为提取LED激发海水叶绿素a产生的痕量荧光信号,实现海水叶绿素a原位检测,基于荧光诱导检测原理结合正交同步检波电路,设计了荧光叶绿素a传感器。通过对激发光源的调制,输入电流信号的转换与放大,荧光信号的正交同步解调以及数字混合低通滤波算法实现海水叶绿素a浓度的原位检测。实验证明该海水叶绿素a传感器具有精度高、抗环境光干扰能力强、小型化、功耗低等优点,分辨率可达到0. 01μg/L。

采用控制变量法从激励信号的占空比、电压幅值和激励线圈提离高度3个方面研究不同影响因素对脉冲涡流传感器检测刹车盘表面缺陷的影响规律。用DG1022U函数发生器产生脉冲激励信号;设计了由圆柱形激励线圈和霍尔传感器构成的脉冲涡流检测探头并制作放大滤波电路;用USB4711A数据采集卡采集信号,经MATLAB小波去噪后提取信号的峰峰值和信噪比。

根据液压阀用LVDT性能要求,新型LVDT初级线圈采用两段式分布设计方法,能均匀轴向磁场分布。利用gamultiobj函数的遗传算法对LVDT多结构参数同步优化处理,运用数值仿真软件编写优化程序,求解最优结构参数。设计一种智能LVDT性能测试试验台,以提高LVDT测试精度及效率。通过优化前后仿真结果与实验结果的对比分析,表明初级线圈采用两段式能提高LVDT的线性度与灵敏度。

为了满足航天、工业等领域对微型压力传感器的需求,提出了一种基于非本征型法布里-珀罗腔的光纤MEMS压力传感器。该传感器的传感头由硅片、Pyrex7740玻璃经阳极键合制作而成,传感头与光纤准直器采用紫外胶粘合。法布里-珀罗腔的长度随加载压力的增大呈线性减小趋势,从而引起干涉光谱的变化,采用白光干涉解调方法获得法布里-珀罗腔的长度。实验测试结果表明该传感器在0～1 MPa测量范围内压力-腔长灵敏度为5. 14μm/MPa,线性度达到0. 999;在传感器使用范围0～80℃内,温度灵敏度为2. 6 nm/℃。

文中基于两种局部磁通密度测试方法的对比分析,设计一种结合感应线圈法和探针法的复合B-H传感器。提出磁传感器在高频旋转磁特性测试中的应用方法以减小测试误差。提出均匀化测试磁场的方法,并采用有限元法验证其有效性。提出复合B-H传感器的系数矫正方法,并建立考虑电容参数的感应信号测试等效电路分析线圈分布电容的影响。

无线传感器网络(WSN)是一种由节点组成的无线自组织网络,在很多领域中有广泛的使用。节点定位是无线传感器网络中最重要的部分,使用无测距定位算法中传统的DV-Hop算法来定位误差较大。为了提高DV-Hop算法的精确度,提出了一种基于遗传算法和二进制蚁群算法来改进DVHop定位算法。遗传算法中利用了线性交叉和非均匀变异算子在种群中进行搜索,在此基础上,采用二进制蚁群算法进行进一步的搜索,而后比较适应度函数来保留较优的个体,从而产生了新一代种群。二进制蚁群算法中使得每只蚂蚁的智能化比较低,每条路径对应的存储空间相对较小,显著提高了计算效率。仿真的结果表明,提出的算法比传统的DV-Hop算法、基于遗传算法的DV-Hop算法有更快的收敛速度和更高的定位精度。

针对布拉格反射栅的特点,选用ta-C作为高声阻抗材料,Al N作为低声阻抗材料。利用COMSOL Multiphysics对布拉格反射栅薄膜体声波传感器(BAW-SMR)建模并对建立的模型进行固体力学和静电学的有限元仿真分析,得到了传感器的谐振频率、不同布拉格反射栅对数下传感器的导纳特性曲线、阻抗特性曲线以及形变位移图。通过对比分析得出当前条件下布拉格反射栅对数为4对时,传感器的阻抗特性曲线平滑,谐振频率为3. 258 GHz;当布拉格反射栅对数为3对或5对时,阻抗特性曲线存在寄生谐振。针对存在寄生谐振的传感器,选取具有3对布拉格反射栅的传感器进行优化,通过改变传感器上电极的尺寸和厚度来消除寄生谐振,实现了对寄生谐振峰的有效抑制,为进一步的研究提供了理论依据。

