作传感器用的硅应变片

半导体应变片有比金属型应变片较高的灵敏度和较低的讯号处理要求测量传感器往往使用机械元件和电气元件,机械元件在有关量改变时将发生位移或变形,而电气元件就产生相应的电压或电流讯号。其通常的构造是利用一个可偏转机件的弯曲,来施力于一个悬臂梁上。而紧固在这梁上联接成一个惠斯顿电桥的应变片就产生了所需的输出讯号。     

光纤光栅压力计及其传感特性的研究

设计了一种基于悬臂梁结构的光纤布拉格光栅（FBG）压力传感器,采用应变片作为悬臂梁,将垂直压力转换成轴向应力. FBG固定在悬臂梁上,将应力转换成中心波长的漂移. 通过半导体激光器斜边检测法检测FBG波长的移动. 研究了FBG栅区长度和特征反射光谱宽度的关系,选择并制作了栅区长度为1 mm的FBGs作为传感器,确保FBG中心波长漂移时,半导体激光的波长仍在FBG的反射光谱区域内,扩大了传感器的动态范围. 在悬臂梁双侧设计了FBGs对结构,利用这对FBGs对环境温度相应系数相同的特性,消除环境温度波动对压力测量的影响. 在实验中改变FBGs对的温度,测量了它们对温度的响应并利用温度消敏算法获得传感器的温度不敏感性能. 提出了FBG压力传感器的空分复用技术,利用多个光纤耦合器和光电探头（PD）阵列组成传感网络. 上述的压力传感网络技术在边坡、基坑等土木工程结构安全监控领域具有实用价值.     

高精度裂缝宽度变化量测试技术研究

现有技术中,通常采用位移计或千分表来测试裂缝宽度的变化量,其测试精度均较低,在进行破坏性试验时,由于成本较高,无法获得结构破坏过程的裂缝宽度变化量,不利于结构承载能力的判定。为此,本文提出了一种采用应变片组合结构测量构件上裂缝宽度变化量的新方法。该法采用的特殊结构包含两片应变片,一片平直贴于待测构件,另一片中段弯曲并与之重合贴于待测构件,其中该弯曲段为自由段,裂缝受力发生变化时不产生应变,故二者应变片受力大小不一。通过公式推导及误差分析,得出采用应变片组合结构测量高精度裂缝宽度变化量的计算公式,并通过试验验证,上述应变片组合结构能够显著提高测试精度,为高精度裂缝宽度变化量的测量提供了参考。本文还提供一种采用该应变片组合结构测量裂缝宽度变化量的测试装置。     

电阻应变片式测力仪布片方法的探讨

电阻应变片传感器是目前在测力仪中使用最多的一种电测元件。但关于应变片的布片与接桥方法,目前看法还不一致,对于同一结构形式的测力仪,布片数量往往相差很多。本文对电阻应变片传感器的测量原理、应变片的布片与接桥对电桥灵敏度的影响进行了综合分析。并对目前八角环台式铣削测力仪及八角环式车削测力仪存在的几种不同布片方法进行了分析对比。     

挠性结构模型的频域极大似然法辨识

在构建的以压电陶瓷为执行器、电阻式应变片为传感器的挠性悬臂梁物理实验系统基础上,优化设计多正弦辨识输入信号,利用频域极大似然法辨识得到了整个系统的数学模型,并根据该模型进行了数字和物理控制仿真,验证了模型的有效性.良好的控制效果表明:对于挠性结构,频域极大似然法是一种有效的模型辨识方法.     

曲线齿锥齿轮轮齿应力计算方法及其软件的研制

长期来,计算齿轮轮齿弯曲应用的方法主要是应用悬臂梁理论。这种方法的精度由引入光弹和应变片实验得到的各种修正系数而得到提高。但是,对于螺旋角较大或齿形较复杂的轮齿,由于悬臂梁法的力学模型过于近似而计算误差较大。因此,随着数值解法的发展,人们开始采用有限元法与边界积分法来分析轮齿应力,国内外有不少文章发表,但多数是对各种齿形的圆柱齿轮,而对于锥齿轮,特别是弧齿和准双曲线这类曲齿的,有关这方面的文章则不多见,国外仅有少量文献发表。     

