期稳定性与可靠性好、耐久性高、使用寿命长的突出优势,在预应力拉索的索力监测上应用广泛。本文对磁通量索力传感器的工作原理、发展脉络及研究热点进行阐述,对该技术工程应用的状况与面临的难题进行总结,并对传感器的技术发展趋势进行讨论与展望,以期为相关领域的研究人员在磁通量索力传感器应用及技术上的研究提供参考。