在短时多变转速等高动态测量环境中,针对MEMS陀螺标度因数非线性误差使得载体姿态解算精度不理想问题,提出一种启发式分段回归拟合补偿方法。通过该方法可确定陀螺的线性区与非线性区;针对其数据特点建立连续的回归拟合模型。该方法可使标度因数非线性误差降低2个数量级,由15.71%降低到0.14%,耗时0.247 ms,满足高动态测量实时性要求。

为了探索真空冷冻干燥技术对制备ZnO气敏材料的应用价值,采用此方法制备了PVA-Zn（CH3COO）2·2H2O泡沫板状前驱体,再分别以不同温度煅烧前驱体制备了ZnO纳米粉体,并将产物制成旁热式气敏元件。对产物进行XRD、SEM和TG-DSC表征并详细探讨了产物的气敏性能,结果表明纳米ZnO粉体的粒径随着煅烧温度的降低显著缩小,气敏性能显著升高。在500℃煅烧冷冻干燥前驱体得到的ZnO粉体平均粒径为40～100 nm,在工作温度为440℃时对300 ppm乙醇的灵敏度可达51.43。

分析了氧化锆传感器的测氧原理,对能斯特方程做了修正。基于STM32 F3系列单片机设计了传感器加热电阻丝的温度检测和补偿电路、温度控制电路、氧浓差电势检测电路及恒流输出电路。系统采用PID算法,能有效精确地控制传感器的工作温度,具有一定的实用价值。

精度检测是光电编码器研制和生产中的重要环节,为了提高检测装置的精度和效率,以永磁同步电机和FPGA高速数据采集卡为核心,文中设计了一种动、静态精度自动检测系统。阐述了2种检测的原理,研究了装置各部分选型及软硬件设计,最后,分析并计算了系统精度。实验表明:系统稳定可靠,检测结果准确,工作效率高。

针对传统热式流量计测量微小流量精度不高的问题,基于对流换热原理,采用2个参数一致的铂热电阻获取流量信号的方法,研制了一种双速度探头热式流量计。分析了流量测量原理以及环境温度补偿,简述了铂热电阻加工工艺,拟合建立了流量测量函数关系式。流量计在音速喷嘴气体流量标准装置上实验的结果表明该方法可实现对微小流量的测量。

针对电容薄膜真空计的电容检测精度要求高以及非线性的问题,文中设计了一种基于二极管桥的检测电路。该电路检测电容薄膜真空计的测量电容与参考电容的差值,能有效抑制共模噪声的干扰,并采用负反馈的方法对非线性进行补偿。仿真表明负反馈的方法能够有效降低真空计的非线性,在仿真数据上非线性度从7.27%降低到0.662%。实际测试结果表明该电路能准确地检测电容,电路灵敏度为1.85 V/pF,非线性度为0.4%,电路稳定性较好。

为了对星载微推力器的单脉冲冲量进行非接触测量,提出了一种基于悬臂梁结构的测量方法。基于悬臂梁动力学模型,确定了测量系统传递函数,得到测量系统在结构上等效为无穷多个欠阻尼二阶子系统的并联。分析得到一阶子系统脉冲响应的最大位移与脉冲力冲量大小为线性关系,线性系数大小由一阶子系统的增益值、阻尼比及固有振动频率决定,在此基础上确定了冲量测量方法:对系统脉冲响应低通滤波得到一阶子系统脉冲响应后求取最大位移,结合标定得到线性系数即可求解冲量大小。线性系数的标定中,根据系统增益值与位移测量位置的刚度系数为倒数关系的特征,确定了一阶子系统增益值的标定方法,依据自由振动法确定了阻尼比及固有振动频率的标定方法。通过实验验证了测量方法的正确性,分析得到测量误差为7.287%。

为填补纳米量子点研究领域中自动检测试验样本这一空白,结合现有量子点特征,自主设计出了一套专门检测纳米量子点的半自动化设备仪器。经过对几代产品结构的不断改进,并对检测仪器必须设备光谱仪等二次开发,驱动板卡PCI-6722、图像传感器CCD、光谱仪和MEMS微镜等硬件功能与PC软件高度集成,形成了一套成熟的检测系统。并且,在实际检测期间,针对PC上位机和下位机遇到的精确度问题,设计了专门算法以使该检测仪器能够更加直观、高效、准确地为科研人员提供便利。

为了实现无线传感网络节点的自供电,提出一种摆动式电磁振动能量收集装置。经Ansoft Maxwell静态仿真,分析装置气隙宽度、导磁材料相对磁导率和摆动磁轭磁齿的厚度对铁芯中磁感应强度的影响,得出参数的优化值。动态仿真显示装置在1 Hz摆动下,可产生感应电动势为2.24 V,最大有效功率为103.2 mW。该装置很适合为无线网络节点供电。

为减少环境温度对红外测温的影响,并提高测量精度,提出了一种基于热电堆与热敏电阻的红外探头、Cortex-M3 ARM处理器及高精度低噪声测量电路的红外温度传感器。利用梯度下降法建立红外探头的输出电压、环境温度和目标温度的BP神经网络模型,用遗传算法对其初始权值和阈值进行优化,并将基于该模型的算法嵌入ARM处理器,求出目标温度。该红外温度传感器实现了对物体温度-10～+50℃范围的测量,平均绝对误差为0.033℃,均方根误差为0.035℃。