针对典型单体结构的数值流形解与弹性力学解对比

针对典型的单体结构悬臂梁的力学行为进行分析。阐述了受集中荷载悬臂梁位移解析公式,利用数值流形方法计算了受集中荷载下悬臂梁的位移情况。将数值计算结果与弹性力学解析解进行对比验证,证明了数值流形方法中加密数学覆盖的收敛性及必要性。通过分析数值计算结果与解析解的误差,表明误差来源于解析解的推导过程,在确定边界条件时解析解忽略了悬臂梁固定端的转动而使解析解存在误差,对解析解的误差提出修正方案并重新与数值解对比,验证了数值流形方法对简单结构体比常规解析解有更高的准确性。     

数字加网迟滞系数的研究

在输出反馈误差扩散法的基础上,提出了一种修正的调频调幅数字加网算法即带迟滞系数曲线的输出反馈误差扩散法。首先综合分析峰值信噪比与人眼主观感受,得到迟滞系数和图像不同阶调之间的规律,然后根据迟滞系数的拟合曲线得到其近似方程。实验结果表明,该算法能够有效抑制传统误差扩散调频加网中的网点扩大现象,并提高了图像的细节再现能力。     

应变片倾斜角度对称重传感器偏载误差的影响

基于双孔平行梁作为弹性元件的称重传感器,分析应变计粘贴时的倾斜角度对称重传感器偏载误差的影响。研究表明:偏载误差与载荷作用点偏移距离成线性关系;一般情况下,纵向偏载误差小于横向偏载误差;减小因为应变片粘贴倾斜角引起的偏载误差的办法是,改进应变片粘贴工艺,使应变片倾斜角相等且尽量小。     

误差补偿压电微位移作动器动态特性分析

分析了镗削主轴回转误差补偿压电微位移作动器（Piezoelectric Micro DisplacementAc-tuator,PMDA)动态特性中的机械特性，相位滞后特性和迟滞现象，从机构系统的角度分析了压电微位移作动器静动态特性的影响因素；得到了相位滞后的3个主要影响因素；基于非线性迟滞现象的本质分析，提出了非线性迟滞现象的一种广义模型。最后给出了压电微位移作动器在镗削主轴回转误差补偿中的应用，并且获得了良好效果。     

电阻应变片贴装方位偏差对测量结果的影响

认为电阻应变片可以测量构件受的力、力矩、压力等物理量 ,贴装方位不准确是造成应变测量误差的主要原因 ,分析讨论了电阻应变片在一维、二维应力状态下贴装方位偏差所造成的测量误差及其变化规律 :一维情况下 ,相对误差γ不仅与角偏差△α有关 ,而且还与主应变方向的夹角α和所测件泊松比μ有关 .特别的 ,在α =0 ,△α <5°时 ,γ <1 % (μ =0 .2 85 ) ;α≠ 0时 ,随着α的增大 ,△α对所测γ的影响就越大 .二维 ,电阻应变片贴装方位偏差△α造成测量误差γ与两主应变之比ρ及α角有关 ,当ρ一定时 ,α角越大 ,偏差角△α对测量的影响就越显著 .最后 ,设计了实验 ,对一维应力状态下的分析结果进行了验证 .为实际测量工作及传感器设计、制造提供了参考依据     

应变栅结构参数对合金薄膜传感器应变传递的影响

应变栅作为薄膜传感器的关键组成部分,其结构参数直接影响着合金薄膜传感器中应变传递效果。基于剪滞理论研究了应变栅的结构参数对应变传递误差的影响,并推导了合金薄膜应变片的应变传递函数;采用有限元软件模拟仿真了薄膜电阻应变片应变栅栅厚在0.001～0.02 mm、栅长在20～50 mm以及栅宽在0.1～0.4 mm范围内对应变传递的影响,并对上述分析的结果进行了实验验证。结果表明：在选定的范围内,应变栅厚度越小、纵栅长度越长、纵栅宽度越窄,应变传递误差越小;各结构参数对应变传递的影响程度为：栅宽>栅长>栅厚;当栅厚为0.001 mm、栅长为3 mm、栅宽为0.1 mm时,应变传递误差最小为3.4%。     

海30弹丸-引信系统瞬态应变测试研究

该文对海30弹丸-引信系统在膛内运动期间高冲击下产生的应变进行了测试。在理论上分析了粘贴应变片的合适位置,提出了三种可行的测试方案,估算了测试精度。为弹丸-引信系统的有限元结构动力分析提供了有用的定量数据,为各种弹丸-引信系统的失效分析开拓了一条研究途径。     

某次地铁受流臂动应力测试中的热输出分析

应变计是用应变电阻效应测量应变的.在测量过程中,环境温度可以从多个方面影响应变计的输出.探讨了在某次地铁受流臂动应力实验中,由于温度变化,测量应变计和补偿应变计贴在不同材料上所引起的测量误差,得出了此次实验中热输出的表达式.并可以作为类似动应力实验中热输出分析的参考.分析结果表明,此次实验中应变计的热输出与变温、被测试样线膨胀系数、补偿块线膨胀系数、应变计灵敏系数有关.     

