利用化学腐蚀法对单模光纤(HI-1060)进行端面微加工处理,制作了一种光纤干涉型传感器。将单模光纤一端放置于40%浓度氢氟酸溶液中腐蚀20 min,腐蚀凹槽深度为45μm,制得的传感器条纹对比度为6 d B,波长间隔14 nm。分别设计不同温度及不同折射率的酒精溶液对传感器的温度特性以及折射率特性进行分析研究。实验发现随着温度的增加传感器的谐振波长发生红移,温度灵敏度和线性度为15.3 pm/℃和0.996;随着酒精溶液折射率由1.341 7增加到1.348 3,传感器的谐振波长发生蓝移,折射率灵敏度和线性度为-1 185.7 nm/RIU和0.951。实验结果表明基于化学腐蚀法制作的光纤干涉型传感器对温度以及液体折射率变化均有较高的灵敏度,可用于温度和液体折射率传感测试。

为了全面分析材料的磁特性,提出了三维磁特性测量方法。考虑到硅钢片叠片方向的磁场不均匀性,设计了一种新型的高精度B-H复合传感线圈。并针对三维磁特性传感信号的精度问题进行了深入研究,提出了一套改善信号精度的方案。采用新型线圈和补偿方案,讨论了在空间球形的激磁模型下,无取向硅钢片(35WW270)的三维磁特性和损耗特性。

为了解决传统的铁基材料磁场式时栅齿槽加工效率低、手工绕线一致性差和传感器厚重的问题,文中结合时栅传感器的测量原理,开展了一种平面超薄型电磁感应式角位移传感器的研究。该传感器通过采用PCB工艺技术进行了超薄型结构设计。通过开展仿真实验和精度实验,验证了传感器结构方案的可行性。精度实验获取了0°360°内传感器的原始误差,结果表明其原始测量误差在±80″以内。该传感器的实现将有利于低成本的超薄型时栅角位移传感器的研发。

二硫化钼（MoS2）优异的理化性能在光电晶体管领域的应用具有极大潜力。文中研究了化学气相沉积法（CVD）法生长的MoS2薄膜制备的光电晶体管的性能。随着光照强度的增加,光电流也随之增加,但幅度逐渐下降,由于其价带上的电子极易吸收能量跃迁到导带从而产生光电流,但最终会达到响应饱和状态。对基于二硫化钼光电晶体管性能的研究有助于二硫化钼材料在光电传感器上的应用。

石墨烯目前已被广泛用于压力传感器的制备,但由于传统石墨烯制备方法的制约,大部分已报道的压力传感器都只在较低范围内具有高灵敏度,无法用于宽范围的压力检测。文中将氧化石墨烯涂覆在贴有柔性薄膜的光雕光盘表面,通过光雕技术将氧化石墨烯进行了图案化还原,并将其用于制备测量宽压力范围的压力传感器。结果表明,此压力传感器对0～500 k Pa的压力范围有很好的线性响应,并且具有良好的稳定性。

岩体变形破裂过程的电荷感应规律可对煤岩动力灾害进行预测预报。针对井下环境复杂,电磁干扰严重,利用高性能双运放AD823芯片研制了一种新型煤岩破裂电荷传感器,采用压电陶瓷片制作前端感应探头。对PCB板进行合理布局,采取半敷铜方式,通过集成优化硬件电路,增强电路去噪抗干扰能力。测试电荷传感器放大倍数有21.97倍,输入噪声小于2.3 ke V。实验结果显示:电荷传感器线性度好,抗干扰能力更强,可以准确测试煤岩体受载破裂变形时所产生的电荷感应信号,具有良好的应用前景。

采用单片机作为系统的主要控制芯片,由光电传感器采集微弱光信号,经放大电路放大,利用单片机内部的A/D进行模数转换,由LCD显示,实现了微弱光电信号的检测,且可利用串行通信接口与上位机进行数据通信。该系统具有检测快速、准确等优点,可应用于物品表面光泽度的检测。

