谐振式液体密度传感器压电激励与检测的实现

本文利用正压电效应和逆压电效应,实现谐振式液体密度传感器的压电激励与压电检测,原理简单、功耗低、检测方便。设计了基于该激励和检测方式的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)电路,当传感器的输出信号发生较大变化时,激励信号的增益可随输出信号的幅值进行自动调节,使输出信号的幅值保持稳定。该电路具有结构简单,适应性好,可靠性高,调节速度快等优点。同时,对所设计的谐振式液体密度传感器进行了标定实验,该密度传感器的精度约为±1.0kg/m³,重复性约为±0.05%,可以实现液体密度的高精度实时在线测量。     

New instrumentation for optical measuring of oxygen in gas or dissolved in liquids.

The optical oxygen sensor is a novel device for the determination of oxygen in gases or dissolved in liquids. It is based on the measurement principle of fluorescence quenching, which is completely different from that of polarographic oxygen sensors (today the most widespread devices of oxygen detection). The new instrument offers features and advantages, which render it not only a realistic alternative, but, for specific applications, make it superior to existing electrochemical methods. The system is based on low-cost semiconductor devices (light-emitting diodes, photodiodes, low-cost analogue and digital components) and new LED-compatible oxygen-sensitive membranes. The flow cell of the instrument may be thermostatted and the sensor can be calibrated by a simple two-point calibration procedure. The optical oxygen sensor is particularly suitable for measuring dissolved oxygen in respirometry, since no oxygen is consumed by the device and the signal is independent of sample flowrate or stirring speed. Typical fields of application are monitoring of oxygen in ground and drinking water, in process control in bioreactors and in breath gas and blood gas analysis.     

Optical chemical sensors for environmental control and system management.

Several fiber optic based chemical sensors have been developed for use in plant growth systems and enclosed life support systems. Optical chemical sensors offer several distinct advantages in terms of sensitivity, calibration stability, immunity to biofouling and electrical interference, and ease of multiplexing sensors for multipoint/multiparameter analysis. Also, the ability to locate fiber optic sensors in close proximity to plant roots or leaves should improve the measurement reliability by obviating the need for handling and transport which can compromise sample integrity. Polestar Technologies and GEO-CENTERS have developed and tested many types of optical chemical sensors which utilize novel glass and polymeric materials as the sensor substrate. Analytes are detected using immobilized colorimetric indication systems or molecular recognition elements. Typically transduction is via wavelength specific absorption changes with multiwavelength detection for drift compensation. Sensors have been developed for solution pH, NH3, ethylene, CO2, and dissolved metal ions. In addition, unique PC-compatible optoelectronic interfaces, as well as distributed measurement systems, so that integrated detection systems are now available. In this paper recent efforts to develop sensors for critical nutrient ions are presented.     

基于交会对接CCD光学成像敏感器的双目测量算法

在空间交会对接近距离逼近阶段,CCD光学成像敏感器作为相对导航信息获取的主要测量敏感器,其测量性能直接关系到空间交会对接能否成功.针对适用于空间交会对接过程中CCD光学成像敏感器的双目测量算法展开研究,推导了基于主像机坐标系的双目测量算法计算公式,并重点对其抗干扰能力进行研究,最后对该双目测量算法进行了仿真分析并给出了仿真结果.     

匀速升降温激励法温度传感器校准技术研究

为了对温度传感器进行便捷、快速、高效的温度校准,介绍了一种新的温度传感器校准技术,基于该校准技术方法设计了校准炉体,利用数值热分析优化了校准炉体的结构,并分析了校准炉体产生的不确定度分量对校准结果的影响。研究结果满足当前温度传感器校准需求。匀速升降温激励法快速校准技术在测量方法上具有新颖性和创新性,这项技术的成熟和实用普及为温度计量提供全新、高效地校准方法和技术途径。     

匀速升降温激励法温度传感器校准技术研究

为了对温度传感器进行便捷、快速、高效的温度校准,介绍了一种新的温度传感器校准技术,基于该校准技术方法设计了校准炉体,利用数值热分析优化了校准炉体的结构,并分析了校准炉体产生的不确定度分量对校准结果的影响。研究结果满足当前温度传感器校准需求。匀速升降温激励法快速校准技术在测量方法上具有新颖性和创新性,这项技术的成熟和实用普及为温度计量提供全新、高效地校准方法和技术途径。     

反射型保偏光纤温度传感器

基于保偏光纤中偏振模式干涉理论,提出了一种反射型保偏光纤温度传感技术并推导出传感方程,理论分析表明这种温度传感器精度高,可通过改变保偏光纤传感头长度的方法方便地调整测量范围.针对大型电力变压器绕组线圈的温度监测需要,利用特制的耐高温保偏光纤,在传感头和封装形式上进行了特殊设计,研制出实用的光纤温度传感器,其传感头满足了热油和高电压绝缘的要求.利用这种传感器进行了实际测试研究,基于模型线性化技术,在常温~180℃的温度范围内实现了线性输出.在冰水混合形成的绝对0℃环境下的稳定性测试表明其测量精度和稳定性均优于0.15℃.      

