微热板式气体传感器具有功耗低、体积小和灵敏度高等优点,具有良好的产业化前景,而传感器芯片批量制造成品率与单芯片加工成本是其能否产业化的关键。在传感器芯片批量制造中引入成熟标准CMOS工艺,采用四臂支撑悬空结构,以钨为加热丝,多层介质薄膜为机械支撑膜,顶层金属为气敏电极;作为对比,同时设计了MEMS工艺流程,制造了以铂为加热丝,PECVD氧化硅和氮化硅为机械支撑膜,黄金气敏电极的相同结构传感器芯片。对比了工艺成本和器件性能,CMOS微热板芯片的功耗、热响应、热稳定性以及成本等性能均达到甚至优于MEMS微热板水平。由于CMOS工艺线量产能力和加工精度均优于常见MEMS工艺线,因此单芯片成本更低,集成度更高,非常适合微热板式气体传感器阵列芯片的产业化生产制造。

为将新型高灵敏度磁敏元件——隧道磁阻(TMR)器件应用于钢索断丝漏磁检测,采用带磁屏蔽层的类赫姆霍兹线圈作为励磁结构,设计了基于柔性印刷电路的隧道磁阻圆环阵列,可实现对直径为14 mm钢索表面断丝处漏磁场的检测。利用加工有全环向沉槽的钢杆试件,测试7个TMR阵元的一致性,结果表明,宽、深均为0.5 mm的沉槽缺陷检测信号幅值均值约33 mV,信噪比可达14.5 d B,而7个阵元输出电压的极限误差为±1.85 mV。将研制的隧道磁阻阵列传感器应用于钢索表面6处位置不同的断丝缺陷检测,依据检测信号或扫查成像结果,可以清晰分辨出单根0.5 mm断丝缺陷,并确定各断丝在轴向和周向的位置。

设计了一种高灵敏度甲醛传感器,该传感器采用了高比表面积的氧化镍(NiO)纳米材料,通过丝网印刷技术制备,可实现对ppb级甲醛气体浓度的检测。基于单片机STM8S208和无线蓝牙通信模块,集成PM2.5传感器、挥发性有机物(VOC)传感器、温度和湿度传感器,开发了可无线通信的多参数空气质量监测仪。实验表明,设计的监测仪测试结果准确、运行可靠、成本低廉,适合作为智能家居系统中的空气质量监测节点。

针对目前内螺纹检测方法中存在的检测效率低,对工件接触性检测会造成损伤等问题,提出了一种基于机器视觉的内螺纹高效检测的实现方法。首先根据待测螺母的特点,设计了一套内螺纹的图像采集方法,利用该方法采集的内螺纹图像,螺纹牙型清晰,对比度高,采集速度快。之后针对所采集的内螺纹图像的特点,利用有选择性的图像灰度化方法增强图像对比度,同时降低金属散射对图像的影响,基于单连通区域面积进行二次降噪,利用闭运算连接螺纹图像轮廓断裂处,最终将内螺纹图像检测问题转化为相对成熟的外螺纹图像检测问题。对螺纹内径的测量精度达到12.78μm,单个工件从图像采集到参数检测结束,平均用时不超过300 ms。

基于位置信息的应用越来越广泛,对精度的要求也越来越高,为此设计了一种基于超声波测距的高精度室内位置感知系统。首先对超声波测距原理及误差来源进行系统分析,并建立误差修正模型,采用多项式拟合法确定模型参数后对测距误差进行修正;其次,通过最小二乘定位算法解算得到目标位置并在上位机上实时显示,最后对位置感知系统的定位结果和定位精度进行对比分析。结果表明:经过误差修正模型补偿后的定位精度有了明显提高,改进的定位精度在30 mm内的达到95%、最大误差为59 mm、平均误差在18 mm左右、满足设计要求。该位置感知系统结构简单、易于实现且精度较高,具有一定的应用意义。

对电气设备表面局部放电闪络产生的紫外光辐射进行在线监测,可以有效地预防电力系统的事故发生,对电力系统、电厂以及中低压开关柜等的稳定可靠运行提供了重要保障。设计了一种微光安全监测预警系统,该系统主要包括传感器模块、信号采集模块、数据传输与存储模块、上位机软件等。在强电磁干扰环境下提取局部放电微光信号,利用光电转换信号放大模块转为电信号,通过ARM9以及GPRS模块把采集的数据上送至手机端或上位机软件,实现实时在线监测预警的功能。

针对水射流数控机床运行状态的实时监控及出现故障时立即报警等问题,采用以ARM Cortex-M3为内核的STM32F103ZET6微处理器芯片,并使用μC/OS作为操作系统,结合工业级双频GSM/GPRS模块和GPS模块设计了数控机床实时监控及报警系统。实际应用表明,系统工作稳定,响应及时,可广泛用于军工、航空航天等工业现场的安防监控。