研究利用工程数学牛顿算法和数据拟合算法,实现对压力传感器数据进行自动温压补偿。具体算法为对-40～80℃横向分7个结点,线性从0到100%设置11个纵向结点,并且对77个点进行相应条件下的变送器压力采集,并下载到RAM内。实际压力测量时,根据温度采集码,横向利用相邻最近的3组标定点,利用滑动牛顿算法生成此温度采集码下线性表,再把压力采集码代入线性表中,利用牛顿算法计算对应的压力值,算法实施后仪表精度从0.2%提高到0.075%。

基于射频信号强度及超声波测距原理,提出了一种射频与超声结合的室内网格定位方法与系统。定位区域划分为N个块,每个块由M个方格组成。每个块的中心以及每个方格的4个角上均安装1个带有无线通信功能和可测出信号强度的超声波测距模块构成的定位基点。移动目标首先向每个块的中心定位基点读取信号强度值,根据信号强度值确定出移动目标在哪个块内,然后对这个块的各定位基点发送同步信号和超声波,得该块各定位基点的超声波测距值,这些距离值经移动平均滤波法滤波后,计算出移动目标在定位区域内的精确坐标。移动目标将计算出的坐标数据通过无线通信上传到上位机显示、处理及保存。实验结果表明,显著降低了能耗,且定位偏差不大于5 cm。

为保证CCD在实际应用中能稳定高速地运行,首要解决的问题是设计可靠的驱动电路。基于PSOC技术设计了一种优于传统驱动的高移植性驱动系统。该系统主要包括时序产生部分和信号处理部分,首先通过对TCD1205DG芯片的基本原理进行分析处理,提出一种稳定的驱动时序产生方法;然后基于二阶滤波电路对输出信号优化处理;最后在理论研究基础上,对输出信号进行实验验证。结果表明,所设计的驱动系统符合CCD的工作需求,而且可靠易行。

针对动平衡测试中FFT频谱法难以从非整周期采样信号中提取不平衡相位的问题,提出一种基于零相位数字带通滤波提取旋转机械不平衡量的方法。首先将采集的振动信号通过中心频率为转速频率的零相位带通滤波器,得到无相位差的转速同频信号,然后计算信号峰值点幅值和相位的算数平均值,得到不平衡量。实现了非整周期采样下不平衡幅值和相位的精确提取。仿真和实测验证了方法的有效性,相位提取误差小于2°,动平衡效率大于80%。该方法无需专门的硬件跟踪滤波电路,具有较高的工程实用价值。

针对动平衡测试中FFT频谱法难以从非整周期采样信号中提取不平衡相位的问题,提出一种基于零相位数字带通滤波提取旋转机械不平衡量的方法。首先将采集的振动信号通过中心频率为转速频率的零相位带通滤波器,得到无相位差的转速同频信号,然后计算信号峰值点幅值和相位的算数平均值,得到不平衡量。实现了非整周期采样下不平衡幅值和相位的精确提取。仿真和实测验证了方法的有效性,相位提取误差小于2°,动平衡效率大于80%。该方法无需专门的硬件跟踪滤波电路,具有较高的工程实用价值。

针对土木工程结构健康监测系统的传感器故障问题,提出了基于随机子空间识别技术和Kalman估计器的传感器故障检测方法,实现了结构健康监测系统中故障传感器的检测。首先,通过正常传感器的量测数据,基于随机子空间识别方法重构了结构的离散状态空间模型;然后通过已识别出的结构离散状态空间模型构造多路Kalman估计器,产生输出残差;最后,通过文中提出的基于输出残差的传感器故障检测策略,实现了传感器故障的检测。文章通过某典型框架结构和ASCE Benchmark 4层钢框架缩尺模型,验证了文中所提故障检测方法的有效性和实用性。