基于Sagnac干涉仪的保偏光纤拍长测试技术

分析了一种由单模光纤耦合器和保偏光纤组成的混合光纤Sagnac干涉仪的反射谱和透射谱,揭示了这种干涉仪的光谱调制特性.基于其透射光谱的极值点特征,提出了一种简单、高精度的保偏光纤拍长测试技术并进行了精度分析,确定了待测保偏光纤长度的优化参数;搭建实验系统进行了实际测试.实验结果和理论估计一致.研究表明:该技术操作方便、测量可靠,拍长测量精度可优于0.01 mm.     

光流控制地形跟随与自动着陆

将一种自研的光流传感器安装到飞行平台上,利用光流信息控制飞行器的地形跟随和自动着陆.测试了光流传感器的测量性能,建立了飞行器的运动模型,开发了基于光流反馈的地形跟随控制算法,提出了光流自动着陆的控制规律,并进行了数学仿真和硬件在回路的实时仿真验证,实验结果表明:光流信息可以一种相对简单的形式来巧妙地同时控制飞行速度和飞行高度,保证飞行器安全地执行多种飞行任务,实验证明了光流传感器在飞行控制中具有工程可行性.     

气液两相流中气泡速度的电磁互相关测量

气液两相流作为一种工业领域中普遍存在的流态,在测量时需考虑气相和液相间的速度差。相较于流动规律平稳的气相而言,研究不稳定的气泡流动状态具有更高的技术难度。本文针对空气-水为工质的两相流中一项重要参数——气泡速度进行测量,引入基于互相关运算的电磁检测方法,通过提高系统激励频率得到较大的检测信号。实验设计了高频(1 MHz)电磁检测系统,选用垂直上升管道,并在管道的2个平行截面分别安装电磁传感器,每组传感器均包含一个激励线圈及一个接收线圈,对2组接收线圈上的相位信号进行互相关运算,从而求得气泡的速度。实验中,对3种不同速度气泡采集到的信号进行了对比分析,相对误差控制在10%以内,提供了一种完全非接触非侵入的测量气泡速度的方法。此方法可以进行后续补充完善,用于其他工业场合,如金属液中气泡参数的测量等。     

利用光纤电容液滴分析仪测量液体折射率的研究

光纤电容液滴分析仪(FCDA:Fiber-capacitive Drop Analyzer)是一种用于液体特性研究的新型仪器,该仪器利用光纤液滴分析技术和电容液滴分析技术制成特殊的液滴传感器,获取经过液滴的光强信号随液滴生长变化的规律,得到反映液体综合特性的“液滴指纹图”。该仪器具有测量液体的物理特性参数的能力。本文就利用光纤电容液滴分析仪在液体折射率的测量方面进行了研究,利用线性关系来测量不同浓度的酒精的折射率,并给出了结果的误差分析。     

基于MPX4115的小型无人机气压高度测量系统设计

从气压高度测量的原理出发,介绍了基于MPX4115传感器,以C8051F020单片机为飞控计算机的小型无人机高度测量系统的组成和工作原理,并详细论述了测量系统的电路设计;利用压力校验仪对MPX4115传感器进行了辨识,保证了系统对压强的测量准确度;对高度-大气压强公式进行了数据拟合,并设计了计算程序,有效地解决了C8051F020单片机计算能力不足的问题;该系统具有体积小、功耗低、速度快、电路简单可靠等优点。     

磨削表面粗糙度在线实时测量的研究

在试验研究的基础上,研制了一种新的光纤表面粗糙度在线测量系统。以光散射法为理论基础,用光纤束作为传感器,并用单片机进行数据处理和实时显示。针对外圆磨削在线检测中存在的冷却液、工件尺寸变化、环境干扰以及仪器的装夹与对中等问题进行了研究,找到了改进或解决的办法,从而更利于该测试技术的实施与推广。     