测控系统是试验台建设中的重要组成部分。针对航空涡轴发动机高速轴承试验台,设计了一套高效、高稳定性的分布式测控系统。该系统包括测试和控制2部分:测试部分利用Compact DAQ系列数采平台周期性采集外部信号,在LabVIEW开发环境下编程实现数据采集、分析、记录等测试功能;控制部分采用S7-300系列PLC,使用STEP 7、Win CC软件完成试验转速、载荷等参数控制以及联锁保护等功能。利用OPC技术,通过工业以太网实现LabVIEW平台与PLC数据交互,从而保证测试与控制同步运行。目前,该试验台已投入使用,用于航空发动机轴承性能和疲劳试验,系统运行稳定、可靠。

以内燃机缸套内表面作为加工对象,升级基于单片机串行工作时序的激光微加工控制系统,改用基于FPGA并行工作时序的激光微加工控制系统。增加主轴转速、增大编码器精度,比较基于单片机、FPGA系统在缸套内表面实现"单脉冲同点间隔多次"激光微加工工艺效果。结果表明:FPGA控制系统能够在高主轴转速、高编码器精度下完成激光微加工工艺,效果优异,过程高效、稳定。相比基于单片机激光微加工控制系统,基于FPGA的微加工控制系统能胜任大孔径、高主轴转速条件下的气缸缸套内表面微织构加工工艺。

设计一套润滑油磨粒在线检测系统,实时检测润滑油液中磨粒的尺寸和浓度信息,可以据此判别故障状态。设计螺管型差动变压器式磨粒检测传感器将油液中铁磁性磨粒经过时产生的电磁扰动转换为对应的电压信号。设计前端模拟信号调理电路对其进行前置放大,带通滤波,真有效值转换和调零放大。设计以STM32F103为处理器平台的数字信号处理电路,对调理后的信号进行模数转换、波形显示等。采用局部加权回归散点平滑算法(LOWESS),进一步抑制、消除信号中的噪声,并通过极值转换得到信号的峰峰值,获取反映磨粒尺寸和浓度的信息。实验结果表明系统能够实时准确地实现检测功能。

多中继多天线解码转发(DF)认知网络系统模型由一个多天线授权用户源节点,一个多天线认知用户源节点,多个多天线中继节点,一个多天线授权用户目的节点以及一个多天线认知用户目的节点组成。首先,使用最大最小中继选择方案选出最优中继。然后,在最优中继协助通信的情况下,给出了授权用户和认知用户的中断概率所对应的表达式。最后,在授权用户和认知用户具有不同天线数目的情况下,以及在有无中继选择的情况下,给出了相应的中断概率的数值仿真。

为测量机械构件受力变化特性,结合应变式传感器、高精度数模转换和液晶显示等技术,提出了以ARM为核心控制器的高精度应变式传感系统设计方法。系统使用低通滤波法消除高频干扰,通过运算放大器放大模拟信号,数模转换模块将信号转换为数字量,主控制器通过改进的移动加权滤波法将信号处理后输出。实验结果表明该系统的测量精度高,稳定性好,系统误差在±0.1 g。

数字信号在长电缆中传输时,电缆芯线之间会存在串扰,电缆上会存在回波以及噪声干扰,严重的时候传输信号能量和噪声能量在一个数量级上,导致信号传输时的误码率增加。为了降低传输误码率,文中提出了一种新的变步长自适应噪声对消算法,算法迭代的过程中采用误差信号的瞬时能量和输入信号能量的比率作为自适应噪声对消算法的自适应反馈量,并通过比率的加权均值来控制步长的更新,从而消除噪声和回波对算法迭代过程的累积影响。仿真和实验结果表明,在低信噪比的传输环境中,改进算法仍然具有较快的收敛速度和较小的稳态误差,使得数据通信能够保持较高的通信速率。

设计开发了基于单片机技术、传感技术、虚拟仪器和无线传输的温度采集和控制系统。以Pt100作为温度传感器,STC89C52单片机作为硬件控制芯片,通过数据采集卡USB-6251将采集的温度数据上传至上位机,上位机以LabVIEW软件作为开发平台,对采集的数据进行存储、显示、报警及分析处理。该系统实现了对温度的采集和控制,所需硬件少、可扩展性强、开发与维护费用低,能基本满足目前生产领域的温度测控需求,具有较大的应用前景和市场潜

针对专用视频处理器TMS320DM8148不能直接采集Cammera Link接口的视频数据的问题,提出一种基于TI方案的编码系统,采用DSP+FPGA构架,FPGA以其优良的逻辑性,负责采集Cammera Link接口的视频数据;FPGA采集视频数据后缓存,然后通过GPMC传送给DM8148;DM8148通过内部各模块相互协作,实现编码。后期测试表明该方案视频显示流畅无误码,证明了该方案的可行性。