Evaluation of cable tension sensors of FAST reflector from the perspective of EMI

The active reflector of FAST(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope) is supported by a ring beam and a cable-net structure,in which nodes are actively controlled to form series of real-time paraboloids.To ensure the security and stability of the supporting structure,tension must be monitored for some typical cables.Considering the stringent requirements in accuracy and longterm stability,magnetic flux sensor,vibrating wire strain gauge and fiber bragg grating strain gauge are screened for the cable tension monitoring of the supporting cable-net.Specifically,receivers of radio telescopes have strict restriction on electro magnetic interference(EMI) or radio frequency interference(RFI).These three types of sensors are evaluated from the view of EMI/RFI.Firstly,these fundamentals are theoretically analyzed.Secondly,typical sensor signals are collected in the time and analyzed in the frequency domain,which shows the characteristic in the frequency domain.Finally,typical sensors are tested in an anechoic chamber to get the EMI levels.Theoretical analysis shows that Fiber Bragg Grating strain gauge itself will not lead to EMI/RFI.According to GJB151 A,frequency domain analysis and test results show that for the vibrating wire strain gauge and magnetic flux sensor themselves,testable EMI/RFI levels are typically below the background noise of the anechoic chamber.FAST finally choses these three sensors as the monitoring sensors of its cable tension.The proposed study is also a reference to the monitoring equipment selection of other radio telescopes and large structures.     

北京地铁受流臂动应力测试中的热输出分析

应变计是用应变电阻效应测量应变的。在测量过程中,环境温度可以从多个方面影响应变计的输出。本文探讨了在北京地铁受流臂动应力实验中,由于温度变化,测量应变计和补偿应变计贴在不同材料上所引起的测量误差,得出了此次实验中热输出的表达式,并可以作为类似动应力实验中热输出分析的参考。分析结果表明,此次实验中应变计的热输出与变温、被测试样线膨胀系数、补偿块线膨胀系数、应变计灵敏系数有关。     

Highly stretchable,sensitive and wide linear responsive fabric-based strain sensors with a self-segregated carbon nanotube (CNT)/Polydimethylsiloxane (PDMS) coating

Flexible strain sensors have received increasing attention with the development of wearable electronic devices. However, integrating wide strain detection range, high sensitivity while maintaining relatively wide linear response range for such sensor system still remain a challenge. A fabric based flexible sensor (S-CNT/PDMS-F) was designed and fabricated, and the sensor can simultaneously achieve high sensitivity, wide linear response and strain detection range by combining self-segregated carbon nanotube (CNT)/polydimethylsiloxane (PDMS) composites and elastic medical bandage. It has been observed that this new sensor system can achieve a high sensitivity with a gauge factor of 615, a large linear responsive range of 0–100% strain (R² ?= ?0.993) and a wide strain detection range of ～ 200%, which is superior to almost all the reported CNT/PDMS flexible strain sensors. Compared to the similar fabric based strain sensor system deploying non self-segregated structure (C-CNT/PDMS-F), our S-CNT/PDMS-F demonstrates higher electrical conductivity and lower electrical percolation threshold and response time of 55 ?ms, as well as more stable and repeatable performance under cyclic loading conditions. The capability of the sensors in monitoring physiological activities and weight distribution has also been demonstrated.     

电阻应变式压力传感器的电测公式

应用弹性力学理论和电测理论,从电阻公式出发,导出了一股箔式电阻应变片电阻的变化率与弹性元件表面应变分布的关系。得到电阻应变式压力传感器的电测公式。为验证公式,设计并制造了测量范围在 0—0.5MPa的φ6电阻应变式压力传感器。对其在加载情况下进行输出电压的测量,结果与本公式计算的结果符合得很好,误差<5％。     

如何实现应变传感器的高精度检测

应变传感器的信号非常微弱,其幅度甚至小于干扰信号,因而必须通过精密检测电路抑制干扰。应变传感器信号具有其物理极限,利用载频技术实现了信号最大化。通过作为感应信号源的高精度感应分频器和自动校准的周期数可得到很高的增益稳定性。采用高精度检测单元和通用宽频带放大器系统可以高分辨率、高稳定性、有效地抑制和衰减干扰信号与不期望的动态信号,实现高精度检测。