为了满足航天测控系统中对于应答机各参数的测试需求,监测飞行器的运行状态,设计了基于虚拟仪器平台LabVIEW的应答机测试系统。由采集板产生2路中频信号,经由射频模块上变频之后发送给应答机,应答机响应后输出下行信号,经由射频模块下变频传给采集板,采集板对信号进行处理、分析后通过USB2.0传给上位机进一步处理,最终得到测试结果。系统具有频谱分析、功能测试、数据存储与显示等功能。实验表明,设计的测试系统能够准确地测量应答机的各项参数,上位机具有多项方便使用的实用功能。

为了快速准确地补偿微电流传感器的误差,提高微电流传感器的测量精度。根据零磁通补偿原理,研制了一种微电流传感器。微电流传感器包含感应单元、信号补偿单元以及信号处理单元,其中补偿单元采用有源与无源相结合的方法对输出电流进行相位和幅值补偿,信号处理电路用于实现对二次侧输出的微弱信号进行调理,放大。通过搭建实验平台,实验结果表明利用该补偿方法时电流传感器在测量μA级到m A级的工频电流时准确度可达到0.2级,且补偿方式方便快捷。

液晶屏(LCD)生产现场环境恶劣复杂,针对超声波干式清洗机各项工艺参数和数据传输的稳定性、实时性要求以及调度过程的集中控制问题,提出采用开放型CC-Link(control&communicationLink)总线技术,通过专用的QJ61BT11N通信模块和专用电缆将分散的I/O模块、特殊功能模块等连接起来,在PLC的CPU模块控制下,实现了对触摸屏、伺服系统、智能仪器仪表等远程设备站的控制、通信和对现场数据的实时监控、管理。结果表明:超声波干式清洗机应用CC-Link总线技术可节省大量控制电缆,具有高速通信、实时性好的特点,提高了清洗机在屏清洗工艺段运行的稳定性、安全性和数据传输的可靠性。

针对轨道车辆的客室车门故障频发的问题,设计一种内置于车门电机内部的智能数据采集系统。该系统以STM32为开发平台,硬件部分集成了电机电流采集电路、温度采集电路、转速采集电路、无线传输电路以及STM32外围电路。最后该系统把采集的电机数据通过无线传输的方式传输到上位机,这样就可以在上位机上实时地查看电机的各项参数,达到对车门电机实时监测的目的。实际使用表明该系统可以适用于车门电机的数据采集,可以实时监测电机运行时的转速、转角、电流、温度等数据曲线,通过对电机各个曲线的分析可得出车门的开关门时间、开关门速度以及电机本体的温度等信息,给后期车门系统的检测维修提供了参考依据。

为了满足航天测控系统中对于应答机各参数的测试需求,监测飞行器的运行状态,设计了基于虚拟仪器平台LabVIEW的应答机测试系统。由采集板产生2路中频信号,经由射频模块上变频之后发送给应答机,应答机响应后输出下行信号,经由射频模块下变频传给采集板,采集板对信号进行处理、分析后通过USB2.0传给上位机进一步处理,最终得到测试结果。系统具有频谱分析、功能测试、数据存储与显示等功能。实验表明,设计的测试系统能够准确地测量应答机的各项参数,上位机具有多项方便使用的实用功能。

针对目前国内市场上交流阻抗测试设备体积大、价格贵、频带窄等缺点,设计了一种基于自由轴法的交流阻抗测试系统。系统以C8051F120作为主控芯片,包括I-V转换模块、相敏检波模块、ADC数据采集模块、DDS信号源模块等,配合PC上位机数据处理软件,完成对待测元件交流阻抗的测量以及频谱的显示。结果表明:该系统测量带宽为100 Hz20 MHz,测量误差小于0.5%,频率分辨率为1 Hz,系统有一定的应用价值。