NO快速检测光腔结构设计与光路仿真

根据NO与臭氧的化学发光反应机理,提出了一种基于化学发光反应检测原理的用于NO气体快速检测的新型圆柱全反射S型光腔结构。该结构以圆柱内壁全反射S型结构为光腔模型,采用圆柱体光源作为光散射元件,将化学发光光线最大效率地汇聚到探测器的感光面,增强了NO浓度测量信号,提高了检测精度。采用光学软件ZEMAX对所提模型进行光路仿真,通过对比分析表明,S型光腔采集光路对化学发光的采集效率为36.6%。通过实验验证,结果表明,在一定浓度范围内NO气体浓度与化学反应发光强度线性相关度为0.999 2,在量程0‰～2.5‰的范围内,检出限为0.001‰。所提模型结构简单,满足国家标准,为尾气在线检测提供了一种实用的设计方案。     

光纤Sagnac温度传感器信号检测技术

利用光纤Sagnac干涉仪的偏振非互易性PNR(Polarization Non-Reciprocity)可以实现对单温度点的高精度测量.传感头周围温度场的变化引起干涉仪光路中两相干光的相位差变化.通过分析温度传感器的测温原理,得到其输出的线性化模型.采用方波调制解调技术实现了对温度传感器光路系统输出的全数字信号检测.设计了以C8051F060混合信号微控制器为核心的全数字信号检测系统,实现其采样信号和调制信号的相位关系保持.16位高精度模/数转换器的电压采样值通过数字滤波及分段函数解算处理,得到测量温度值的数字输出.这种技术具有实现方便,便于数字化处理及时序控制等优点.通过-15~55℃的全温扫描实验得到的实验数据和理论曲线近乎重合,系统输入/输出成很好的线性关系,线性度达到了10-3量级.实验研究表明这种温度传感器可以实现高精度的温度测量.      

四柱式焊缝跟踪涡流传感器及其应用

研制了一种新型的四柱式焊缝自动跟踪用涡流传感器.传感器激励线圈在工件中感应出涡电流,利用测量线圈检测涡流的大小以获得焊缝位置信息,可以检测出薄板对接焊缝横向和纵向位置信息.它具有非接触、尺寸小、灵敏度高、响应速度快、并可以用于非铁磁性材料的特点,已成功地应用于焊接自动跟踪系统.对其原理、传感器探头、信号处理方法、传感器特性等进行了详细的介绍.      

基于光流信息的圆弧偏置比例导引规律

提出了一种改进的用于被动寻的导弹的基于光流带落角约束的导引规律,其具有更强的适应性和更小的落角误差,而且该导引律不要求弹目距离信息,克服了被动寻的导弹不能测距的约束.基于采用光学传感器和光流算法的测量模型,受昆虫导航的启发,利用光流信息进行被动寻的导弹的导引和控制.同时借鉴偏置比例导引律的结构,重新设计偏置项,实现导弹以期望的落角命中目标.仿真表明,拦截地面运动目标时,该导引律在保证小脱靶量的同时,基本达到期望的落角,对于测量噪声也具有较好的鲁棒性.      

微振动成像检测光学验证系统研究

针对高分辨率空间相机的系统特性,选用平行光管系统作为光学系统,模拟来自无穷远的特征目标.运用LIGHTTOOLS软件对光路进行模拟,确定较优的光学结构.主要通过4种试验进行研究,即相机激振抖动试验,靶标运动模拟光轴抖动试验,波前畸变测量试验,离焦测量试验.通过离线图像复原对空间相机的光学误差进行分析及补偿.试验结果表明,在未给相机施加激振的情况下,经过平行光管系统输出,相机成像出的40LP·mm-1（LP表示线对）及20LP·mm-1清晰,满足微振动成像检测试验要求.在微振动成像检测试验中,波前像差达到0.21λ（RMS<λ/4）,1.28λ（PV）以及0.23λ（RMS<λ/4）,1.34λ（PV）时,该平行光管系统成像均可满足复原软件处理需求,可以有效应用于微振动成像检测系统并具有验证微振动成像检测试验的能力.      

多视场低磁星敏感器及其在磁测卫星中的应用

下一代地磁导航等空间任务对地球磁场测量卫星提出了迫切的需求, 高精度地磁场测量卫星需要极高的姿态测量精度和空间剩磁环境, 对星敏感器提出了新的要求。针对这一需求, 研究了低剩磁高精度星敏感器的改进设计方法。采用三视场分体结构设计,提高了数据更新率,通过数据融合提高了姿态确定精度,同时对光学头部进行了精细化降剩磁设计。仿真和测试结果表明,改进的星敏感器设计方法能够实现较低的剩磁和较高的定姿精度, 满足地磁场测量卫星的应用需求, 具有较高的应用价值。