针对传统激光功率计存在测量精度低、智能程度低、携带不便等缺点,文中设计了一款性能优良的激光功率测量系统。设计选用热电堆探测器为信号检测传感器,该信号经过滤波、程控放大、模数转换,输入到微控制器LPC1754进行计算与处理。利用热电堆探测器光谱响应范围宽,响应度曲线整体平整,随波长变化很小的特点,在计算过程中只使用单一的响应系数,并采用归零补偿、波长响应度补偿、归一化补偿等补偿措施,使测量结果更加精确。测试结果显示,该系统测量误差在±5%以内,具有良好的推广和使用价值。

现有的压力测试仪难以适应石油石化等对高等级防爆要求的特殊行业的技术需求,文中采用独立设计的波登管光纤光栅压力传感器与密集型波分复用器(DWDM)解调技术相结合,并与微光探测技术、光电开关技术进行有效集成,同时借助自行开发的信号处理软件,研制出一种完整的全光纤压力测试仪。该测试仪系统集成性强、自动化程度高,压力测试仪的传感器波长调谐灵敏度为0.28 nm/MPa,引用误差为1%。

针对传统变电站直流系统绝缘监测装置不具备直流系统电能质量全面有效监测的不足,文中在分析直流系统电能质量劣化的原因及特征的基础上,研制了一套便携式变电站直流电源系统电能质量检测仪。研制的仪器由电压信号智能采集前端和带专家系统的智能诊断后端组成,通过采集并记录直流系统正负母线电压,智能计算分析直流系统的电压波动、正负极直流电压偏差、高次谐波分量、工频交流窜入等指标,实现直流系统电能质量的综合评估。

光纤光栅测量技术逐渐成为光纤通信和传感测量领域中最重要的器件之一。通过总结以往光纤传感器设计方法,设计了一种基于半工字型的光纤光栅位移计,该光纤光栅位移计通过试验台位移测试,测试到的位移拉伸曲线较为稳定,且误差满足精度要求,仅0.05 mm;通过位移计拉伸称重测试,所测量的称重误差也满足要求,拟合系数达到了0.997。可见,所设计的位移计具有精度高、高稳定性、多功能用途等特性,可为光纤光栅传感设备的发展提供一种新的设计思路。

优化了自动产泡流量计的重锤结构和加液方式,完成了采用RS232接口感应光电信号和控制推拉式电磁铁的电路设计与制作,编写了自动甄别皂膜上升沿和下降沿以及自动起泡的程序代码。通过实验成功验证了硬件与软件的可靠性,并测定了不同有效体积条件下流量测定值的变化规律。

针对传统水位传感器在恶劣水质条件下存在可靠性不高、测量精度低的问题,文中提出一种同轴电缆电容式水位测量方法,以特殊构造同轴电缆作为传感敏感元件,研究其将水位转为电容参数的传感机理,采用PCAP01电容数字转换方案,运用拟合与水位标定算法,设计了同轴电缆电容感测式水位传感器。实验结果表明,传感器在0.1～1 m水位范围内的测量精度可达0.01 m,稳定性良好,可应用于恶劣水质环境下的水位测量。

针对小量程MEMS压力传感器存在提高灵敏度与降低非线性相互制约的问题,利用板壳理论对小量程压力敏感结构进行了仿真分析,给出了兼顾这两个相互制约技术指标的设计方法。基于SOI技术设计了小量程压力敏感结构,通过感压膜片断裂前与衬底适当接触可使其过载能力得到有效提高。仿真结果表明,所设计的量程为5 kPa的压力敏感芯片,其过载压力达到1 MPa,1 mA恒流源供电条件下,满量程输出为43.2 mV。

以MEMS加速度传感器为主体器件,设计了一种振动加速度实时测量和存储系统,利用串口显示助手读取显示测量系统的存储测量数据,通过振动试验台试验检验系统测量性能和抗过载能力。试验结果表明:该测量系统可完成振动加速度的实时测量,并可承受至少100g的过载冲击。

为解决新能源汽车整车控制器(VCU)的环境耐久测试问题,设计了该测试系统。系统采用NI PXI系统实现输入信号模拟和输出信号在线检测,负载箱模拟整车执行器负载,环境箱模拟控制器工作环境,基于LabVIEW开发的上位机软件全程监测控制器的运行状态,对信号测试结果进行实时显示和数据存储。结果表明,该系统性能稳定,可快速、自动完成对整车控制器的测试,满足测试要求,提高了整车控制器的测试效率。

基于物联网技术的电能质量治理系统,利用FPGA+ARM芯片作为电能质量治理终端设备的主控制器,对电网的无功电流、谐波电流、不平衡电流进行治理。使用云技术、无线通信技术、网络技术等物联网技术开发的移动端应用软件及服务器端应用软件对终端设备进行远程监控。通过对系统电压、负载电流等多个电能质量数据的监测表明设备使用后电能质量得到了显著的提高,远程监控软件安全、稳定且实时性较强。