为了维持偏远地区的电力设备的安全稳定的运行,需要对其运行状态进行监控。文中设计了一种以STM32F103为微处理器的远程通信系统,系统搭载了电能计量芯片、远程通信模块以及存储器模块等外设模块。系统采用SIM900A芯片作为通信芯片,电能计量芯片采用ATT7022E,ATT7022E内置的电能参数统计算法简化了程序。上位机通过局域网与电力设备状态监控系统的通信模块建立连接,是人机交互的主要渠道。实验结果表明,该系统不仅可以对电力设备运行状态实现远程监控,而且能够优化电网资源的配置。

为解决生产过程中未知噪声背景下非线性系统的故障检测问题,提出了一种基于改进粒子滤波的故障检测方法。首先利用Sage-Husa估计器直接对未知噪声特性进行估计,引入UKF避免SageHusa估计器线性化带来的误差,并充分考虑最新量测信息产生新的建议分布函数;然后采用权值抖动的萤火虫算法优化重采样过程,缓解粒子退化和样本枯竭问题;最后依据改进粒子滤波估计的量测值与实际量测值比较产生残差,以残差为依据进行故障检测。仿真结果验证了该方法的有效性。

微生物燃料电池(MFC)是一种将有机物中的化学能直接转化为电能的装置,在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。但MFC产电功率密度过低且不稳定,构成回路的外部电阻是一种耗能元件,能量均以热能的形式消耗,无法正常驱动电子器件。在实际应用中,需要考虑设计一种适用于微生物燃料电池的能量收集系统包括静态管理系统和动态最大功率点跟踪系统是MFC发展和实际应用的关键。能量收集系统可以将MFC产生的微弱能量存储变换,以合适稳定的输出间歇驱动负载,使MFC低能量输出具有了实际应用价值。重点阐述了针对于微生物燃料电池的能量收集技术及研究现状,并对未来研究方向和面临的挑战进行了展望。

针对数字磁通门响应速度慢的缺点,在深入研究模拟磁通门的基础上,通过采用模拟电路和提高磁通门激励信号频率等方法提高了磁通门带宽。同时,采用硬件及软件补偿方法避免了模拟电路温度性能差的影响,研制了一款宽带磁通门传感器。详细介绍了该磁通门系统的硬件结构、软件设计和实验结果。测试结果显示:在±6.7×104nT测量范围内的非线性误差为0.02%,分辨率小于2 nT,信号处理电路带宽为620 Hz,数字信号输出带宽为330 Hz,在-20～80℃范围内,被测量磁场相对误差不超过±0.32%。

设计了一种新型的内凹阶梯型反射式光纤传感器探头。基于出射端光场分布模型,建立输出调制特性的数学模型,结合影响传感器特性的主要参数,对两根接收光纤与发送光纤端面之间的错位量a、b进行了仿真计算和分析,得出了系统的优化设计参数。最后与平面型探头进行对比分析,该探头不仅具有良好的光学补偿作用,而且扩大了量程,提高了测量的灵敏度。

为实现Faims气体传感器梳齿型离子迁移区的设计,文中采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术进行大深宽比梳齿型结构的深硅刻蚀。影响刻蚀的工艺参数主要包括RF功率、腔室压力、气体流量等,通过调节刻蚀气体SF6流量、腔室压力等参数进行试验,分析工艺参数对刻蚀速率、表面形貌和侧壁垂直度的影响,选出最优工艺参数。根据选出的最优工艺参数,刻蚀出了侧壁光滑、垂直度为90°的梳齿型迁移区。

基于电容法研制出筒状半封闭式结构焊条药皮含水量传感器,给出了传感器的结构,分析了其测量原理。通过GB 5117-1995法测量低氢型J707碱性焊条的药皮含水量,并用该传感器测定与其对应的电容值,对二者的相关关系进行实验研究。结果表明,该传感器与理论分析有较好的一致性;焊条药皮含水量在低于2.4%的范围内,焊条药皮含水量与传感器电容量具有较好的线性关系,能够通过测量焊条药皮的电容值来确定药皮含水量,且传感器测试精度和误差符合工程应用要求。