电容式传感器的设计方法探讨

研究者从间距变化型电容传感器的工作原理出发,从检测原理、参数分析和主要误差来源等方面对差分式电容传感器系统的设计方案进行了研究。分析结果表明差动式电容传感器的灵敏度比一般电容传感器提高了一倍,同时差动式电容传感器的非线性误差得到了明显的改善。电容传感器的主要误差来源于电路噪声和电容传感器的非线性。     

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．     

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．     

条干不均匀度检测装置中电容传感器的研究

提出了将有限元法引到条干不均匀测试中电容传感器的研究。应用有限元法对电容传感器输出特性、填充因素的选取原则，减小非线性影响和测量的条件都作了相应的计算和分析，并对电容传感器做了实验验证。证明应用有限元法比解析法分析提供的电容传感器设计参数能使检测装置具有更高的稳定性和精确度。     

非闭合电极电容层析成像传感器参数优化方法

提出了一种新的非闭合电极电容层析成像传感器结构参数的优化方法,采用均匀设计结合非线性偏最小二乘法,提取传感器结构参数与待优化目标间的函数关系;在此基础上建立新的目标泛函.通过对优化目标泛函的求解,最终获得传感器结构参数的最优值.本文以12电极非闭合电极电容传感器为研究对象,进行了结构参数的优化设计,并根据优化结果制作了非闭合电极电容传感器.数值仿真结果表明,就本文所考察的重建对象而言,采用参数优化后的传感器所获得的图像重建质量优于未优化的传感器;从而为ECT传感器设计提供了一种新的有效方法.     

电容传感器灵敏度分布快速计算法及其应用

提出了一种基于有限元的两相流检测用电容传感器灵敏度分布的快速计算法,通过总系数矩阵的快速生成以及快速的电容计算,显著地缩短了灵敏度分布的计算时间,还介绍了该方法在电容层析成象系统及电容式两相流浓度的传感器设计中的应用。     

气固两相流电容传感器环形电极检测特性分析

本文分析了气固两相流电容传感器环形电极的空间检测特性,说明了环形电容电极的空间滤波效应对相关测速及固相浓度测量的影响,并讨论了环形电容电极的参数设计问题。     

原油含水率的测试方法

对原油含水率在线测量的几种主要方法进行了比较，主要介绍了使用电容传感器测量不同参数的几种方法．     

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。     

利用正交试验的电容传感器仿真及优化设计

针对电容传感器存在检测场灵敏度分布不均匀及其测量灵敏度低的问题,提出一种基于有限元分析与正交试验设计相结合的方法,分别对二电极、四电极及八电极的电容传感器结构进行优化设计,并对试验结果进行方差分析。通过比较分析各参数对不同电极电容传感器的影响规律,得出同时满足电容传感器检测场灵敏度分布的均匀性和测量灵敏度的最优组合方案。仿真试验表明,随着电极数的增加,检测场区域的灵敏度分布越来越不均匀,电容传感器的测量灵敏度越来越高。通过对优化设计结果进行静态测试试验,得出二电极、四电极、八电极传感器试验数据的方差分别为0.054 9、0.061 3、0.096 3,即灵敏度分布越来越不均匀,同时随着电极数的增加,灵敏度增大。试验结果与仿真计算结果具有较高的一致性,表明此方法所得出的优化结果具有合理性和正确性。     

PV—WAVE在电容层析仿真中的应用研究

介绍了一套基于１２电极电容器传感器进行图像重建的电容层析成像的仿真软件包，该软件包是利用可视化编程语言ＰＶ－ＷＡＶＥ在ＳＧＩ图形工作站上开发的，利用该软件包可以深入分析电容敏感场和流体模型数据的变化，从而为改进图像重建算法和设计最佳电容传感器几何参数提供了有力依据，最后利用仿真结果对电容层析成像的特性进行了研究。     