研究利用工程数学牛顿算法和数据拟合算法,实现对压力传感器数据进行自动温压补偿。具体算法为对-40～80℃横向分7个结点,线性从0到100%设置11个纵向结点,并且对77个点进行相应条件下的变送器压力采集,并下载到RAM内。实际压力测量时,根据温度采集码,横向利用相邻最近的3组标定点,利用滑动牛顿算法生成此温度采集码下线性表,再把压力采集码代入线性表中,利用牛顿算法计算对应的压力值,算法实施后仪表精度从0. 2%提高到0. 075%。

针对无线传感器网络中运用TDOA方法定位时,Taylor算法容易受到初始估计值影响,导致节点定位精度低、不容易收敛,因此提出了一种基于混沌粒子群与Taylor算法协同定位的方法。该算法首先运用混沌粒子群算法求解TDOA方程组,得到一个具有较高精度的未知节点的估计坐标值,将这个估计值作为Taylor算法的初始值进行迭代运算,最终完成对未知节点的坐标估计。仿真结果表明,该算法提高了节点的定位精度和定位速度。

压差传感器用于伺服系统作动器两腔压力差的测量,文中针对高可靠性、高精度、耐高温、小型化压差传感器的应用需求,提出了高可靠性压差传感器的设计方案并进行测试,主要包括芯体设计、结构设计和电路设计。该产品采用SOI硅晶圆材料制作压力敏感芯片,可在150℃下正常工作。传感器通过性能测试以及环境试验,试验结果表明该传感器能够满足实际使用要求,在150℃下温度漂移和灵敏度漂移均小于±0.1%FS/℃。

在高炉冶炼生产过程中,炉身、炉腹部位的炉料由于高温作用存在固液两相流动的复杂过程。该位置的炉衬负荷较大,直接威胁到安全生产。因此,提出一种基于一维导热的炉温在线检测传感器模型,用于检测炉衬内表面的温度。采用控温实验和数值模拟相结合的研究方法,建立传感器测杆的物理模型和非稳态导热过程的数学模型。通过控制测杆热端温变幅度50、80、100、150、200、300 K6个典型温变工况,分析不同稳态变化过程中测杆上温度分布规律,得到测杆上不同位置稳态温度之间对应的回归方程。从而由远离高温区测温点温度推测炉衬内表面的温度,对测温设备形成保护。传感器能够在第一时间给出炉况信息,为高炉测温提供新的方法。

工频电场传感器网络在配电网状态感知中具有重要作用。介绍了无线工频电场传感器网络的设计方法,在此基础上进行了无线工频电场测量系统的制作,使用该测量系统在变电站中进行了测量试验并与标准电磁场检测设备进行了对比测量,试验结果表明设计的电场测量系统的测量精度能够满足工程需求,其测量结果与标准的电场检测设备具有较大的相关度,能够准确测量配电网中的工频电场,同时具有低功耗和组网的特点,能够实现一定区域内的长时间、无间断监测,为配电网的状态监测、系统维护和升级提供便利,具有很好的实用性。

设计并制作一种可应用于低温环境的无线无源温度传感器。传感器的基板材料为玻纤增强环氧树脂（FR4）,中心频率为2.4 GHz。利用微波传输原理,通过监测传感器的谐振频率变化实现温度的测量。经过理论计算和高频结构仿真软件（HFSS）确定了传感器的物理参数,通过搭建低温测试系统实现了传感器在低温环境下的测试。实验结果表明在0-40℃的温度范围,传感器的谐振频率与温度成线性变化关系,谐振频率由2.366 GHz增大为2.382 GHz。对传感器进行3次重复测试,证明了传感器具有好的重复性。传感器绝对灵敏度为401.67 k Hz/℃。实验结果证明了传感器设计的合理性和测温的可行性。

针对管道内流体测量需求,提出基于LC无线无源谐振式传感技术的测量方法。在绝缘管道外表面设计螺旋型的电容和电感,构成非接触式的流体测量LC传感器,LC谐振频率反映流体参数变化。相比常规的电容式传感技术,LC传感器能实现无源无线测试,可用于非实时性流体检测。对水平式管道内水气两相流,进行了静态的模拟测量,实验表明在直径10 mm的亚克力管道内,随着水相含率从10%增加到100%,传感器谐振频率变化15.51 MHz。