微石英音叉电学参数的有限元分析

以U形石英音叉为例，用耦合电压自由度的方式模拟电极，提出了石英音叉的静态集总电容模型，用有限元分析中的静态分析方法计算了静态电容参数．通过对电极作短路和开路处理，分别用模态分析和谐波响应分析方法计算了石英音叉的本征频率，两种分析计算结果相同．根据本征频率计算了石英音叉的动态等效电路参数，计算值在实测值的离散范围内．最后综合运用模态分析、谐波响应分析方法计算了石英音叉传感器的电压和电荷灵敏度；可为设计传感器放大电路提供必要的参考。     

介电常数法在墙体水管探测中的应用

文中利用水与建筑材料介电常数差异很大的特点,设计了一款电容传感器用于墙体水管探测.基于空间静态电场的拉普拉斯方程建立了电容传感器的探测模型,通过松弛迭代进行解算,得到了传感器输出电容随被测水管位置的变化规律.文中还基于脉宽调制法设计电容传感器的测量电路,并利用模糊PID控制单元调节电路激励电压,以保证测量电路快速进入工作状态.针对该传感单元,设计了墙体中水管的中心检测算法.测量结果表明,PID控制单元可以迅速、准确地完成测量电路激励电压调节,以使传感器适应不同的工作环境,系统能在120mm厚度墙体内完成水管探测,并在70mm厚度墙体内可以完成中心定位.     

一种可用于雨量测量的压力传感器

设计了一种可用于测雨压的压力传感器,给出了传感器结构及其微加工流程.传感器由3×3的压敏电容阵列组成,压敏电容将压力信号转换成电容信号,通过检测雨水冲击作用间接测量雨量的大小.基于弹性力学理论建立了传感器的力学模型,并与ANSYS有限元分析软件进行比较,结果表明理论模型具有较好的精度.介绍了传感器制作的微加工工艺流程并采用硅橡胶对传感器进行防水密封封装,并给出了制作完成后传感器的测试结果,从测试结果可以看出该雨量传感器的灵敏度可以达到2.255 7 fF/Pa.     

虚拟仪器技术在连杆综合参数测量系统中的应用

利用电容传感器和电容测微仪作为汽车连杆综合参数测量系统的信号采集机构和前置信号预处理 (SCXI)机构 .利用计算机插入数据采集卡采集电容传感器的电压模拟信号为数字信号 ,由计算机进行后续处理 .通过虚拟仪器面板技术 ,把硬件仪器面板“移植”到计算机上 ,形成友好的人机界面 .     

小位移电容传感器原理分析

本文提供电容传感器的线性测量小位移的一种方法,并地其特点在理论上给予证明。     

二维差动电容传感器的有限元分析

通过建立二维差动电容传感器的数学模型，利用有限元法对该传感器的电场进行解析，计算，从理论上分析该传感器的输出特性及其与各结构参数之间的关系。实验证明。本文的理论分析是正确的。     

现代传感器前置放大器设计误区与对策

结合现代传感器前置放大器构成特点,探讨了现代传感器前置放大器设计过程中的几个误区与对策.结果表明:噪声系数最小有时并不能得到最佳噪声性能;RFI整流误差是一个重要而容易被忽视的误差源;驱动电容性负载的情形常见且易振荡;芯片电源噪声(纹波)频率较高时单电容去耦无效.给出了这些问题的实用解决方法.     

一种电容传感器检测定位扬声器接线端子的方法

基于平面电容传感器原理,提出一种应用于扬声器接线端子定位检测系统的新型电容传感器,可以有效检测定位扬声器接线端子。介绍了这种电容传感器的设计,描述了电容传感器用于检测扬声器接线端子的基本方法;并给出了相应的电路模型。根据扬声器接线端子的外形特点来确定电容传感器的最优设计。实验结果表明:电容传感器对扬声器接线端子区域较敏感,电容-频率变换振荡器输出频率为51 k Hz左右的波形,相对频率差约5 k Hz。通过检测振荡器的频率变化,运用自学习均值滤波频率采集算法可实现扬声器接线端子的非接触检测定位。     

关于微孔粗糙度电容测定法的探讨

本文介绍了采用电容传感器测量微小孔径表面粗糙度的原理和方法;并将测量结果用表面粗糙度评定参数R,来表示。